超低功耗全CMOS基准电路系统的制作方法

本发明涉及基准电压电路领域，尤其涉及一种超低功耗全cmos基准电路系统。

背景技术：

在物联网和大多数无线通讯的应用中，相关接收电路或者发射电路等都是需要低功耗的，因此能产生低功耗的基准电路对整个应用来讲是非常关键和非常必要的。基准电路作为模拟电路的重要部分，一般需要在一个较宽的温度范围内正常工作，因此不仅要求功耗低，还需要性能稳定，有较好的温度特性。传统的方式可以采用带隙基准电路进行设计，但是其功耗相对较大，而且需要用到电阻和三极管，导致芯片面积较大。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种超低功耗全cmos基准电路系统，适用于超低功耗的电路系统中。

为达上述及其它目的，本发明提供一种超低功耗全cmos基准电路系统，其至少包括：

一启动电路，用于驱动所述基准电路，启动更稳定，系统更稳定；

一微电流产生电路，为所述基准电路的运算放大电路提供工作电流，其核心是mos管工作在亚阈值区，因此整体工作电流为低至纳安级的电流，功耗非常小；

一运算放大电路，最大程度减小因电流变化对电路产生的影响；

一核心基准电路，产生核心的基准电流和基准电压，产生基准电压的精度非常高，还配有温度系配置端口，由于整个电路中没有采用电阻，也没有采用三极管，全部都是mos晶体管，所以总体电路的面积非常小，该电路的温度系数还是可以根据测试情况进行调节。

本发明的特征在于，所述启动电路由第一nmos管nm1、第二nmos管nm2和第一电容c1构成；电容c1的一端与电源电压相连接；电容c1的另一端与nm1管的漏极和nm2管的栅极相连接；nm1管的源极和nm2管的源极接地；

所述微电流产生电路由第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第三pmos管pm3、第三nmos管nm3和第四nmos管nm4构成；pm1管的源极和pm2管的源极都与电源电压vdd相连接；pm1管的漏极与pm1管的栅极、pm2管的栅极、nm2管的漏极和nm3管的漏极相连接；nm3管的源极与nm4管的漏极和nm4管的栅极相连接；pm2管的漏极与nm3管的栅极、pm3管的栅极、pm3管的漏极和pm3管的源极相连接，其中，pm3管作二极管使用；nm4管的源极和pm3管的衬底接地；

所述运算放大电路由第四pmos管pm4、第五pmos管pm5、第六pmos管pm6、第五nmos管nm5、第六nmos管nm6、第七nmos管nm7和第八nmos管nm8构成；pm4管的源极、pm5管的源极和pm6管的源极都与电源电压vdd相连接；pm4管的栅极与pm1管的栅极相连接；pm4管的漏极与nm5管的栅极、nm5管的漏极和nm6管的栅极相连接；pm5管的栅极与pm5管的漏极、pm6管的栅极和nm7管的漏极相连接；pm6管的漏极与nm8管的漏极相连接，其节点标注为vc；nm7管的源极与nm8管的源极和nm6管的漏极相连接；nm5管的源极和nm6管的源极接地；

所述核心基准电路由第七pmos管pm7、第八pmos管pm8、第九pmos管pm9、第九nmos管nm9、第十nmos管nm10、第十一nmos管nm11、第十二nmos管nm12、第十三nmos管nm13、第十四nmos管nm14、第十五nmos管nm15、第十六nmos管nm16和第十七nmos管nm17构成；pm7管的源极、pm8管的源极和pm9管的源极都与电源电压相连接；pm7管的栅极、pm8管的栅极和pm9管的栅极都与节点vc相连接；pm7管的漏极与nm8管的栅极、nm9管的栅极和nm9管的漏极相连接，其节点标注为va；pm8管的漏极nm7管的栅极、nm10管的栅极、nm10管的漏极、nm12管的栅极、nm12管的漏极、nm13管的栅极、nm13管的漏极、nm15管的栅极和nm15管的漏极相连接，其节点标注为vb；nm10管的源极与nm11管的栅极和nm11管的漏极相连接；nm13管的源极与nm14管的漏极相连接；nm15管的源极与nm16管的漏极相连接；nm14管的栅极接输入控制信号ct1；nm16管的栅极接输入控制信号ct2；pm9管的漏极与nm17管的栅极和nm17管的漏极相连接，其节点作为基准电压vref的输出端，nm1管的栅极与该节点相连；nm9管的源极、nm11管的源极、nm12管的源极、nm14管的源极、nm16管的源极和nm17管的源极接地。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明超低功耗全cmos基准电路系统；

