一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，采用产生与温度以及电源电压无关稳定直流输出的带隙基准核心电路；所述带隙基准核心电路采用两级与绝对温度成正比电压电路结构；所述PTAT电路采用cascade结构的差分对，获得PTAT电压。本发明专利技术采用两级PTAT电路结构，保证输出的带隙基准电压具有零温度系数，同时具有较高的输出精度；两级的PTAT电路用于产生一个与绝对温度成正比的电压，可以在较小的电源电压下工作，功耗较小，同时具有良好的温度特性和较高的精度；能够在较低的电源电压下，实现一个高精度、低功耗的稳定的带隙基准电压，改善了物联网设备能量获取的获取效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，尤其涉及一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路。
技术介绍
低压低功耗高精度的带隙基准电路不仅可以使得物联网(IoT)能量获取设备长时间有效的工作，而且也可以降低设备的功耗、面积和成本。传统的带隙基准结构可以获得精确的直流输出基准电压并且温度特性也较好，但是受限于较高的电源电压，在小体积低功耗的设备中很少被采用。近年来，没有采用双极型晶体管(BJT)的CMOS亚阈值电压基准电路结构可以在很低的电源电压下工作，并且功耗很低，引起了研究者的广泛关注并且发展迅速，但此类基于阈值电压(VTH)的基准电路结构在温度灵敏度以及精度等方面达不到人们预期的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，旨在解决现有的CMOS亚阈值电压基准电路存在温度灵敏度较小，精度不准确的问题。本专利技术是这样实现的，一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，所述应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路采用产生与温度以及电源电压无关稳定直流输出的带隙基准核心电路；所述带隙基准核心电路采用两级PTAT电路结构；所述PTAT电路采用cascade结构的差分对，获得PTAT电压。进一步，所述带隙基准核心电路包括：开关电容VBE分压电路、PTAT电压产生电路；VDD倍压电路的输出端2*VDD与开关电容VBE分压电路的电源电压输入端相连接，偏置电路的第二输出偏置电压Vbias2与开关电容VBE分压电路的偏置输入端Vbias2相连接，第二时钟自举电路的输出端2*CLK1与开关电容VBE分压电路的第一开关电容输入控制端A相连接，第三时钟自举电路的输出端2*CLK2与开关电容VBE分压电路的第二开关电容输入控制端B相连接，第四时钟自举电路的输出端2*CLK3与开关电容VBE分压电路的第三开关电容输入控制端C相连接，第五时钟自举电路的输出端2*CK4与开关电容VBE分压电路的第四开关电容输入控制端D相连接；VDD倍压电路的输出端与PTAT电压产生电路的电源电压输入端相连接；开关电容VBE分压电路的输出端输出第一开关电容VBE分压电压K*VBE，PTAT电压产生电路的输出端输出第一PTAT电压，带隙基准核心电路的输出端输出直流带隙基准电压，基准电压为0.2373V。进一步，所述开关电容VBE分压电路包括：直流电流源ID、传输门S1、开关控制管S2、开关控制管S3、开关控制管S4、PNP晶体管B1、电容C6、电容C6、电容C8；其中连接关系为：所述直流电流源ID的正极与第一VDD倍压电压2*VDD相连接；所述传输门S1的第一端、所述PNP晶体管B1的发射极均与所述直流电流源ID的负极相连接；所述传输门S1的两个栅极控制信号分别与第二时钟自举信号A、第五时钟自举信号D相连接；所述传输门S1的第二端、所述开关控制管S2的漏极与所述电容C6的第一端相连接；所述开关控制管S2的源极、所述开关控制管S3的漏极、所述开关控制管S4的漏极均与所述电容C7的第一端相连接；所述开关控制管S2的栅极与第三时钟自举信号B相连接；所述开关控制管S3的栅极与第二时钟自举信号A相连接；所述开关控制管S4的栅极与第四时钟自举信号C相连接，所述开关控制管S4的源极与所述电容C8的第一端相连接；所述PNP晶体管B1的基极与集电极、所述电容C6的第二端、所述电容C7的第二端、所述电容C8的第二端、所述开关控制管S3的源极均与地电压GND相连接。