一种无电阻基准电压源的制作方法

文档序号:9489031阅读:554来源:国知局
一种无电阻基准电压源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电源技术领域,具体的说涉及一种无电阻基准电压源。
【背景技术】
[0002] 基准电压源用于在模拟集成电路,数模混合信号集成电路以及系统集成芯片中, 为电路的其他模块提供稳定的参考电压,要求基准电压源的精度受温度及电源电压的变化 影响小,基准电压源的精度通常直接决定了整个系统的精度。
[0003] 随着电子技术的发展,电子产品向体积更小、成本更低、电池寿命更长的方向发 展,因此要求系统的供电电源电压越来越低,功耗越来越小。传统的带隙基准电压源架构输 出电压只能在1. 2V左右,且在设计过程中需要使用电阻或者BJT晶体管来产生PTAT电流 而使集成电路工艺限制,因此存在结构复杂且成本较高的问题。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的,就是针对上述问题,提出一种无电阻基准电压源。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0006] -种无电阻基准电压源,包括正温系数电流源模块、基准电压产生模块和衬底偏 置电压调整模块;所述正温系数电流源模块和衬底偏置电压调整模块分别与基准电压产生 模块连接;
[0007] 所述正温系数电流源模块由第一PM0S管MP1、第二PM0S管MP2、第三PM0S管MP3、 第六PM0S管MP6、第七PM0S管MP7、第八PM0S管MP8、第一NM0S管MN1、第二NM0S管MN2、第 三NM0S管MN3和电容C构成;其中,第一PM0S管MP1的源极接电源,其栅极接第三PM0S管 MP3的漏极;第二PM0S管MP2的源极接电源,其栅极接第三PM0S管MP3的漏极;第三PMS0 管的源极接电源,其栅极与漏极互连;第一NM0S管丽1的漏极接第一PM0S管MP1的漏极, 其栅极接第二PM0S管MP2的漏极;第二NM0S管MN2的漏极和栅极接第二PM0S管MP2的漏 极;第三NM0S管MN3的漏极接第三PM0S管MP3的漏极,其栅极接第一PM0S管MP1的漏极; 第六PM0S管MP6的栅极和漏极接地,其源极接第三NM0S管MN3的漏极;第七PM0S管MP7 的栅极和漏极接地,其源极接第一NM0S管丽1的源极;第八PM0S管MP8的栅极和漏极接 地,其源极接第二NM0S管丽2的漏极;电容C的一端接地,其接第一PM0S管MP1的漏极;
[0008] 所述基准电压产生模块由第四PM0S管MP4和第四NM0S管MN4构成;其中,第四 PM0S管MP4的源极接电源,其栅极接第三PM0S管MP3的漏极;第四NM0S管MN4的栅极和漏 极互连,其源极接地,其漏极接第四PM0S管M4的漏极;第四PM0S管MP4漏极与第四NM0S 管MN4漏极的连接点为基准电压输出端;
[0009] 所述衬底偏置电压调整模块由第五PM0S管MP5和第五NM0S管丽5构成;其中,第 五PM0S管MP5的源极接电源,其栅极接第三PM0S管MP3的漏极;第五NNM0S管丽5的栅极 和漏极互连,其源极接地,其漏极接第五PM0S管MP5的漏极;第五NM0S管丽5的栅极接第 四NM0S管MN4的衬底。
[0010] 本发明的有益效果为,提供一种无电阻低压低功耗基准源,采用无电阻技术减小 版图面积同时输出低基准电压源,采用工作在亚阈值区的M0S管降低电路功耗;另外采用 衬底偏置调整技术,对输出基准源进行调整,可有效提高基准电压源精度。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的基准电压产生模块示意图;
[0012] 图2为本发明的基准电压电路图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图,详细描述本发明的技术方案:
[0014] 本发明提出一种无电阻低压低功耗基准源,其原理框图如图1所示。本发明包括 正温系数电流源产生模块,基准电源产生模块,衬偏调整模块(衬底偏置电压调整模块); 其中,正温度系数电流源模块产生正温系数电流给工作在饱和区的NM0S管MN4提供偏置电 流;衬偏调整模块为该NM0S管MN4调整衬底偏置电压,进而起到调整阈值的作用;该NM0S 的栅极和漏极接在一起,输出基准电压,克服工艺波动对基准源输出带来的影响。
[0015] 上述方案具体电路结构如图2所示,由工作在饱和区的MN4的栅源电压作为基准 源(VREF=Vs胃)。由饱和区M0S的电压电流特性,可得基准电压源输出为
[0017] 其中μ为沟道载流子迀移率;(^为单位面积的栅氧化层电容;W/L为M0S宽长比, 下标为所指代M0S管;\^为M0S管的栅源电压差,下标为所指代M0S管;VΤΗ为NM0S管的阈 值电压。
[0018] MP4的栅极由正温度系数电流源模块产生的第一偏置电压偏置,产生正温电流I, I由左边的正温系数电流模块产生。由于ΜΡ7及ΜΡ8采用了动态阈值调整技术,可知:
[0019] AVGS=VTInN(2)
[0020] 利用基尔霍夫电压定律,可知:
[0021] VGS|MN1+VSG|MP7 -VGS|MN2+VsG|MP8⑶
