CMOS基准电压源电路制造技术

本发明专利技术公开了一种CMOS基准电压源电路，包括：启动电路，其在接通直流电源后，提供启动电压；第一偏置电流产生电路，用于接收启动电路提供的启动电压，产生第一偏置电流，并提供输出电压，第一偏置电流的温度系数方向为第一方向；第二偏置电流产生电路，用于接收第一偏置电流产生电路提供的输出电压作为输入，产生第二偏置电流，第二偏置电流的温度系数方向为第二方向；基准电压产生电路，用于接收第一偏置电流和第二偏置电流作为输入，通过调整第一、第二偏置电流得到基准电压。本发明专利技术提高了基准电压源电路的可靠性和灵活性。

【技术实现步骤摘要】
CMOS基准电压源电路
本专利技术涉及CMOS晶体管电路
，尤其涉及CMOS基准电压源电路。
技术介绍
在模拟，数模混合，以及数字电路中经常会用到基准电压源，其稳定性直接关系到整个电路的性能。一般常用的基准电压源是采用BiCMOS工艺，如图1给出的一种传统带隙基准电压源电路，包括三极晶体管Q1和Q2，误差放大器OP，反馈电阻R1和R2，调整电阻R3；晶体管Q1和Q2的发射极模拟接地AVSS，放大器两个输入端分别连接节点A和B，输出端输出VREF，同时连接电阻R1和R2。放大器工作于深度负反馈，两个输入端分别连接节点A和B，使两点电压相等，同时连接两个阻值相同的电阻R1和R2，使流过Q1和Q2的两路电流相等，从而得到：VBE1-VBE2＝I2R3＝VTlnN(1)进而得到输出电压VOUT：该电路存在以下两个问题，首先，通常VREF为1.25V左右，不能应用在低压电路中；其次，该方法需要使用晶体管和MOS管共同实现，对工艺提出了要求。图2给出了一种改进的方案，带隙电路中M1，M2和M3组成电流镜，放大器OP1处于.0深度负反馈状态，使AB两点电压相等，为VBE，即流过R2的电流为VBE/R2，具有负温度系数，而通过电阻R1的电流是与VT成正比例关系的电流，两路电流之和流过M2，被复制到I3，则电阻R3两端电压为：适当选取N，R1，R2和R3可以得到零温度系数的输出电压VREF，并且输出电压的温度系数与R3相独立，即输出的带隙基准电压可以调节。但是该电路与技术一同样使用了晶体管，需要使用BiCMOS工艺，在CMOS工艺下无法使用这种基准电路。图3给出了一种CMOS工艺的带隙基准电路，该带隙电路中M1和M3工作在亚阈值区，即流过M1和M3的电流分别为M2和M4管连接成电流镜形式，且宽长比相等，即I1＝I2(6)经(4)、(5)、(6)得到可知流过电阻R1的电流为I2的温度系数与VT呈正比例关系，即I2为正温度系数电流。M6管与M4管形成电流镜，为M5提供稳定的漏源电流，M7管的栅源电压嵌位M5的漏栅电压，使M5稳定工作在亚阈值区。流过电阻R2的电流I4为亚阈值区MOS管的栅源电压具有负温度系数，即电流I4为负温度系数电流。M9和M4、M10和M8分别形成电流镜，即I5、I6分别复制正温度系数电流和负温度系数电流，叠加与电阻R3，形成零温度系数的输出电压VREF。该电路的缺点是M1、M3都工作在亚阈值区，栅源电压较小，但是R1需要分得一部分压降，所以M1、M3的栅源电压有显著的差值。受工艺偏差影响，实际电路中M1的栅源电压有可能超过阈值电压，无法保证工作在亚阈值区，产生预计的正温度系数电流，因此可靠性较差。为了改善图1、2所示的带隙基准电路的工艺兼容性，必须采用CMOS电路结构。除此之外，为了改善图1所示基准电路输出电压的灵活性，同时提高图3所示基准电路的稳定性，则需要采用新的电路结构。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于设计适于在CMOS工艺上实现的，高可靠性和灵活性的基准电压源电路。本专利技术采用如下技术方案：一种CMOS基准电压源电路，包括：启动电路，其在接通直流电源后，提供启动电压；第一偏置电流产生电路，用于接收启动电路提供的启动电压，产生第一偏置电流，并提供输出电压，第一偏置电流的温度系数方向为第一方向；第二偏置电流产生电路，用于接收第一偏置电流产生电路提供的输出电压作为输入，产生第二偏置电流，第二偏置电流的温度系数方向为第二方向；基准电压产生电路，用于接收第一偏置电流和第二偏置电流作为输入，通过调整第一、第二偏置电流得到基准电压。