进一步，所述带隙基准核心电路包括：PMOS管PM440、PMOS管PM39、PMOS管PM31、PMOS管PM32、PMOS管PM33、PMOS管PM34、PMOS管PM35、PMOS管PM36、PMOS管PM37、PMOS管PM38、NMOS管NM31、NMOS管NM32、NMOS管NM33、NMOS管NM34、NMOS管NM35、电容C9；其中连接关系为：PMOS管PM440的源极、PMOS管PM31的源极、PMOS管PM32的源极均与第一VDD倍压电压2*VDD相连接；PMOS管PM440的栅极与漏极、PMOS管PM31的栅极、PMOS管PM32的栅极均与PMOS管PM39的源极相连接；PMOS管PM39的栅极与漏极、PMOS管PM34的栅极、PMOS管PM33的栅极均与NMOS管NM35的漏极相连接；NMOS管NM35的栅极与第二偏置电压Vbias2相连接；PMOS管PM31的漏极与PMOS管PM34的源极相连接；PMOS管PM35的源极、PMOS管PM36的源极均与PMOS管PM34的漏极相连接；PMOS管PM35的栅极与第一开关电容分压电压K*VBE相连接；NMOS管NM31的栅极与漏极、NMOS管NM32的栅极均与PMOS管PM35的漏极相连接；PMOS管PM36的栅极与漏极、PMOS管PM37的栅极均与NMOS管NM32的漏极相连接；PMOS管PM32的漏极与PMOS管PM33的源极相连接；PMOS管PM37的源极、PMOS管PM38的源极均与PMOS管PM33的漏极相连接；NMOS管NM33的栅极与漏极、NMOS管NM34的栅极均与PMOS管PM37的漏极相连接；PMOS管PM38的栅极与漏极、NMOS管NM34的漏极均与电容C9的第一端相连接；NMOS管NM35的源极、NMOS管NM31源极、NMOS管NM32的源极、NMOS管NM33的源极、电容C9的第二端、NMOS管NM34的源极均与地电压GND相连接；所述带隙基准核心电路的输出电压为0.2373V。进一步，所述应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路还设置有：偏置电路，用于产生后级电路的偏置电压；时钟产生电路，与所述偏置电路连接，用于产生时序时钟信号；倍压电路，与所述时钟产生电路连接，用于将电源电压幅值加倍为所述带隙基准核心电路提供电源电压和对所述时钟电路所产生时钟信号的自举和分频。进一步，所述偏置电路包括：PMOS管PM113、电阻R1、PMOS管PM111、PMOS管PM112、PMOS管PM114、NMOS管NM113、NMOS管NM111、NMOS管NM112、NMOS管NM114；其中连接关系为：电源电压VDD为0.5V，PMOS管PM113的源极、电阻R1的第一端、PMOS管PM112的源极、PMOS管PM114的源极均与电源电压VDD相连接；PMOS管PM113的栅极与PMOS管PM114的栅极相连接，PMOS管PM113的漏极与NMOS管NM113的漏极、PMOS管PM111的栅极、PMOS管PM112的栅极相连接；NMOS管NM113的栅极与NMOS管NM111的栅极、NMOS管NM112的栅极相连接，NMOS管NM113的源极、NMOS管NM111的源极、NMOS管NM112的源极、NMOS管NM114的源极均与地相连接；电阻R1的第二端与PMOS管PM111的源极相连接；PMOS管PM111的漏极与NMOS管的漏极相连接；NMOS管NM111的栅极和漏极相连接；PMOS管PM112的漏极与NMOS管NM112的漏极相连接；PMOS管PM114的栅极与漏极相连接，PMOS管PM114的漏极与NMOS管NM114的漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，其特征在于，所述应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路采用产生与温度以及电源电压无关稳定直流输出的带隙基准核心电路；所述带隙基准核心电路采用两级PTAT电路结构；所述PTAT电路采用cascade结构的差分对，获得PTAT电压。

