一种低温漂的全MOSFET基准电压源制造技术

本发明专利技术公开了一种低温漂的全MOSFET基准电压源，包括正温度系数电压产生电路、核心电路、零极点补偿电路三部分。正温度系数电压产生电路的输出端与核心电路的输入端连接，核心电路的输出端与零极点补偿电路的输入端连接，零极点补偿电路的输出端经电阻连接至核心电路，为核心电路提供偏置电压。本发明专利技术能够简化电路结构，提高电路工作频率，降低基准电压温度系数，使得基准电压在很宽的温度范围内保持稳定的输出，适用于大多数需要基准电压源的模拟和数字电路中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，更进一步涉及模拟集成电路
中的一种低温漂的全金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)基准电压源。本专利技术可以作为模拟电路和数模混合电路的重要部分，可用于为振荡器、LDO等模块提供稳定可靠的基准电压。
技术介绍
集成电路工艺飞速发展，在集成电路设计中，基准电压源是一个关键模块，并被广泛应用于模拟电路、数字电路以及模数混合电路中。传统基准电压源通常采用“带隙”技术，结构上离不开大面积的电阻、运放及双极型晶体管，而且电路结构复杂，功耗和温漂都较高，占用芯片面积较大。为了满足基准电压源的高稳定性要求，基准电压源必须具有低温度系数。电子科技大学拥有的专利技术“一种基于两种阈值电压MOS器件的带隙基准电路”(专利号ZL 201110440384.5，授权公告号CN 102495661 B)中公开了一种基于两种阈值电压MOS器件的带隙基准电路。该专利技术主要包括：负温度系数电流源电路的启动电路，用于启动与温度成负比例关系的电流源电路；与温度成负比例关系的电流源电路，用于产生与温度成负比例关系的电流；基准电压输出电路，用于输出带有零温度特性的基准电压；与温度成正比例关系的电流源电路，用于产生与温度成正比例关系的电流；偏置电路，用于为电流镜电路的共源共栅管提供偏置电压；正温度系数电流源电路的启动电路，用于启动与温度成正比例关系的电流源电路。该方法实现了对基准电压进行二阶补偿，但是，该专利技术仍然存在的不足之处是，每一路与温度成比例关系的电流源电路都需要额外的启动电路，使得电路结构过于复杂。池上升，胡炜，许育森在其发表的论文“一种全MOS低功耗基准电压源的设计”(《电子技术应用》，2014年，第40卷，第5期)中公开了一种全MOS低功耗基准电压源。该基准电压源主要包括：ΔVth产生电路，利用两个不同阈值电压的NMOSFET产生具有负温度特性的电压；VT产生电路，用于产生一路带有正温度特性的电压；ΔVth与VT补偿电路，将具有负温度特性的电压ΔVth与具有正温度特性的电压VT进行补偿，得到具有零温度特性的基准电压。该方法虽然利用两个MOSFET阈值电压差与热电压VT相互补偿得到了具有零温度特性的基准电压，但是，该基准电压源仍然存在的不足之处在于，一是将MOSFET器件偏置在亚阈值区域会使电路的响应速度变慢，从而降低电路的工作频率，增大基准电压的温度系数，使得当温度发生变化时基准电压的变化比较明显；二是缺少零极点补偿电路，使得基准电压的稳定性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种低温漂的全MOSFET基准电压源。本专利技术的具体思路是，采用全MOS结构，利用带有正温度特性的电压与核心电路产生的电压相互补偿，产生零温度特性的基准电压。利用耗尽型NMOS管启动正温度系数电压产生电路，无需额外的启动电路，降低电路结构复杂性，使基准电压在很宽的温度范围内保持较低的温度系数。利用零极点补偿电路对输出的基准电压进行零极点补偿，提高基准电压的稳定性，满足基准电压源性能指标的要求。为实现上述目的，本专利技术包括正温度系数电压产生电路、核心电路、零极点补偿电路，正温度系数电压产生电路包括两个P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSFET、两个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET、两个耗尽型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET，正温度系数电压产生电路的输出端与核心电路的输入端连接。核心电路包括两个P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSFET、两个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET，核心电路的输入端与正温度系数电压产生电路的输出端连接，核心电路的输出端与零极点补偿电路的输入端连接。零极点补偿电路包括一个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET、两个电容、三个电阻，零极点补偿电路的输入端与核心电路的输出端连接，零极点补偿电路的输出端经电阻连接至核心电路，为核心电路提供偏置电压。与现有技术相比本专利技术具有以下优点：第1，本专利技术利用正温度系数电压产生电路，产生一路带有正温度系数的电压，利用耗尽型NMOS管启动正温度系数电压产生电路，无需额外的启动电路，克服了现有技术中每一路与温度成比例关系的电流源电路都需要额外的启动电路造成的电路结构复杂的缺点，极大地简化了电路结构。第2，本专利技术利用核心电路补偿正温度系数电压产生电路，电路中MOSFET器件工作在饱和区或线性区，克服了现有技术中将MOSFET器件偏置在亚阈值区域会使电路的响应速度变慢，从而降低电路的工作频率，增大基准电压的温度系数的缺点，使得电路的工作频率得到提高，且当温度发生变化时基准电压的变化很小。第3，本专利技术利用零极点补偿电路对输出的基准电压进行零极点补偿，克服了现有技术中缺少零极点补偿电路的缺点，使得本专利技术的输出保持稳定。附图说明图1为本专利技术的电原理图；图2为本专利技术的温度特性仿真图；图3为本专利技术的瞬态仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。参照图1，对本专利技术的具体电路作进一步的描述。由本专利技术的电原理图图1中的虚线将本专利技术的电原理图分为正温度系数电压产生电路、核心电路、零极点补偿电路三部分。