一种电压基准源电路制造技术

本发明专利技术提供一种电压基准源电路，该电路包括启动单元、电流产生单元和输出反馈单元；所述启动电路单元在电路启动阶段为电流产生单元和输出反馈单元提供启动电压与电流；电流产生电路单元，为输出反馈单元产生一个偏置电流，同时使产生的电流尽量小，从而降低整个电路的功耗，并且通过输出反馈单元的负反馈作用，使电流产生电路产生一个与电源电压无关的电流；输出反馈单元，产生输出基准电压和实现输出零温度系数，该电路低功耗、低温度系数、较低的工作电压及输出电压、较好的高频PSRR和面积小。

A Voltage Reference Source Circuit

The invention provides a voltage reference source circuit, which comprises a start-up unit, a current generating unit and an output feedback unit; the start-up circuit unit provides a start-up voltage and current for the current generating unit and the output feedback unit at the start-up stage of the circuit; the current generating circuit unit generates a bias current for the output feedback unit while minimizing the generated current. The output feedback unit generates output reference voltage and realizes zero temperature coefficient. The circuit has low power consumption, low temperature coefficient, low working voltage and output voltage, good high frequency PSRR and small area.

【技术实现步骤摘要】
一种电压基准源电路
本专利技术涉及基准源电路领域，更具体地，涉及一种电压基准源电路。
技术介绍
基准源电路广泛应用于模拟和混合电路中，如A/D、D/A转换器，电压调谐器，电压表，电流表的测试仪器以及偏置电路。其特点是输出的基准信号稳定，与电源电压、温度以及工艺的变化无关。在SOC(systemonchip)芯片中，基准源电路是必不可少的一部分，其温度稳定性以及抗干扰性等性能的好坏影响着整个电路系统的精度及电路系统的性能。基准源电路设计时主要考虑以下几个性能指标：功耗、温度系数、工作电压范围以及电源抑制比。为了能够满足现在对电源管理芯片低功耗的要求，基准源电路设计要尽量降低其工作电流，从而减少其功耗，使电池工作寿命变得更长久。温度系数越低即基准源电路的输出电压受温度影响越小，电压越稳定。较大的工作范围可使基准源电路更容易达到目标的输出电压值。对于传统的基准源电路通常是利用两个不同温度系数的电流模块来实现零温度系数的电压输出。设计者要设计一个正温度系数电流(电流随温度的增加而增加)和一个负温度系数电流(电流随温度的减少而减少)然后将这两个电流模块相叠加，从而减少温度对电流再经过电阻最后可得到低温度系数的电压输出。如图1所示是一个传统的带隙基准源电路结构。通过运算放大器OP的负反馈作用，使得节点电压VA＝VB，从而使得流过M1和M2的电流相等，即I1＝I2＝I，在电阻R1上的电压降等于Q1和Q2的基-射电压差为ΔVBE＝VTlnN，N是Q1和Q2发射区面积之比。在这个电路结构中，基准输出电压是双极型晶体管Q3的基极-发射极电压VBE3和电阻R2上的电压降之和，所以有VREF的表达式如下：式中的第二项与绝对温度成正比，用于补偿VBE3的负温度系数。通过选择合适的R1和R2之比，基准电压的温度系数在某一特定温度下可以达到零，在该值附近基准电压随温度的变化很小。但这种结构存在一定的不足。首先，该电路的输出电压为1.2V左右，不适用于低压的场合，其次，该电路使用到三极管和电阻，电路的面积比较大。另一方面，这种电路需要较大的静态电路，从而导致电路的功耗较大，通常也在几百uW级别，这对于低工作电压、低功耗的应用是致命的弱点。因此为了满足低工作电压与低功耗的应用场合，一些新的电压基准源被提了出来。CMOS电压基准源就是应用于低工作电压、低功耗领域的基准源。本专利技术是利用工作在亚阈值区和工作在饱和区的CMOS管相结合，以及衬底效应相互抵消技术，设计了一款极低功耗、低温度系数和低输出电压的电压基准源电路。
技术实现思路
本专利技术提供一种低功耗、低温度系数、较低的工作电压及输出电压的电压基准源电路。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种电压基准源电路，一种工作在亚阈值区的标准阈值CMOS管和高阈值CMOS管相结合，并且利用了衬底偏置技术和输出负反馈技术的基准源电路；所述电压基准源电路具有极低的功耗、低温度系数、较低的工作电压及输出电压、较好的高频PSRR和面积小的特性；所述电压基准源电路结构包括：启动单元、电流产生单元和输出反馈单元。所述启动电路单元在电路启动阶段为后续电路提供启动电压与电流，避免电路工作在零状态区；电流产生电路单元，由标准阈值CMOS管和高阈值CMOS管组成，为输出反馈单元产生一个偏置电流，同时使产生的电流尽量小，从而降低整个电路的功耗，并且通过输出反馈单元的负反馈作用，使由沟道长度调制效应所引起的不匹配得到显著降低，从而使电流产生电路产生一个与电源电压无关的电流；输出反馈单元，是由三个标准阈值电压CMOS管组成的输出结构，产生输出基准电压和实现输出零温度系数。其中，该基准源电路只使用了CMOS管并未使用电容和电阻，减小了电路的面积。进一步地，所述启动单元包括PMOS管MC、PM0和NMOS管MS1、MS2、MS3，所述MC的源极和漏极与电源连接，栅极分别与MS2的漏极和MS1的栅极连接，作为MOS管电容为MS1的栅极提供启动电压，MS1的漏极与PM0的栅极及后续单元中的PMOS管栅极连接、源极与电流产生电路的支路连接，在电路启动时为支路提供启动电流，使电流产生单元摆脱工作在“简并点”，MS2和MS3采用标准的电流镜连接，源极均接地，PM0的漏极与MS3的栅极和漏极连接、源极接电源，当电压基准源在正常工作后能自动关断启动电路，从而降低功耗。进一步地，所述电流产生单元包括PMOS管PM1、PM2和NMOS管M1、M2、M3、M4，其中M3是高阈值CMOS管，所述M1的栅极和漏极与M3的栅极及M2的漏极连接，M1的源极和M4的漏极及M2的栅极连接，PM1的漏极与M1的栅极和漏极连接、源极接电源，PM2的栅极与PM1的栅极连接、漏极与M3的漏极连接，M2、M3、M4的源极接地，从而构成电流产生单元的电流支路，产生偏置电流。进一步地，所述输出反馈单元包括PMOS管PM3和NMOS管M5、M6，所述M5的栅极与电流产生单元中M3的漏极连接，M5的源极和M6的漏极及栅极连接，PM3的栅极及漏极与M5的漏极连接、源极接电源，M6的源极接地，根据M6栅源电压与电流的关系实现零温度系数。进一步地，所述电流产生单元与输出反馈单元通过M4和M6连接，即M4的栅极与M6的栅极及漏极连接，其中M4为该支路的电流提供了通路，而M6采用二极管连接，用其栅源电压作为参考输出电压，同时通过M1、M3、M5和PM1的负反馈作用，能降低沟道长度调制效应所引起的不匹配，使M1、M3的漏极电压相等，从而产生稳定且与电源电压无关的电流，由于负反馈的引入，减小了输出与地之间的等效阻抗，使高频时有较好的PSRR(电源电压抑制比)。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术包括启动单元、电流产生单元和输出反馈单元；所述启动电路单元在电路启动阶段为电流产生单元和输出反馈单元提供启动电压与电流；电流产生电路单元，为输出反馈单元产生一个偏置电流，同时使产生的电流尽量小，从而降低整个电路的功耗，并且通过输出反馈单元的负反馈作用，使电流产生电路产生一个与电源电压无关的电流；输出反馈单元，产生输出基准电压和实现输出零温度系数，该电路低功耗、低温度系数、较低的工作电压及输出电压、较好的高频PSRR和面积小。附图说明图1传统的基准源电路连接图；图2为本专利技术的电路原理图；图3为本专利技术的启动单元电路连接图；图4为本专利技术的电流产生单元电路连接图；图5为本专利技术的输出反馈单元电路连接图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图2所示，一种电压基准源电路，一种工作在亚阈值区的标准阈值CMOS管和高阈值CMOS管相结合，并且利用了衬底偏置技术和输出负反馈技术的基准源电路；所述电压基准源电路具有极低的功耗、低温度系数、较低的工作电压及输出电压、较好的高频PSRR和面积小的特性；所述电压基准源电路结构包括：启动单元、电流产生单元和输出反馈单元。所述启动电路单元在电路启动阶段为后续电路提供启动电压与电流，避免电路工作在零状态区；电流产生电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压基准源电路，其特征在于，包括启动单元、电流产生单元和输出反馈单元；所述启动电路单元在电路启动阶段为电流产生单元和输出反馈单元提供启动电压与电流；电流产生电路单元，为输出反馈单元产生一个偏置电流，同时使产生的电流尽量小，从而降低整个电路的功耗，并且通过输出反馈单元的负反馈作用，使电流产生电路产生一个与电源电压无关的电流；输出反馈单元，产生输出基准电压和实现输出零温度系数。

