一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路。包括一启动单元，所述启动单元经负温度系数电压产生单元和正温度系数电压产生单元连接至求和单元；所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的一端连接VDD，所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的另一端连接GND；所述负温度系数电压产生单元输出负温度系数电压至求和单元；所述正温度系数电压单元输出正温度系数电压至求和单元；所述求和单元对负温度系数电压和正温度系数电压进行求和，并输出基准电压；所述负温度系数电压产生单元还为正温度系数电压产生单元提供偏置电流；所述启动单元为整个电路提供开启功能。本发明设计上实现简单、面积小且功耗低；减小了基准电压的温度系数；并提高了输出电压电源抑制比。
【专利说明】一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路。
【背景技术】
[0002]基准电压源作为IC设计中重要的电路单元之一，它已经广泛应用于各种模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成电路，如A/D、D/A转换器、LDO稳压器和锁相环(PLL)等系统。随着半导体产业的迅速发展，现今对基准电压源有更高的要求，要求它具有功耗低、温度系数小、电源抑制比高、输出噪声小、面积小等特点。
[0003]传统的基准电压源一般是采用“带隙”的技术，就是利用双极管的基极-发射极电压具有负温度特性，而两个双极晶体管工作在不同的电流密度下，其基极-发射极电压差具有正温度特性，对两者进行相互补偿，从而实现零温度系数。然而这种方法存在以下问题:
1.需要引入运放，这就引入运放稳定性对电路带来的问题，而且为了使得电路能正常工作，供电电压一般较大，也带来功耗较高的问题；
2.电路需要三极管，因此一般需要较大的面积；
3.电路需要电阻，电阻的阻值易受温度的影响，因此电阻的引入不仅带来功耗和面积的折中关系，而且会导致输出基准电压产生偏差；
4.有时为了达到更好的性能，电路不得不引入高阶补偿技术，一方面使电路设计更加复杂，另一方面也增大电路的功耗和面积。
[0004]近年也提出了很多非“带隙”技术，这种技术一般不需要引入运放，也无需采用三极管，很多是采用阈值电压Vth和热电压VT相互补偿的技术，但是采用这一技术的很多电路依然需要引入电阻，同时电路设计也较为复杂，最终无法达到低功耗和小面积等性能；也有采用NM0SFET的栅源电压VGS与热电压VT相互补偿的技术，但采用这一技术也往往很难达到低温度系数等性能。
[0005]因此，这些因素就限制了基准电压源的性能，有待改进。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种解决上述基准电压电路存在问题的新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，包括一启动单元，所述启动单元经负温度系数电压产生单元和正温度系数电压产生单元连接至求和单元；所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的一端连接VDD，所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的另一端连接GND;所述负温度系数电压产生单元输出负温度系数电压至求和单元；所述正温度系数电压单元输出正温度系数电压至求和单元；所述求和单元对负温度系数电压和正温度系数电压进行求和，并输出基准电压；所述负温度系数电压产生单元还为正温度系数电压产生单元提供偏置电流；所述启动单元为整个电路提供开启功倉泛。
[0008]在本发明实施例中，所述负温度系数电压产生单元包括第一 MOS管至第十四MOS管；所述第一 MOS管的漏极、第五MOS管的源极、第六MOS管的源极和第十三MOS管的源极均连接至VDD ;所述第一 MOS管的源极连接至第二 MOS管的漏极，所述第一 MOS管的源极还经第一电容连接至GND ;所述第二 MOS管的源极与第七MOS管的源极相连接；所述第七MOS管的漏极和栅极相连接至第十MOS管的漏极、第八MOS管的栅极和第十四MOS管的栅极；所述第五MOS管的栅极和漏极相连接至第八MOS管的源极；所述第八MOS管的漏极和第九MOS管的栅极与第十一 MOS管的漏极相连接；所述第六MOS管的栅极和漏极相连接至第九MOS管的源极；所述第九MOS管的漏极与第十二 MOS管的漏极、第十二 MOS管的栅极、第十一 MOS管的栅极和第十MOS管的栅极相连接至启动单元；所述第十MOS管的源极和第十一 MOS管的源极均连接至GND ;所述第十三MOS管的栅极和漏极相连接至第十四MOS管的源极；所述第十四MOS管的漏极与第三MOS管的漏极相连接至求和单元；所述第三MOS管的源极连接第四MOS管的漏极，并经第二电容接至GND ;所述第四MOS管的源极接GND。