本专利技术的电原理图图1中的虚线部分所描述的正温度系数电压产生电路，包括两个P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSFET 8与9、两个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET 2与7、两个耗尽型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET 3与5，正温度系数电压产生电路的输出端与核心电路的输入端连接。正温度系数电压产生电路中的第一个NMOS管5的源极分别与其栅极、公共地端GND连接。第一个NMOS管5的漏极分别与第二个NMOS管7的源极、第一个PMOS管8的栅极、第二个PMOS管9的栅极、核心电路中第一个PMOS管10的栅极、核心电路中第二个PMOS管11的栅极连接。第二个NMOS管7的漏极与电源电压VDD连接，第二个NMOS管7的栅极分别与第三个NMOS管2的漏极、第二个PMOS管9的漏极连接。第三个NMOS管2的源极与第四个NMOS管3的漏极连接，第三个NMOS管2的栅极分别与核心电路中第一个NMOS管1的栅极、核心电路中第二个NMOS管4的栅极连接。第四个NMOS管3的栅极分别与其源极、公共地端GND连接。第一个PMOS管8的源极与电源电压VDD连接，第一个PMOS管8的漏极与第二个PMOS管9的源极连接。本专利技术的电原理图图1中的虚线部分所描述的核心电路，包括两个P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSFET 10与11、两个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET 1与4，核心电路的输入端与正温度系数电压产生电路的输出端连接，核心电路的输出端与零极点补偿电路的输入端连接。核心电路中的第一个PMOS管10的源极与电源电压VDD连接，第一个PMOS管10的栅极分别与第二个PMOS管11的栅极、正温度系数电压产生电路中第一个PMOS管8的栅极、正温度系数电压产生电路中第二个PMOS管9的栅极、正温度系数电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温漂的全MOSFET基准电压源，包括正温度系数电压产生电路、核心电路、零极点补偿电路，其特征在于，所述的正温度系数电压产生电路包括两个P型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管PMOSFET(8)与(9)、两个增强型N型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管NMOSFET(2)与(7)、两个耗尽型N型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管NMOSFET(3)与(5)，正温度系数电压产生电路的输出端与核心电路的输入端连接；所述核心电路包括两个P型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管PMOSFET(10)与(11)、两个增强型N型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管NMOSFET(1)与(4)，核心电路的输入端与正温度系数电压产生电路的输出端连接，核心电路的输出端与零极点补偿电路的输入端连接；所述零极点补偿电路包括一个增强型N型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管NMOSFET(6)、两个电容C1与C2、三个电阻R1、R2与R3，零极点补偿电路的输入端与核心电路的输出端连接，零极点补偿电路的输出端经电阻R2连接至核心电路，为核心电路提供偏置电压。

【技术特征摘要】
1.一种低温漂的全MOSFET基准电压源，包括正温度系数电压产生电路、核心电路、零极点补偿电路，其特征在于，所述的正温度系数电压产生电路包括两个P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSFET(8)与(9)、两个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET(2)与(7)、两个耗尽型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET(3)与(5)，正温度系数电压产生电路的输出端与核心电路的输入端连接；所述核心电路包括两个P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSFET(10)与(11)、两个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET(1)与(4)，核心电路的输入端与正温度系数电压产生电路的输出端连接，核心电路的输出端与零极点补偿电路的输入端连接；所述零极点补偿电路包括一个增强型N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOSFET(6)、两个电容C1与C2、三个电阻R1、R2与R3，零极点补偿电路的输入端与核心电路的输出端连接，零极点补偿电路的输出端经电阻R2连接至核心电路，为核心电路提供偏置电压。2.根据权利要求1所述的一种低温漂的全MOSFET基准电压源，其特征在于：所述的正温度系数电压产生电路中的第一个NMOS管(5)和第四个NMOS管(3)为耗尽型NMOS管，第一个NMOS管(5)的源极分别与其栅极、公共地端GND连接；第一个NMOS管(5)的漏极分别与第二个NMOS管(7)的源极、第一个PMOS管(8)的栅极、第二个PMOS管(9)的栅极、核心电路中第一个PMOS管(10)的栅极、核心电路中第二个PMOS管(11)的栅极连接；第二个NMOS管(7)的漏极与电源电压VDD连接，第二个NMOS管(7)的栅极分别与第三个NMOS管(2)的漏极、第二个PMOS管(9)的漏极连接；第三个NMOS管(2)的源极与第四个NMOS管(3)的漏极连接，第三个NMOS管(2)的栅极分别与核心...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王松林，韩唐，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61