【技术特征摘要】
1.一种应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，其特征在于，所述应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路采用产生与温度以及电源电压无关稳定直流输出的带隙基准核心电路；所述带隙基准核心电路采用两级PTAT电路结构；所述PTAT电路采用cascade结构的差分对，获得PTAT电压。2.如权利要求1所述的应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，其特征在于，所述带隙基准核心电路包括：开关电容VBE分压电路、PTAT电压产生电路；VDD倍压电路的输出端2*VDD与开关电容VBE分压电路的电源电压输入端相连接，偏置电路的第二输出偏置电压Vbias2与开关电容VBE分压电路的偏置输入端Vbias2相连接，第二时钟自举电路的输出端2*CLK1与开关电容VBE分压电路的第一开关电容输入控制端A相连接，第三时钟自举电路的输出端2*CLK2与开关电容VBE分压电路的第二开关电容输入控制端B相连接，第四时钟自举电路的输出端2*CLK3与开关电容VBE分压电路的第三开关电容输入控制端C相连接，第五时钟自举电路的输出端2*CK4与开关电容VBE分压电路的第四开关电容输入控制端D相连接；VDD倍压电路的输出端与PTAT电压产生电路的电源电压输入端相连接；开关电容VBE分压电路的输出端输出第一开关电容VBE分压电压K*VBE，PTAT电压产生电路的输出端输出第一PTAT电压，带隙基准核心电路的输出端输出直流带隙基准电压，基准电压为0.2373V。3.如权利要求2所述的应用于物联网节点的低电压高精度带隙
\t基准电路，其特征在于，所述开关电容VBE分压电路包括：直流电流源ID、传输门S1、开关控制管S2、开关控制管S3、开关控制管S4、PNP晶体管B1、电容C6、电容C6、电容C8；其中连接关系为：所述直流电流源ID的正极与第一VDD倍压电压2*VDD相连接；所述传输门S1的第一端、所述PNP晶体管B1的发射极均与所述直流电流源ID的负极相连接；所述传输门S1的两个栅极控制信号分别与第二时钟自举信号A、第五时钟自举信号D相连接；所述传输门S1的第二端、所述开关控制管S2的漏极与所述电容C6的第一端相连接；所述开关控制管S2的源极、所述开关控制管S3的漏极、所述开关控制管S4的漏极均与所述电容C7的第一端相连接；所述开关控制管S2的栅极与第三时钟自举信号B相连接；所述开关控制管S3的栅极与第二时钟自举信号A相连接；所述开关控制管S4的栅极与第四时钟自举信号C相连接，所述开关控制管S4的源极与所述电容C8的第一端相连接；所述PNP晶体管B1的基极与集电极、所述电容C6的第二端、所述电容C7的第二端、所述电容C8的第二端、所述开关控制管S3的源极均与地电压GND相连接。4.如权利要求1所述的应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，其特征在于，所述带隙基准核心电路包括：PMOS管PM440、PMOS管PM39、PMOS管PM31、PMOS管PM32、PMOS管PM33、PMOS管PM34、PMOS管PM35、PMOS管PM36、PMOS管PM37、PMOS管PM38、NMOS管NM31、NMOS管NM32、NMOS管NM33、NMOS管NM34、NMOS管NM35、电容C9；其中连接关系为：PMOS管PM440的源极、PMOS管PM31的源极、PMOS管PM32的源极均与第一VDD倍压电压2*VDD相连接；PMOS管PM440的栅极与漏极、PMOS管PM31的栅极、PMOS管PM32的栅极均与PMOS管PM39的源极相连接；PMOS管PM39的栅极与漏极、PMOS管PM34的栅极、PMOS管PM33的栅极均与NMOS管NM35的漏极相连接；NMOS管NM35的