[0009]在本发明实施例中，还包括一时序信号发生器；所述时序信号发生器包括输出第一时序信号的第一时序信号输出端和输出第二时序信号的第二时序信号输出端；所述第一时序信号与第二时序信号的时序互不重叠。
[0010]在本发明实施例中，所述第一 MOS管的栅极和第三MOS管的栅极均连接至第一时序信号输出端；所述第二 MOS管的栅极和第三MOS管的栅极均连接至第二时序信号输出端。
[0011]在本发明实施例中，所述正温度系数电压产生单元包括第十五MOS管至第十七MOS管；所述第十五MOS管的源极连接至VDD，所述第十五MOS管的栅极连接至所述第十三MOS管的栅极，所述第十五MOS管的漏极与第十六MOS管的漏极、第十六MOS管的栅极和第十七MOS管的栅极相连接；所述第十六MOS管的源极与第十七MOS管的漏极相连接至求和单元；所述第十七MOS管的源极接GND。
[0012]在本发明实施例中，所述求和单元包括第十八MOS管至第二十一 MOS管；所述第十八MOS管的栅极和第二十一 MOS管的栅极均连接至第二时序信号输出端；所述第十九MOS管的栅极和第二十MOS管的栅极均连接至第一时序信号输出端；所述第十八MOS管的源极连接至所述第十六MOS管的源极；所述第十八MOS管的漏极与第十九MOS管的源极经第三电容连接至GND ;所述第十九MOS管的漏极与第二十MOS管的漏极相连接至基准电压输出端；所述第二十MOS管的源极与第二十一 MOS管的源极经第四电容连接至GND ;所述第二十一 MOS管的源极连接第十四MOS管的漏极。
[0013]在本发明实施例中，所述启动单元包括第二十二 MOS管至第二十四MOS管；所述第二十二 MOS管的源极和第二十三MOS管的源极均连接至VDD ;所述第二十二 MOS管的栅极和第二十四MOS管的栅极均连接至GND ;所述第二十二 MOS管的漏极与第二十三MOS管的栅极相连接至第二十四MOS管的漏极和源极；所述第二十三MOS管的漏极接至第十MOS管的栅极。
[0014]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
1.该发明无需带隙，无需三极管，无需运放，无需电阻，面积小且功耗低；
2.该发明中采用的负温度系数电压产生单元，其电路具有负反馈，提高了输出电压电源抑制比，同时该单元还为正温度系数电压产生单元提供偏置电流；
3.该发明中采用的正温度系数电压产生单元，其实现方式简单，功耗低且面积小；
4.该发明的求和单元采用了开关电容电路，不消耗直流功耗，同时相对于采用电阻所设计的求和单元，该发明采用的电容比电阻又具有更好的匹配性，减小了基准电压的温度系数；
5.该发明中的启动电路，采用MOS电容代替了传统分立电容，其实现方式简单，面积小，而且正常工作后不消耗功耗；
6.该发明中的负温度系数电压产生单元采用了开关电容等效电阻的方式，其电容越小，等效电阻越大，因此有效的减小了电阻所带来的大面积问题，具有面积小和功耗低的特性；
7.该发明的负温度系数电压产生单元与求和单元共用时序，避免了更多时序设计所带来的复杂性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的电路组成框图。
[0016]图2为本发明一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路图。
[0017]图中:Msl-第一MOS 管，Ms2-第二 MOS 管，Ms3_ 第三 MOS 管，Ms4_ 第四 MOS 管，Ml -第五MOS管，M2-第六MOS管，M3-第七MOS管，M4-第八MOS管，M5-第九MOS管，M6-第十MOS管，M7-第^^一 MOS管，M8-第十二 MOS管，M9-第十三MOS管，MlO-第十四MOS管，Mll-第十五MOS管，M12-第十六MOS管，M13-第十七MOS管，M14-第十八MOS管，M15-第十九 MOS 管，M16-第二十 MOS 管，M17-第二^^一 MOS 管，M18-第二十二 MOS 管，M19-第二十三MOS管，M20-第二十四MOS管，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，VREF-基准电压输出端，0 j-第一时序信号，第二时序信号。