专利名称：一种增强型mos管基准电压源电路的制作方法
技术领域：
本发明是一种基准电压源电路，在标准的CMOS工艺中使用增强型MOS管实现，此基准电压 具有较高的PSRR和较小温度系数，可用于现今流行的1.8V电源电压系统。
背景技术：
目前，基准电压源主要有两种， 一种是采用耗尽型MOS管的基准电压源，另一种是采 用和MOS工艺兼容的纵向PNP管带隙基准电压源。第一种基准电压源虽然实现简单，功耗 小，但是在很多标准的CMOS工艺中不兼容耗尽型MOS管。第二种基准电压源由于电路复 杂，功耗大，占用的版图面积较大不经济，且很难用于现今流行的低电源电压系统。
发明内容
本发明提供了一种增强型MOS管基准电压源电路，电路结构中只包含NMOS管、PMOS 管和电阻三种元器件，而不包含耗尽型NMOS管和纵向PNP管，主要利用NMOS和PMOS 管闽值电压不同线性温度系数的特性进行温度的补偿，获得较小温度系数的基准电压源。
本发明一种增强型MOS管基准电压源电路由启动电路，基准电流源电路和基准电压产 生电路所组成，其中，
启动电路，连接于基准电流源电路，以启动基准电流源电路；
基准电流源电路，连接于启动电路与基准电压产生电路之间，被启动电路所启动，为基 准电压产生电路提供偏置电流；
基准电压产牛电路，和基准电流源电路相连接，由基准电流源电路通过镜像电路为其提 供偏置电流，此电路产生输出基准电压。
启动电路有两个NMOS管(M0， M2)和一个PMOS管(Ml)组成。
启动电路的PMOS管(MO为二极管连接，源端接电源电压， 一个NMOS管(M0)的 漏端接PMOS管(Ml)的漏端和栅端，源端接地，另一个NMOS管(M2)的栅端接PMOS 管(Ml)的漏端和栅端。
基准电流源电路为K倍增基准电流源电路。
基准电流源电路为带反馈的K倍增基准电流源电路，反馈用以提高MOS管的输出电阻， 改善基准电流对电源电压的灵敏度。
基准电压产生电路包括一镜像PMOS管(M14)，源端接电源电压，栅端接启动电路和基 准电压源产生电路，用来镜像基准电流源电路所产生的基准电流，以为基准电压产生电路提 供偏置电流。
基准电压产生电路还包括
第一电阻器(R2)， 一端接地，另一端接输出NMOS (M16)管以及 第二电阻器(Rl)，另端接PMOS (M15)管的源端输出PMOS管(M15)，栅端和漏端相连，接于输出基准电压 输出NMOS管(M16)，漏端接输出基准电压，源端接地。
-
图1是本发明增强MOS管基准电压源电路的电路结构框图
图2是本发明增强MOS管基准电压源电路的电路图 主要元器件说明 M0-M16:增强型MOS管 Rl-R3:电阻器
具体实施例方式
图1给出了所发明的增强型MOS管基准电压源电路的结构原理框图。图2所示电路， 是图1原理的具体实现方式。本发明的目的是这样实现的启动电路用来启动K倍增基准电 流电路，使其在电源上电时摆脱简并偏置点；K倍增基准电流电路产生一个PTAT电流源， 通过镜像为基准电压电路提供偏置电流；基准电压电路产生温度系数较小的基准电压。
当接通供电电源VDD后，Ml是二极管连接，其漏(和栅)电位介于VDD和VDD-Vthp 之间，NMOS开关管M2此时导通，于是M6/M7摆脱栅电位为VDD的状态，M4/M5摆脱栅 电位为GND的状态，基准电流电路得以启动，此后M2截止。由M8， M9,M10和Mil组成 的差分放大器用改来善型基准电流的PSRR，用M12和M13作频率补偿电容，稳定K倍增 基准电流电路的输出。M14镜像稳定K倍增基准电流源的电流，给M15和M16构成的压差 电路提供偏置，电阻R1与R2的比值构成压差修正因子，通过调整比值可以调整输出基准电 压的温度系数和电压值。
增强型MOS管基准电压源电路利用增强型NMOS管和增强型PMOS管的迁移率和阈值 电压具有不同的温度系数，产生两个电压，分别与增强型NMOS管和增强型PMOS管的迁移 率和阈值电压相关，进行温度补偿后形成稳定的电压源输出。下面我们叙述该电路结构的工 作原理。
一般的，MOS管阈值电压的温度特性可表示为
'r 、
、。《(。+
，
T7
一l
(1)
、。 。) +
_1
(2)
7;为参考温度，《7W为NMOS管阈值电压4的温度系数，,—P为PMOS管阈值电压K
的温度系数。
另外，MOS管迁移率也是个具有温度特性的参数，可以描述为: (r)= (r0)|
,r、
、7o 乂
「 7"、
(3)
(4)
式(2)中，是NMOS管迁移率温度指数，" 是PMOS管迁移率温度指数。迁移率 具有负温度系数。
M4、 M5、 M6，M7和R3产生与增强型NMOS阈值电压相关的正温度系数电压，如图3 所示，IO可以表示为
2 1
1-
1
Kl是M4与M5尺寸的比值，Ss是M5管的宽长比。 M14镜像M7的电流，当M14的尺寸是M7的K2倍时，II以表示为:
(5)
(6)
因此Vref可以表示为:
= (1 + :)^16 _ |^]5
仏
(7)
M15和M16都工作在饱和区，且R1和R2的电阻值较大，流过M15和M16的电流都近 似等于H，则有
K =
2/'
十f;
2/,
酬紐跳'~
(8)
(9)
结合(7)、 (8)和(9)式Vref可以表示为:
K1 + :X
氛， 2/,
2/,
(10)
5<formula>formula see original document page 6</formula>
+
〃7/
是式(11)中第一部分中的两项都具有正温度系数但不相同，只要调整M5， M15和 M16的参数，可使这部分在期望的温度系数为零；下第二部分两项都具有负温度系数但不相 同，只要调整Rl和R2阻值的比例，可使这部分在期望的温度系数为零。且可以通过调整 Rl和R2阻值的比例来实现Vref输出不同的电压值。占.