图2为本发明pm3管的结构示意图。

具体实施方式

结合图1所示，在下面的实施例中，所述超低功耗全cmos基准电路系统，其至少包括：一启动电路，用于驱动所述基准电路，启动更稳定，系统更稳定；一微电流产生电路，其核心是mos管工作在亚阈值区，因此整体工作电流为低至纳安级的电流，功耗非常小；一运算放大电路，最大程度减小因电流变化对电路产生的影响；一核心基准电路，产生核心的基准电流和基准电压，产生基准电压的精度非常高，由于整个电路中没有采用电阻，也没有采用三极管，全部都是mos晶体管，所以总体电路的面积非常小，该电路的温度系数还是可以根据测试情况进行调节。

所述的启动电路由电容c1、nmos管nm1和nm2构成，当电源vdd上电时，电容c1两端电压不会突然变化，因此nm2管的栅极会耦合成高电压，那么nm2管就导通，从而有电流流过pm1管，微电流产生电路开始工作，当整个电路稳定工作且vref输出一个正常值时，nm1管的栅极变成高电压，nm1管导通，将nm2管的栅极拉成低电平，从而关闭启动电路，整个启动电路也就完成了启动工作。

所述微电流产生电路由第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第三pmos管pm3、第三nmos管nm3和第四nmos管nm4构成；pm3作为一个正向的二极管，其电压为一个阈值电压，相当于nm3管和nm4管的栅源电压之和，那么就迫使nm3管进入亚阈值区，因此产生的电流ib为na级别的小电流，流经pm4管栅极，在通过电流镜电路给运放提供尾电流源，驱动运算放大电路开始工作，该运放属于工作在亚阈值区的运放，属于微小功耗运放的结构。

图2是pm3管的结构示意图，p-substrate是p型衬底，n-well是pmos管的n阱，cathode是二极管的负极，anode是二极管的正极。pm3的栅极、源极、漏极相连作为二极管正极，衬底作为二极管负极，避免了使用大电阻引起的温度变化，也避免了使用寄生pnp，pm3正极-负极的电压等于nm3和nm4的栅源之间的电压和，因此nm3管进入了亚阈值区。

所述运算放大电路由第四pmos管pm4、第五pmos管pm5、第六pmos管pm6、第五nmos管nm5、第六nmos管nm6、第七nmos管nm7和第八nmos管nm8构成；运放采用一级差分结构，通过电流镜结构的晶体管nm5管和nm6管作为负载并驱动输出电流使得电流i1和i2到平衡，其电流镜结构的负载进一步提高电压增益，减小电源变化依赖性。

所述核心基准电路由第七pmos管pm7、第八pmos管pm8、第九pmos管pm9、第九nmos管nm9、第十nmos管nm10、第十一nmos管nm11、第十二nmos管nm12、第十三nmos管nm13、第十四nmos管nm14、第十五nmos管nm15、第十六nmos管nm16和第十七nmos管nm17构成；其中ct1和ct2是输入控制信号，可以根据需要在系统层面设置成高电平或者低电平；所述运算放大电路使得节点va电压等于节点vb，因此，晶体管nm9上的电压呈现负温度特性，晶体管nm11上的电压呈现正温度特性，晶体管nm10、nm12、nm13、nm15和nm17相当于无源电阻，通过调节nm10管、nm12管、nm17的几何尺寸和nm9管、nm11管的面积可实现温度补偿。在芯片实际制造过程中，管子尺寸和特性可能会出现一些偏差，导致温度系数不平衡，比如还是随着温度的升高而升高，如果出现这种情况，可以调节本发明中ct1和ct2的输入电平值来达到更好的温度系数。比如在设计电路时，两个输入信号ct1和ct2，一个为高电平另外一个为低电平，此时温度系数温度是平衡的，当测试发现vref电压随着温度升高而增加，那么就可以将ct1和ct2都设置为低电平，当测试发现vref电压随着温度升高而减小时，那么就可以将ct1和ct2都设置为高电平，用这种方式来对温度系数进行微调。nm13和nm15的管子尺寸一致，这样上调和下调的幅度都是一样的，ct1和ct2的默认值，一个是高电平，一个是低电平，不管ct1是高电平还是ct2是高电平，其温度系数结果都是一样的。当ct1和ct2同时为高电平或者同时为低电平时，其温度系数就会发生主动性偏移,ct1和ct2是否需要调整，应该根据温度测试结果而定。

本发明提出了一种超低功耗全cmos基准电路系统，与其他电路相比，电路中不使用电阻，也不使用三极管，结构更简单。该电路采用0.18μmcmos工艺设计，当ct1和ct2一个为高电平一个为低电平时，可以提供900mv的输出电压，温度系数为18ppm/℃,1.8v时的电流为20na，在面积有限的条件下大大提升了电路的性能。

虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合，这些也应视为本发明的保护范围。