【技术特征摘要】
1.一种电压基准源电路，其特征在于，包括启动单元、电流产生单元和输出反馈单元；所述启动电路单元在电路启动阶段为电流产生单元和输出反馈单元提供启动电压与电流；电流产生电路单元，为输出反馈单元产生一个偏置电流，同时使产生的电流尽量小，从而降低整个电路的功耗，并且通过输出反馈单元的负反馈作用，使电流产生电路产生一个与电源电压无关的电流；输出反馈单元，产生输出基准电压和实现输出零温度系数。2.根据权利要求1所述的电压基准源电路，其特征在于，所述启动单元包括PMOS管MC、PM0和NMOS管MS1、MS2、MS3，所述MC的源极和漏极与电源连接，栅极分别与MS2的漏极和NMOS管MS1的栅极连接，作为MOS管电容为MS1的栅极提供启动电压，MS1的漏极与PM0的栅极及后续单元中的PMOS管栅极连接、源极与电流产生电路的支路连接，在电路启动时为支路提供启动电流，使电流产生单元摆脱工作在“简并点”，MS2和MS3采用标准的电流镜连接，源极均接地，PM0的漏极与MS3的栅极和漏极连接、源极接电源，当电压基准源在正常工作后能自动关断启动电路，从而降低功耗。3.根据权利要求2所述的电压基准源电路，其特征在于，所述电流产生单元包括PMOS管PM1、PM2...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，张鑫，曾衍瀚，黄思帆，陈翔，张浩，廖裕兴，陈荣军，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44