一种低功耗cmos基准源电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于模拟电路技术领域，具体涉及一种低功耗CMOS基准源。本发明的电路主要包含一个耗尽型NMOS和一个增强型NMOS，其中耗尽型NMOS栅极和源极短接，增强型NMOS栅极与漏极短接；两个MOS管均工作在饱和区。本发明的有益效果为，电路结构简单，不需要额外的启动电路，具有较好的电源抑制能力。
【专利说明】
-种低功耗CMOS基准源电路
技术领域
[0001 ]本发明属于模拟电路技术领域，具体设及一种低功耗CMOS基准源。
【背景技术】
[0002] 在模拟集成电路或混合信号集成电路设计领域，基准电压源是非常重要且常用的 模块，常应用在ADC转换器、DC-DC换器、W及功率放大器等电路系统中，它的作用是为系统 提供一个不随溫度及供电电压变化的电压基准。
[0003] 自带隙基准电压源架构由Widlar提出W来，W其优越的性能，被广泛应用于各种 集成电路系统之中。之后，出现了很多针对该种架构的改进方案。但随着忍片系统集成度的 进一步增加，低电压与低功耗变得越来越重要。因为带隙基准电压源需要使用二极管或者 S极管来产生PTAT电压，运需要消耗很大的忍片。同时二极管或者S极管的使用，会限制整 个基准电路的供电电压的最小值，而且消耗大量的电流。运使得该种带隙基准源架构在忍 片面积和功耗上都处于劣势。
[0004] 为解决该问题，出现了很多CMOS基准源电路。大部分的CMOS基准源是利用工作在 亚阔区的MOS管的漏极电流和栅-源电压的关系来产生类似于S极管结构的PTAT电流。但运 需要复杂的电路和很大尺寸来保证MOS管工作在亚阔区。并且该架构没有完全消除电路中 的非线性参数，造成输出基准电压的溫度系数较大。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种用于不需要二极管或者BJT晶体 管，无复杂的电路结构，所有MOS晶体管均工作在饱和区的低功耗CMOS基准源。
[0006] 本发明的技术方案是：一种低功耗CMOS基准源电路，包括第一醒OS管、第二醒OS 管、第SNMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第一电阻、第二电阻、第S电阻、第一电容和第二 电容；第一 NMOS管的漏极接电源，其栅极接第二NMOS管的源极;第二NMOS管的漏极接第一 NMOS管的源极，第二NMOS管的栅极与其源极互连;第=NMOS管的漏极接第二NMOS管的源极， 第S醒OS管的栅极通过第一电阻后接第五NMOS管的源极;第SNMOS管漏极与第二NMOS管源 极的连接点依次通过第S电阻和第一电容后接地；第四醒OS管的漏极接第S醒OS管的源 极，第四NMOS管的栅极通过第一电阻后接第五NMOS管的源极，第四NMOS管的源极接地;第五 醒OS管的漏极接电源，其栅极接第二NMOS管的源极，第五醒OS管的源极依次通过第一电阻 和第二电阻后接地；第二电容的一端接第五醒OS管的源极，另一端接地；第五醒OS管的源 极、第一电阻和第二电容的连接点为基准源电路输出端;所述第一 NMOS管和第二NMOS管为 耗尽型MOS管，第SNMOS管和第四NMOS管为增强型MOS管。
[0007] 本发明的有益效果为，电路结构简单，不需要额外的启动电路，具有较好的电源抑 制能力。
【附图说明】
[0008] 图I为本发明的低功耗CMOS基准源电路原理图；
[0009] 图2为本发明的低功耗CMOS基准源实际电路图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：
[0011] 本发明中提出的CMOS基准源的电路原理图如图1所示。电路包含一个耗尽型醒OS 和一个增强型醒OS,其中Ml管栅极和源极短接，M2管栅极与漏极短接。两个MOS管均工作在 饱和区。那么流过Ml管和M2管的电流ID1和ID2分别为
[0012] Idi = kni (Vgsi-Vthi) ^
[OOU] lD2 = kn2(Vgs2-Vth2)2
[0014] fWM2管的栅源电压Vgs2可W表示为
