一种无电阻式高精度低功耗基准源制造技术

一种无电阻式高精度低功耗基准源，属于电源管理技术领域。启动电路在电路初始化阶段使基准电路能够正常工作；偏置电流产生电路产生的基准电流作为基准电压产生电路的偏置电流，同时也作为高阶补偿电路的偏置电压，产生的偏置电流可以实现高阶补偿和自偏置需求；基准电压产生电路中负温度系数电压产生部分利用偏置电流作为BJT的集电极电流，得到的负温度系数电压VCTAT相对于传统VBE大大降低了VBE的负温特性，正温度系数电压VPTAT和负温度系数电压VCTAT叠加得到基准电压。另外引入高阶补偿电路，以得到温度特性更好的基准电压；输出部分增加低通滤波电路用来提高基准电路的电源抑制比PSRR。本实用新型专利技术的基准源能够实现纳瓦级功耗，且没有电阻，减小了芯片面积。

A high precision and low power consumption reference source without resistance

A non resistance high precision and low power reference source belongs to the power management technology field. The starting circuit makes the reference circuit working normally at the initialization stage of the circuit; the bias current produced by the bias current generation circuit produces the bias current of the circuit as the reference voltage, and also as the bias voltage of the high order compensation circuit. The bias current produced by the bias current can achieve high order compensation and self bias demand; the reference voltage is produced. The negative temperature coefficient voltage produced in the generator circuit is used as the collector current of the BJT, and the negative temperature coefficient voltage VCTAT greatly reduces the negative temperature characteristic of VBE compared with the traditional VBE, and the positive temperature coefficient voltage VPTAT and the negative temperature coefficient voltage VCTAT superimpose the reference voltage. In addition, the high order compensation circuit is introduced to obtain the reference voltage with better temperature characteristics; the output part increases the low pass filter circuit to improve the power suppression ratio of the reference circuit PSRR. The reference source of the utility model can realize the power consumption of the nano watts, and has no resistance, thus reducing the chip area.