栅极与第二偏置电压Vbias2相连接；PMOS管PM31的漏极与PMOS管PM34的源极相连接；PMOS管PM35的源极、PMOS管PM36的源极均与PMOS管PM34的漏极相连接；PMOS管PM35的栅极与第一开关电容分压电压K*VBE相连接；NMOS管NM31的栅极与漏极、NMOS管NM32的栅极均与PMOS管PM35的漏极相连接；PMOS管PM36的栅极与漏极、PMOS管PM37的栅极均与NMOS管NM32的漏极相连接；PMOS管PM32的漏极与PMOS管PM33的源极相连接；PMOS管PM37的源极、PMOS管PM38的源极均与PMOS管PM33的漏极相连接；NMOS管NM33的栅极与漏极、NMOS管NM34的栅极均与PMOS管PM37的漏极相连接；PMOS管PM38的栅极与漏极、NMOS管NM34的漏极均与电容C9的第一端相连接；NMOS管NM35的源极、NMOS管NM31源极、NMOS管NM32的源极、NMOS管NM33的源极、电容C9的第二端、NMOS管NM34的源极均与地电压GND相连接；所述带隙基准核心电路的输出电压为0.2373V。5.如权利要求1所述的应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，其特征在于，所述应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路还设置有：偏置电路，用于产生后级电路的偏置电压；时钟产生电路，与所述偏置电路连接，用于产生时序时钟信号；倍压电路，与所述时钟产生电路连接，用于将电源电压幅值加倍为所述带隙基准核心电路提供电源电压和对所述时钟电路所产生时钟信号的自举和分频。6.如权利要求5所述的应用于物联网节点的低电压高精度带隙基准电路，其特征在于，所述偏置电路包括：PMOS管PM113、电阻R1、PMOS管PM111、PMOS管PM112、PMOS管PM114、NMOS管NM113、NMOS管NM111、NMOS管NM112、NMOS管NM114；其中连接关系为：电源电压VDD为0.5V，PMOS管PM113的源极、电阻R1的第一端、PMOS管PM112的源极、PMOS管PM114的源极均与电源电压VDD相连接；PMOS管PM113的栅极与PMOS管PM114的栅极相连接，PMOS管PM113的漏极与NMOS管NM113的漏极、PMOS管PM111的栅极、PMOS管PM112的栅极相连接；NMOS管NM113的栅极与NMOS管NM111的栅极、NMOS管NM112的栅极相连接，NMOS管NM113的源极、NMOS管NM111的源极、NMOS管NM112的源极、NMOS管NM114的源极均与地相连接；电阻R1的第二端与PMOS管PM111的源极相连接；PMOS管PM111的漏极与NMOS管的漏极相连接；NMOS管NM111的栅极和漏极相连接；PMOS管PM112的漏极与NMOS管NM112的漏极相连接；PMOS管PM114的栅极与漏极相连接，PMOS管PM114的漏极与NMOS管NM114的漏极相连接；NMOS管NM114的栅极与NMOS管NM112的漏极相连接。7.如权利要求5所述的应用于物联网节点的低电压高精度带隙
\t基准电路，其特征在于，所述时钟产生电路包括：PMOS管PM121、PMOS管PM122、PMOS管PM123、NMOS管NM121、NMOS管NM122、NMOS管NM123；其中电路连接为：PMOS管PM121的源极、PMOS管PM122的源极、PMOS管PM123的源极均与电源电压VDD相连接；PMOS管PM121的栅极、PMOS管PM122的栅极、PMOS管PM123的栅极均与偏执电路的第一输出偏置电压Vbias1相连接；PMOS管PM121的漏极与NMOS管NM121的漏极相连接；NMOS管NM121的栅极与NMOS管NM123的漏极相连接，NMOS管NM121源极、NMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帘曦，庞燕波，周逸阳，沐俊超，杨银堂，
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