[0015]
[0016]
[0017] MOS管的阔值电压可W表示成溫度的线性函数
[001 引 Vth(T)=Vth(To)-QVT(T-To)
[0019] 其中Vth(TO)是在溫度T = TO时，阔值电压的数值，aVT是阔值电压的一阶溫度系 数。可W看出阔值电压呈现出一阶负溫特性。
[0020] 那么M2管的栅-源电压Vgs2包含负溫电压Vth2和正溫电压-Vthl。通过调整Ml和M2 的尺寸比例，使得正溫电压和负溫电压相抵消，Vgs2的电压值与溫度无关。将Vgs2电压与系 数k相乘得到最终的基准电压VREF。
[0021] 本发明的具体电路图如图2所示。MlA和MlB串联，M2A和似B串联，其中MlA和M2A工 作在饱和区，MlB和M2B工作在线性区。除MlA和MlB为耗尽型MOS管外，其他所有MOS管均为增 强型。该种串联电路可W等效为一个工作在饱和区的MOS管，同时等效出来的MOS管拥有更 长的沟道长度L。减小M1A、M1B、M2A和M2B的宽长比可W降低该条支路的静态电流。
[0022] 醒OS管M3与其负载电阻Rl和R2构成源极跟随器，作为基准电压的输出级，为输出 提供电流驱动能力。同时也提供一条反馈路径。该反馈路径用于稳定基准电压。调节电阻Rl 和R2的比例羊累前W梓制島络甚准输m由用的绝对值。该电路最终输出基准电压等于
[0023]
[0024] 其中Vth2为M2A和似B的等效MOS管的阔值电压，呈负溫特性;-Vthl为MlA和MlB的 等效MOS管的阔值电压的绝对值，呈正溫特性。
[0025] 该电压基准的主极点位于输出点，由滤波电容C2和该节点的等效阻抗决定。电路 中加入电阻R3和电容Cl用于产生一对零点和极点，稳定反馈环路。
[0026] 该电路结构简单，不需要额外的启动电路。供电电源VDD上电后，电路内部节点的 电压可W自行建立完成。VDD只需要提供很小的电流保证所有MOS管处在正常的工作状态 下。该电路结构拥有很好的电源抑制能力。低频噪声通过M3管的漏极传递到输出，M3管输出 电阻ro3与电阻Rl和R2的分压关系决定了噪声的放大系数，因为>Ri+R2，VDD的噪声经 过很大的衰减系数后才能传递到输出。另一条噪声通路是由MlA管的漏极传递到M3管的栅 极，最后传到输出点。M3管栅极到源极的噪声放大系数约等于1。那么从VDD到M3管栅极的增 益就决定了噪声的放大系数。该放大系数由ro 1 (M1A和MlB的等效输出电压）和ro2 (M2A和 M2B的等效输出电压）的分压关系决定，同时rol和ro2近似相等，可知该条噪声通路的衰减 系数较小。因此该条支路决定了整个电压基准的电源抑制能力。
【主权项】
1. 一种低功耗CMOS基准源电路，包括第一匪OS管、第二匪OS管、第三匪OS管、第四匪OS 管、第五匪OS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容;第一 NM0S管的漏极 接电源，其栅极接第二NM0S管的源极;第二NM0S管的漏极接第一 NM0S管的源极，第二NM0S管 的栅极与其源极互连;第三NM0S管的漏极接第二NM0S管的源极，第三匪0S管的栅极通过第 一电阻后接第五NM0S管的源极;第三NM0S管漏极与第二匪0S管源极的连接点依次通过第三 电阻和第一电容后接地;第四匪0S管的漏极接第三NM0S管的源极，第四NM0S管的栅极通过 第一电阻后接第五NM0S管的源极，第四NM0S管的源极接地;第五匪0S管的漏极接电源，其栅 极接第二NM0S管的源极，第五NM0S管的源极依次通过第一电阻和第二电阻后接地;第二电 容的一端接第五NM0S管的源极，另一端接地;第五NM0S管的源极、第一电阻和第二电容的连 接点为基准源电路输出端;所述第一 NM0S管和第二NM0S管为耗尽型M0S管，第三NM0S管和第 四NM0S管为增强型M0S管。
【文档编号】G05F1/567GK106020322SQ201610633730
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月4日
【发明人】明鑫, 马亚东, 高迪, 王军, 张波
【申请人】电子科技大学