本专利技术采用标准CMOS工艺实现，电路结构不需要三极晶体管；同时采用将两路温度特性不同的电流叠加于同一电阻的方式，将电阻两端的电压作为温度系数趋于零的基准电压，因此基准电压值可以灵活调节，以适用于不同的电路需求；此外，采用的工作在亚阈值区的MOS器件，增加了匹配和负反馈设计，因此该电路结构不易受工艺偏差和电压抖动的影响，保证了整个基准电压源电路的可靠性。实现该带隙基准电压的电路产生两路温度系数变化趋势相反的电流，两路电流叠加于同一个电阻，适当调节两路电流的比例，形成能够灵活调节的带隙基准电压。本专利技术的CMOS基准电压源，具有明显的优点和积极的效果，且在很多方面由于目前常用的基准电压源电路。(1)本专利技术电路中不含三极管，只包含NMOS管、PMOS管、电阻三种器件，因此，具有工艺简单的优点，在CMOS工艺线上实现方便、有效、兼容性好；(2)本专利技术采用新的亚阈值区CMOS基准电路结构，增加了工作在亚阈值区的MOS管的结构参数和工作状态的匹配，相比于传统的含有亚阈值区器件的基准电路，减小了工艺偏差对电路功能正常实现的影响，提高了电路中亚阈值区器件工作的稳定性，保证了CMOS基准电压源的可靠性；(3)本专利技术采用将两路温度特性不同的电流叠加于同一电阻的方式，将电阻两端的电压作为温度系数趋于零的基准电压，因此基准电压值可以灵活调节，以适用于不同的电路需求。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显，附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。图1所示为现有技术方案1，为采用BiCMOS工艺带隙基准电压源电路；图2所示为现有技术方案2，为采用BiCMOS工艺带隙基准电压源电路；图3所示为现有技术方案3，为一种亚阈值区CMOS基准电压源电路；图4所示为本专利技术CMOS基准电压源电路模块结构示意图；图5所示为本专利技术CMOS基准电压源电路图。具体实施方式以下通过本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的目的、电路结构和优点作进一步描述。图4是CMOS基准电压源电路模块结构示意图，该电路包括启动电路101，第一偏置电流产生电路102，第二偏置电流产生电路103，基准电压产生电路104；启动电路101，第一偏置电流产生电路102，第二偏置电流产生电路103，基准电压产生电路104的直流电输入端分别连接直流电源VDD，第一偏置电流产生电路102的输入端连接启动电路101的输出端，第一偏置电流产生电路102的输出端连接到基准电压产生电路104的第一输入端和第二偏置电流产生电路103的输入端，第二偏置电流产生电路103的输出端连接到基准电压产生电路104的第二输入端，基准电压产生电路104的基准电压输出端输出基准电压。图5是CMOS基准电压源电路图。启动电路101由PMOS管MS1、MS2和NMOS管MS3组成，PMOS管MS1的源极、PMOS管MS2的源极以及NMOS管MS3的栅极作为启动电路101的直流电输入端，PMOS管MS1的漏极分别与PMOS管MS2的栅极及NMOS管MS3的漏极相连，NMOS管MS3的源极接公共地端，PMOS管MS1的栅极和PMOS管MS2的漏极分别作为启动电路101的第一、第二输出端；第一偏置电流产生电路102由4个PMOS管M3，M4，M5和M6，2个NMOS管M7和M8以及2个电阻R1和R2组成，PMOS管M1和M3的源极作为直流电输入端，启动电路101的第一输出端与PMOS管M1和M3的栅极，以及M3的漏极共接，并作为第一偏置电流产生电路102的第一输出端与第二偏置电流产生电路103的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS基准电压源电路，其特征在于，包括：启动电路，其在接通直流电源后，提供启动电压；第一偏置电流产生电路，用于接收启动电路提供的启动电压，产生第一偏置电流，并提供输出电压，第一偏置电流的温度系数方向为第一方向；第二偏置电流产生电路，用于接收第一偏置电流产生电路提供的输出电压作为输入，产生第二偏置电流，第二偏置电流的温度系数方向为第二方向；基准电压产生电路，用于接收第一偏置电流和第二偏置电流作为输入，通过调整第一、第二偏置电流得到基准电压。