[發(fā)明專利]一種低功耗電壓基準(zhǔn)電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110794046.5
• 申請(qǐng)日: 2021-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN113359942A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李富華;黃祥林;宋愛武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G05F3/26
• 分類號(hào): G05F3/26
• 代理公司: 江蘇昆成律師事務(wù)所 32281
• 代理人: 劉尚軻

1.一種低功耗電壓基準(zhǔn)電路，包括：電流基準(zhǔn)源、第一電流鏡、第二電流鏡和輸出電壓基準(zhǔn)電路模塊，所述電流基準(zhǔn)源連接第一電流鏡，所述第一電流鏡連接第二電流鏡和輸出電壓基準(zhǔn)電路模塊，所述第二電流鏡連接輸出電壓基準(zhǔn)電路模塊，其特征在于：所述電流基準(zhǔn)源由NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4串聯(lián)組成，電流基準(zhǔn)源為第一電流鏡、第二電流鏡和輸出電壓基準(zhǔn)電路模塊提供偏置電流，第一電流鏡由PMOS管PM1、PM2、PM3并聯(lián)組成，第二電流鏡由NMOS管NM5、NM7、NM9并聯(lián)組成，輸出電壓基準(zhǔn)電路模塊由NMOS管NM6、NM8和電壓基準(zhǔn)輸出端Vref組成，NM1、NM2、NM3、NM4各自的柵極連接的同時(shí)NM1的柵極接地，NM1、NM2、NM3、NM4各自相鄰的源極和漏極連接的同時(shí)NM4的漏極連接PM1的源極，PM1、PM2、PM3的柵極相連接，PM1、PM2、PM3的源極接電源，PM2的漏極連接NM5的漏極，NM5的源極接地，PM3的漏極連接三極管Q1的發(fā)射極，三極管Q1接成二極管的結(jié)構(gòu)，即三極管Q1的基極和三極管Q1的集電極相連并接地，三極管Q1的發(fā)射極還連接有NM6的柵極，NM6的源極連接NM7的漏極和NM8的柵極，NM7的源極接地，NM8的源極連接電壓基準(zhǔn)輸出端Vref和NM9的漏極，NM9的源極接地，NM6的漏極和NM8的漏極接電源。

2.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM6、NM8為耗盡型MOS管，其他MOS管NM5、NM7、NM9均為增強(qiáng)型MOS管。

3.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：所有的MOS管均工作在亞閾值區(qū)。

4.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：由MOS管的電流公式可以得出一個(gè)工作在亞閾值區(qū)的耗盡型MOS管的柵極與源極之間的電壓VGS的表達(dá)式(S2)為：

其中，Vth為耗盡型NMOS管的閾值電壓且為負(fù)值，n為亞閾值斜率修正因子，VT為熱電壓，ID為此時(shí)流過此耗盡型NMOS管NM1的電流，W為耗盡型NMOS管的導(dǎo)電溝道寬度，L為耗盡型NMOS管的導(dǎo)電溝道長度，μ_n為電子遷移率，C_OX為單位面積柵氧電容。

5.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：PMOS管PM1、PM2、PM3的寬長比之比為1：K：1，NMOS管NM5、NM7、NM9的寬長比之比為1：N：M。

6.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：由于NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM6、NM8耗盡型的NMOS管閾值電壓為負(fù)值，耗盡管的柵源接在電源地同樣使得MOS管導(dǎo)通，產(chǎn)生偏置電流。

7.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：NM6的柵極電壓即為三極管Q1的發(fā)射極-基極之間的電壓VBE，故電壓基準(zhǔn)輸出端Vref的值的公式表示為VBE-VGS6-VGS8,VGS6為NMOS管NM6柵極與源極之間的電壓，VGS8為NMOS管NM8柵極與源極之間的電壓，假設(shè)NM1、NM2、NM3、NM4所產(chǎn)生的偏置電流為I，則根據(jù)各個(gè)電流鏡之間的比例，最終可以求出Vref的表達(dá)式如(S3)所示：

由式(S3)可以看到，第一項(xiàng)VBE與溫度呈負(fù)相關(guān)，第二項(xiàng)和第三項(xiàng)|Vth6|、|Vth8|與溫度呈正相關(guān)，最后一項(xiàng)是與溫度呈高階項(xiàng)關(guān)系，因此通過調(diào)節(jié)N、M、K的值和NMOS管NM6、NM8的寬長比，可以使得最后一項(xiàng)給VBE的溫度系數(shù)做了高階補(bǔ)償，從而得到了一個(gè)近似與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓。

8.如權(quán)利要求1所述的低功耗電壓基準(zhǔn)電路，其特征在于：電流基準(zhǔn)源的NMOS管串聯(lián)的數(shù)量越多產(chǎn)生的偏置電流越小。