本发明的增强型MOS管基准电压源电路较目前常用的基准鬼压源电路有如下特点有优
(1) 电路采用CMOS技术，CMOS本身具有开关速度快、功耗低等特点，而且制备工 艺简单。
(2) 电路中仅仅使用强型MOS管和电阻，不需要标准CMOS工艺没有的耗尽型MOS 管，也不需要纵向PNP管，电路结构简单，易于工艺和电路上的实现，在获得相 同性能的情况下，可以大大减少成本。
(3) 本发明的增强型MOS管基准电压源电路，通过电路参数的改变设计，可以获得 不同的输出电压值，根据系统的需要，可以设计所需的输出电压值。
权利要求
1.一种增强型MOS管基准电压源电路，其特征是包括启动电路，连接于基准电流源电路，以启动基准电流源电路；基准电流源电路，连接于启动电路与基准电压产生电路之间，被启动电路所启动，为基准电压产生电路提供偏置电流；基准电压产生电路，和基准电流源电路相连接，由基准电流源电路通过镜像电路为其提供偏置电流，此电路产生输出基准电压。
2. 根据权利要求1所述的强型MOS管基准电压源电路，其特征是启动电路有两个NMOS 管(M0和M2)和一个PMOS管(Ml)组成。
3. 根据权利要求2所述的强型M0S管基准电压源电路，其特征是启动电路的PMOS管 (Ml)为二极管连接，源端接电源电压， 一个NMOS管(M0)的漏端接PMOS管(Ml)的漏端和栅端，源端接地，另一个NMOS管(M2)的栅端接PMOS管(Ml)的漏端和栅端。
4. 根据权利要求1所述的强型MOS管基准电压源电路，其特征是基准电流源电路为K 倍增基准电流源电路。
5. 根据权利要求4所述的强型MOS管基准电压源电路，其特征是基准电流源电路为带 反馈的K倍增基准电流源电路，反馈用以提高MOS管的输出电阻，改善基准电流对电源电 压的灵敏度。
6. 根据权利要求1所述的强型MOS管基准电压源电路，其特征是基准电压产生电路包 括一镜像PMOS管(M14)，源端接电源电压，栅端接启动电路和基准电压源产生电路，用来 镜像基准电流源电路所产生的基准电流，以为基准电压产生电路提供偏置电流。
7. 根据权利要求l所述的强型MOS管基准电压源电路，其特征是基准电压产生电路还 包括第一电阻器(R2)， 一端接地，另一端接输出NMOS (M16)管以及 第二电阻器(Rl)，另端接PMOS (M15)管的源端 输出PMOS管(M15)，栅端和漏端相连，接于输出基准电压 输出NMOS管(M16)，漏端接输出基准电压，源端接地。
全文摘要
本发明提供了一种增强型MOS管基准电压源电路，电路结构中只包含NMOS管、PMOS管和电阻三种元器件，而不包含耗尽型NMOS管和纵向PNP管，主要利用NMOS和PMOS管阈值电压不同线性温度系数的特性进行温度的补偿，获得较小温度系数的基准电压源。由启动电路，基准电流源电路和基准电压产生电路所组成，其中，启动电路，连接于基准电流源电路，以启动基准电流源电路；基准电流源电路，连接于启动电路与基准电压产生电路之间，被启动电路所启动，为基准电压产生电路提供偏置电流；基准电压产生电路，和基准电流源电路相连接，由基准电流源电路通过镜像电路为其提供偏置电流，此电路产生输出基准电压。
文档编号G05F3/08GK101598954SQ200910138349
公开日2009年12月9日 申请日期2009年5月9日 优先权日2009年5月9日
发明者喻晓涛 申请人:南京微盟电子有限公司