【技术实现步骤摘要】
一种无电阻式高精度低功耗基准源
本技术属于电源管理
，具体涉及一种无电阻式高精度低功耗基准源电路的设计。
技术介绍
基准源作为电子系统的核心模块，是模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、线性稳压器、开关稳压器、温度传感器、充电电池保护芯片和通信电路等众多电路中不可缺少的部分，为电路提供精确、稳定的参考信号源。随着电子系统，尤其是电池供电或者自供电系统，譬如环境传感器网络，能量收集系统，生物电子系统等，对低压低功耗要求的日益迫切，降低基准源功耗且保持基准源的稳定性受到了越来越多的关注。由于传统带隙结构所得到的基准输出电压为1.2V左右，要求基准源的最低供电电压至少在1.5V左右，限制了基准源的应用范围；另外电阻的使用会增加芯片的面积，从而增加芯片的设计成本。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有基准源功耗与性能之间的制约关系，尤其是低功耗下无法满足高精度以及高电源抑制比需求。本文提出一种无电阻高精度低功耗基准源，在纳瓦级功耗下，构建了高阶补偿无电阻基准源，其电源抑制比得到提升，实现了高精度基准源输出。本技术的技术方案是：一种无电阻式高精度低功耗基准源，包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压产生电路、高阶补偿电路和低通滤波电路，所述启动电路的输出端连接所述偏置电流产生电路的控制端，所述基准电压产生电路的输出端通过低通滤波电路后输出基准电压Vref；所述偏置电流产生电路包括第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4，第三PMOS管MP3的漏极作为所述偏置电流产生电路的控制端，其栅极接第四PMOS管MP4的栅极和漏极以及第四NMOS管MN4的漏极；第四NMOS管MN4的栅极连接第二NMOS管MN2的栅极和漏极，其源极连接第五NMOS管MN5的栅极和漏极；第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极接电源电压VDD，第二NMOS管MN2和第五NMOS管MN5的源极接地GND；所述基准电压产生电路包括第六NMOS管MN6、第五PMOS管MP5和第一三极管Q1，第五PMOS管MP5的栅极连接所述偏置电流产生电路中第三PMOS管MP3的栅极，其源极接电源电压VDD，其漏极连接第六NMOS管MN6的栅极和漏极并作为所述基准电压产生电路的输出端；第一三极管Q1的发射极连接第六NMOS管MN6的源极，其基极和集电极接地GND；所述高阶补偿电路包括第三NMOS管MN3、第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8，第三NMOS管MN3的栅漏短接并连接第七NMOS管MN7的栅极和所述启动电路的输出端，其源极连接所述偏置电流产生电路中第二NMOS管MN2的栅极；第八NMOS管MN8的栅漏短接并连接所述基准电压产生电路的输出端，其源极连接第七NMOS管MN7的漏极；第七NMOS管MN7的源极连接所述基准电压产生电路中第六NMOS管MN6的源极。具体的，所述启动电路包括第一NMOS管MN1、第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，第二PMOS管MP2的栅极连接第一NMOS管MN1的栅极和第一PMOS管MP1的漏极，其漏极作为所述启动电路的输出端；第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极接电源电压VDD，第一NMOS管MN1的漏极和源极以及第一PMOS管MP1的栅极接地GND。具体的，所述低通滤波电路包括第九NMOS管MN9和第十NMOS管MN10，第九NMOS管MN9的漏极连接所述基准电压产生电路的输出端，其栅极连接其源极和第十NMOS管MN10的栅极并输出所述基准电压Vref，第十NMOS管MN10的源极和漏极接地GND。具体的，所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4和第五PMOS管MP5工作在亚阈值区。本技术的工作原理为：启动电路在电路初始化阶段使得偏置电流产生电路的相关信号正常工作，从而产生偏置电流，使得基准电路能够正常工作。偏置电流产生电路主要产生基准电路的偏置电流，作为基准电压产生电路的偏置电流，同时也作为高阶补偿电路的偏置电压，产生的偏置电流可以实现高阶补偿和自偏置需求。基准电压产生电路包括正温度系数电压产生部分和负温度系数电压产生部分，其中负温度系数电压产生部分利用偏置电流作为BJT的集电极电流，得到的负温度系数电压VCTAT相对于传统VBE，引入了正温项，大大降低了VBE的负温特性。正温度系数电压VPTAT和负温度系数电压VCTAT叠加得到基准电压。另外该基准电路引入了高阶补偿电路，以得到温度特性更好的基准电压。输出部分增加低通滤波电路用来提高基准电路的电源抑制比PSRR。本技术的有益效果：在传统亚阈值基准的基础上增加了高阶补偿电路，在不增加功耗的前提下提高了基准电压的温度特性；采用BJT产生负温电压来减小工艺上的漂移，同时采用由MOS管组成的RC滤波器来提高整个基准模块的电源抑制比，产生高精度基准电压；实现了纳瓦级功耗，电路中没有电阻，减小了芯片面积，降低了芯片的设计成本。附图说明图1是本技术提出的低压低功耗无电阻式高精度基准源等效架构图。图2是实施例中的低压低功耗无电阻式高精度基准源的一种实现电路图。MP1、MP2、MP3、MP4、MP5为PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor)管；MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MN7、MN8、MN9、MN10为NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor)管。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本技术作进一步的阐述。本技术提出的无电阻式高精度基准源电路图如图2所示，包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压产生电路、高阶补偿电路和低通滤波电路，本实施例中的启动电路包括第一NMOS管MN1、第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，第二PMOS管MP2的栅极连接第一NMOS管MN1的栅极和第一PMOS管MP1的漏极，其漏极作为所述启动电路的输出端；第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极接电源电压VDD，第一NMOS管MN1的漏极和源极以及第一PMOS管MP1的栅极接地GND。启动支路在电路初始化时，第一PMOS管MP1的栅极接地，第一PMOS管MP1向第一NMOS管MN1充电，第一NMOS管MN1作为启动电容使用，此时第一NMOS管MN1的栅极即第二PMOS管MP2的栅极电位为低，第二PMOS管MP2导通，第二PMOS管MP2产生的电流使得第二NMOS管MN2的栅极电位抬高，偏置电流产生部分正常建立，整个基准电路正常工作；当NMOS电容即第一NMOS管MN1充电完成时，第二PMOS管MP2的栅极电位被拉高，该管关断，启动支路退出，基准电路正常工作。偏置电流产生电路包括第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5，利用工作于亚阈值区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电阻式高精度低功耗基准源，其特征在于，包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压产生电路、高阶补偿电路和低通滤波电路，所述启动电路的输出端连接所述偏置电流产生电路的控制端，所述基准电压产生电路的输出端通过低通滤波电路后输出基准电压Vref；所述偏置电流产生电路包括第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4，第三PMOS管MP3的漏极作为所述偏置电流产生电路的控制端，其栅极接第四PMOS管MP4的栅极和漏极以及第四NMOS管MN4的漏极；第四NMOS管MN4的栅极连接第二NMOS管MN2的栅极和漏极，其源极连接第五NMOS管MN5的栅极和漏极；第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极接电源电压VDD，第二NMOS管MN2和第五NMOS管MN5的源极接地GND；所述基准电压产生电路包括第六NMOS管MN6、第五PMOS管MP5和第一三极管Q1，第五PMOS管MP5的栅极连接所述偏置电流产生电路中第三PMOS管MP3的栅极，其源极接电源电压VDD，其漏极连接第六NMOS管MN6的栅极和漏极并作为所述基准电压产生电路的输出端；第一三极管Q1的发射极连接第六NMOS管MN6的源极，其基极和集电极接地GND；所述高阶补偿电路包括第三NMOS管MN3、第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8，第三NMOS管MN3的栅漏短接并连接第七NMOS管MN7的栅极和所述启动电路的输出端，其源极连接所述偏置电流产生电路中第二NMOS管MN2的栅极；第八NMOS管MN8的栅漏短接并连接所述基准电压产生电路的输出端，其源极连接第七NMOS管MN7的漏极；第七NMOS管MN7的源极连接所述基准电压产生电路中第六NMOS管MN6的源极。...

