[發明專利]一種低功耗電壓基準電路

在審

• 申請號: 202110794046.5
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113359942A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 李富華;黃祥林;宋愛武
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G05F3/26
• 分類號: G05F3/26
• 代理公司: 江蘇昆成律師事務所 32281
• 代理人: 劉尚軻

本發明提出了一種低功耗電壓基準電路，是一種無環路、無須啟動電路、無須運放、無須電阻的低功耗電壓基準電路，該電路可以產生一個與溫度幾乎無關的基準電壓，相對于傳統帶隙基準電路而言，本發明未使用到電阻，版圖面積大大減小，無環路不存在穩定性的問題，無需啟動電路使得電路結構得到簡化，未使用運算放大器使得電路的功耗變得更低。本發明提出的電壓基準電路適合用于低功耗芯片之內。

技術領域

本發明涉及集成電路設計領域，更具體地，涉及一種低功耗電壓基準電路。

背景技術

為了保證芯片在規定的溫度范圍內仍然能保持正常的工作狀態，幾乎所有的集成電路中都需要使用到一個與溫度無關的基準電壓。常用的方法是采用帶隙基準源來實現，其原理是運用兩個溫度系數相反的電壓相加得到一個近似為零溫的帶隙基準電壓，但是，在低功耗芯片當中，傳統的帶隙基準源結構存在眾多的缺點，需要提出新的適合應用于低功耗環境的電壓基準源。

傳統結構的帶隙基準電路如圖1所示，PMOS管P1、P2、P3作為電流鏡使用且尺寸一致，AMP為運算放大器，用于鉗位同相端與反相端的電壓值，電阻R1A與電阻R1B的阻值相等阻值為R1，三極管Q1的發射極面積是三極管Q2發射極面積的K倍。

運算放大器AMP工作在深度負反饋的狀態，使得電壓VA＝VB，使得流過電阻R0的電流為一個與溫度呈正相關的電流，通過調節電阻R0、R1A和R1B、R2的阻值R0、R1、R2，可以輸出一個與溫度無關的基準電壓。因此，基準電壓Vref的表達式如式(S1)所示：

在低功耗的應用環境中，帶隙基準源存在眾多缺點：運算放大器需要單獨提供偏置電流，且同相端與反相端之間存在失調電壓，會使得在理論的計算時產生一定偏差，其次，低功耗時各個支路上的電流都非常小，只有納安級，因此使用到的電阻的阻值必然會很大，使得版圖面積增大，電阻失配也更加明顯再者，電路中存在環路，有不穩定的風險，最后，該電路存在簡并點，需要增加額外的啟動電路。因此，該傳統的帶隙基準結構已經不再適用于低功耗的應用環境，需要提出新的電路結構，來解決以上存在的問題。

發明內容

本發明提出了一種無環路、無須啟動電路、無須運放、無須電阻的低功耗電壓基準電路，該電路可以產生一個與溫度幾乎無關的基準電壓，相對于傳統帶隙基準電路而言，本發明未使用到電阻，版圖面積大大減小，無環路不存在穩定性的問題，無需啟動電路使得電路結構得到簡化，未使用運算放大器使得電路的功耗變得更低。本發明提出的電壓基準電路適合用于低功耗芯片之內。

一種低功耗電壓基準電路，包括：電流基準源、第一電流鏡、第二電流鏡和輸出電壓基準電路模塊，所述電流基準源連接第一電流鏡，所述第一電流鏡連接第二電流鏡和輸出電壓基準電路模塊，所述第二電流鏡連接輸出電壓基準電路模塊，其特征在于：所述電流基準源由NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4串聯組成，電流基準源為第一電流鏡、第二電流鏡和輸出電壓基準電路模塊提供偏置電流，第一電流鏡由PMOS管PM1、PM2、PM3并聯組成，第二電流鏡由NMOS管NM5、NM7、NM9并聯組成，輸出電壓基準電路模塊由NMOS管NM6、NM8和電壓基準輸出端Vref組成，NM1、NM2、NM3、NM4各自的柵極連接的同時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的發射極，三極管Q1接成二極管的結構，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。

進一步的，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM6、NM8為耗盡型MOS管，其他MOS管NM5、NM7、NM9均為增強型MOS管。