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS基准电压源电路，其特征在于，包括：启动电路，其在接通直流电源后，提供启动电压；其中，所述启动电路包含：第一PMOS管(MS2)和第一NMOS管(MS3)；第一PMOS管(MS2)的源极和第一NMOS管(MS3)的栅极连接到启动电路的直流电输入端(VDD)，第一PMOS管(MS2)的栅极连接到第一NMOS管(MS3)的漏极，第一NMOS管(MS3)的源极接地，第一PMOS管(MS2)的漏极作为启动电路的第一输出端连接到第一偏置电流产生电路的第一输入端；第一偏置电流产生电路，用于接收启动电路提供的启动电压，产生第一偏置电流，并提供输出电压，第一偏置电流的温度系数方向为第一方向；其中，所述第一偏置电流产生电路包含：第二NMOS管(M5)，第三NMOS管(M6)，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；第二NMOS管(M5)的栅极和漏极与第三NMOS管(M6)的栅极共接并作为第一偏置电流产生电路的第一输入端与所述启动电路相连，第二NMOS管(M5)的源极与第一电阻(R1)一端相连，第一电阻(R1)另一端接地，第三NMOS管(M6)的源极与第二电阻(R2)一端相连，第二电阻(R2)另一端接地；第二偏置电流产生电路，用于接收第一偏置电流产生电路提供的输出电压作为输入，产生第二偏置电流，第二偏置电流的温度系数方向为第二方向；其中，所述第二偏置电流产生电路包含用于复制第一偏置电流的电流镜电路，该电流镜电路包括第七PMOS管(M7)、第八PMOS管(M8)和第四NMOS管(M9)；第七PMOS管(M7)的源极接直流电输入端(VDD)，第七PMOS管(M7)的漏极与第八PMOS管(M8)的源极相接，第八PMOS管(M8)的漏极与第四NMOS管(M9)的漏极相接，第四NMOS管(M9)的源极接公共地端，第七PMOS管(M7)的栅极作为第二偏置电流产生电路的第二输入端与第一偏置电流产生电路的第二输出端相连，第八PMOS管(M8)的栅极作为第二偏置电流产生电路的第一输入端与第一偏置电流产生电路的第一输出端相连；基准电压产生电路，用于接收第一偏置电流和第二偏置电流作为输入，通过调整第一、第二偏置电流得到基准电压；其中，所述基准电压产生电路包含第十三PMOS管(M15)、第十四PMOS管(M16)、第十五PMOS管(M17)、第十六PMOS管(M18)和第四电阻(R4)；第十三PMOS管(M15)和第十四PMOS管(M16)形成的电路用于复制第一偏置电流，第十五PMOS管(M17)和第十六PMOS管(M18)形成的电路用于复制第二偏置电流；第十三PMOS管(M15)的源极和第十五PMOS管(M17)的源极连接到直流电输入端(VDD)，第十三PMOS管(M15)的栅极连接到第一偏置电流产生电路的第二输出端，第十五PMOS管(M17)的栅极连接到第二偏置电流产生电路的第二输出端，第十三PMOS管(M15)的漏极连接到第十四PMOS管(M16)的源极，第十五PMOS管(M17)的漏极连接到第十六PMOS管(M18)的源极，第十四PMOS管(M16)的栅极连接到第一偏置电流产生电路的第一输出端，第十六PMOS管(M18)的栅极连接到第二偏置电流产生电路的第一输出端，第十四PMOS管(M16)的漏极和第十六PMOS管(M18)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程冰，赵文欣，罗家俊，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11