【技术特征摘要】
1.一种无电阻式高精度低功耗基准源，其特征在于，包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压产生电路、高阶补偿电路和低通滤波电路，所述启动电路的输出端连接所述偏置电流产生电路的控制端，所述基准电压产生电路的输出端通过低通滤波电路后输出基准电压Vref；所述偏置电流产生电路包括第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4，第三PMOS管MP3的漏极作为所述偏置电流产生电路的控制端，其栅极接第四PMOS管MP4的栅极和漏极以及第四NMOS管MN4的漏极；第四NMOS管MN4的栅极连接第二NMOS管MN2的栅极和漏极，其源极连接第五NMOS管MN5的栅极和漏极；第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极接电源电压VDD，第二NMOS管MN2和第五NMOS管MN5的源极接地GND；所述基准电压产生电路包括第六NMOS管MN6、第五PMOS管MP5和第一三极管Q1，第五PMOS管MP5的栅极连接所述偏置电流产生电路中第三PMOS管MP3的栅极，其源极接电源电压VDD，其漏极连接第六NMOS管MN6的栅极和漏极并作为所述基准电压产生电路的输出端；第一三极管Q1的发射极连接第六NMOS管MN6的源极，其基极和集电极接地GND；所述高阶补偿电路包括第三NMOS管MN3、第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8，第三NMOS管MN3的栅漏短接并连接第七NMOS管MN7的栅极和所述启动电路的输出端，其源极连接所述偏置电流产生电路中第二NMOS管MN2...

【专利技术属性】
技术研发人员：石跃，曹建文，孙庆吉，周泽坤，凌味未，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：新型
国别省市：四川,51