[0022] 由此可得,产生的偏置电路存在如下特性:
[0024] 其中,AVTH=VTH1_VTH2。由于丽1与丽2的源端电压差为VTlnN,仅为几十毫伏, 所以起对ΔVTf^9影响可以忽略。根据14=I2=II,并结合式(1),可得:
[0026] 其中,T。为参考温度,T为任一温度,ατ阈值电压在任一温度T下的温度系数 (ατ>〇)0
[0029] 从上式可知,通过控制ΜΡ8和ΜΡ7的并联数之比,以及ΜΝ1,ΜΝ2,ΜΝ4的宽长比的比 例即可获得理论上温度系数为零的基准源。因此,本发明提出的基准源温度特性仅仅受晶 体管尺寸比例影响,而与绝对数值无关。从而极大地提升了基准源的鲁棒性。
[0030] 图1中的衬底偏置调制模块用于调整由于工艺参数变化造成的VREF=VΤΗ。导致的 漂移。具体做法是ΜΡ5工作在饱和区,镜像正温电流模块产生的正温系数电流,ΜΝ5工作在 亚阈值区。
[0031] 丽5工作在亚阈值区,由亚阈值区漏电流与的关系可得到:
[0033] 根据式⑷可知,
[0034] VGS5=vth-nvT (8)
[0035] 当由于工艺原因,导致晶体管阈值电压变化时,乂^可以动态调苄基准源输出晶体 管MN4的衬底电位。譬如,当工艺波动,导致晶体管阈值电压升高,电压会升高,从而减 小MN4管的源衬电压,VSB4减小,从而减小MN4晶体管的阈值电压,抑制工艺波动对基准源输 出电压带来的影响,稳定基准电压。反之亦然。
[0036] 上述方案中,电流源模块用工作在亚阈值区的M0S管产生正温系数电流,通过电 流镜镜像流过工作在饱和区的MN4。通过调节晶体管尺寸间的相互比例,调节正温电流的正 温系数大小,以补偿阈值电压VTH的负温系数,实现输出电压的温度稳定。考虑到阈值电压 受工艺参数的漂移,方案中的工艺稳定技术由MN4的衬底偏置调制模块完成,工作在亚阈 值区的MN5调节输出管MN4的阈值电压变化,实现基准电压源输出电压的工艺稳定,提升电 路的鲁棒性。
【主权项】
1. 一种无电阻基准电压源,包括正温系数电流源模块、基准电压产生模块和衬底偏置 电压调整模块;所述正温系数电流源模块和衬底偏置电压调整模块分别与基准电压产生模 块连接; 所述正温系数电流源模块由第一 PMOS管MPl、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第六 PMOS 管 MP6、第七 PMOS 管 MP7、第八 PMOS 管 MP8、第一 NMOS 管 MN1、第二 NMOS 管 MN2、第三 NMOS管MN3和电容C构成;其中,第一 PMOS管MPl的源极接电源,其栅极接第三PMOS管MP3 的漏极;第二PMOS管MP2的源极接电源,其栅极接第三PMOS管MP3的漏极;第三PMSO管的 源极接电源,其栅极与漏极互连;第一 NMOS管MNl的漏极接第一 PMOS管MPl的漏极,其栅 极接第二PMOS管MP2的漏极;第二NMOS管MN2的漏极和栅极接第二PMOS管MP2的漏极; 第三NMOS管MN3的漏极接第三PMOS管MP3的漏极,其栅极接第一 PMOS管MPl的漏极;第 六PMOS管MP6的栅极和漏极接地,其源极接第三NMOS管丽3的漏极;第七PMOS管MP7的 栅极和漏极接地,其源极接第一 NMOS管丽1的源极;第八PMOS管MP8的栅极和漏极接地, 其源极接第二NMOS管MN2的漏极;电容C的一端接地,其接第一 PMOS管MPl的漏极; 所述基准电压产生模块由第四PMOS管MP4和第四NMOS管MM构成;其中,第四PMOS 管MP4的源极接电源,其栅极接第三PMOS管MP3的漏极;第四NMOS管MM的栅极和漏极互 连,其源极接地,其漏极接第四PMOS管M4的漏极;第四PMOS管MP4漏极与第四NMOS管MM 漏极的连接点为基准电压输出端; 所述衬底偏置电压调整模块由第五PMOS管MP5和第五NMOS管丽5构成;其中,第五 PMOS管MP5的源极接电源,其栅极接第三PMOS管MP3的漏极;第五NNMOS管MN5的栅极和 漏极互连,其源极接地,其漏极接第五PMOS管MP5的漏极;第五NMOS管丽5的栅极接第四 NMOS管MM的衬底。
【专利摘要】本发明属于电源技术领域,具体的说涉及一种无电阻基准电压源。本发明提供的一种无电阻基准电压源,包括正温系数电流源模块、基准电压产生模块和衬底偏置电压调整模块;所述正温系数电流源模块和衬底偏置电压调整模块分别与基准电压产生模块连接;其中,正温度系数电流源模块产生正温系数电流给工作在饱和区的NMOS管MN4提供偏置电流;衬偏调整模块为该NMOS管MN4调整衬底偏置电压,进而起到调整阈值的作用;该NMOS的栅极和漏极接在一起,输出基准电压,克服工艺波动对基准源输出带来的影响。本发明的有益效果为,采用无电阻技术减小版图面积同时输出低基准电压源,还可有效提高基准电压源精度。
【IPC分类】G05F1/56
【公开号】CN105242738
【申请号】CN201510828318
【发明人】石跃, 周泽坤
【申请人】成都信息工程大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月25日
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1