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0019]本发明一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，包括一启动单元，所述启动单元经负温度系数电压产生单元和正温度系数电压产生单元连接至求和单元；所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的一端连接VDD，所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的另一端连接GND ;所述负温度系数电压产生单元输出负温度系数电压至求和单元；所述正温度系数电压单元输出正温度系数电压至求和单元；所述求和单元对负温度系数电压和正温度系数电压进行求和，并输出基准电压；所述负温度系数电压产生单元还为正温度系数电压产生单元提供偏置电流；所述启动单元为整个电路提供开启功能。
[0020]以下为本发明的实施例。
[0021]本发明的基准电压产生电路的组成框图如图1所示，其中包括正温度系数电压产生单元、负温度系数电压产生单元、求和单元和启动单元；本发明的基准电压产生电路如图2所示(①是启动单元，②是负温度系数电压产生单元，③是正温度系数电压产生单元，④是求和单元)；其中正温度系数电压产生单元输出正温度系数电压至求和单元，负温度系数电压产生单元输出负温度系数电压至求和单元，求和单元对正温度系数电压及负温度系数电压进行求和，最终输出基准电压；同时负温度系数电压产生单元为正温度系数电压产生单元提供偏置电流；启动单元为整个电路提供开启功能。
[0022]基准电压产生电路还包括一时序信号发生器；时序信号发生器包括输出的第一时序信号输出端和输出的第二时序信号输出端；与的时序互不重叠。
[0023]如图2所示，负温度系数电压产生单元②包括Msl至Ms2以及Ml至MlO ；Msl的漏极、Ml的源极、M2的源极和M9的源极均连接至VDD ；Msl的源极连接至Ms2的漏极，Msl的源极还经C1连接至GND ；Ms2的源极与M3的源极相连接；M3的漏极和栅极相连接至M6的漏极、M4的栅极和MlO的栅极；M1的栅极和漏极相连接至M4的源极；M4的漏极与M5的栅极和M7的漏极相连接；M2的栅极和漏极相连接至M5的源极；M5的漏极与M8的漏极、M8的栅极、M7的栅极和M6的栅极相连接至启动单元①，所述M6的源极和M7的源极均连接至GND ；M9的栅极和漏极相连接至MlO的源极；M10的漏极与Ms3的漏极相连接至求和单元；Ms3的源极连接Ms4的漏极，并经C2接至GND ；Ms4的源极接GND。
[0024]Msl的栅极和Ms3的栅极均连接至第一时序信号输出端；Ms2的栅极和Ms3的栅极均连接至第二时序信号输出端。
[0025]其中，MfMlO工作在饱和区，Ml和M2采用二极管连接方式；M3、M4和MlO构成电流镜形式，M6、M7和M8也构成电流镜形式，确保支路电流能精确复制；Msl、Ms2和C1构成基本的开关电容单元，可以等效为电阻，设定时序的周期为T，^与是两个互不相重置的时序；根据开关电容的特性可以推出节点D和节点E两端的等效电阻:
【权利要求】
1.一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:包括一启动单元，所述启动单元经负温度系数电压产生单元和正温度系数电压产生单元连接至求和单元；所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的一端连接VDD，所述启动单元、负温度系数电压产生单元、正温度系数电压产生单元和求和单元的另一端连接GND ;所述负温度系数电压产生单元输出负温度系数电压至求和单元；所述正温度系数电压单元输出正温度系数电压至求和单元；所述求和单元对负温度系数电压和正温度系数电压进行求和，并输出基准电压；所述负温度系数电压产生单元还为正温度系数电压产生单元提供偏置电流；所述启动单元为整个电路提供开启功能。
2.根据权利要求1所述的一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:所述负温度系数电压产生单元包括第一 MOS管至第十四MOS管；所述第一 MOS管的漏极、第五MOS管的源极、第六MOS管的源极和第十三MOS管的源极均连接至VDD ;所述第一MOS管的源极连接至第二 MOS管的漏极，所述第一 MOS管的源极还经第一电容连接至GND ；所述第二 MOS管的源极与第七MOS管的源极相连接；所述第七MOS管的漏极和栅极相连接至第十MOS管的漏极、第八MOS管的栅极和第十四MOS管的栅极；所述第五MOS管的栅极和漏极相连接至第八MOS管的源极；所述第八MOS管的漏极和第九MOS管的栅极与第十一 MOS管的漏极相连接；所述第六MOS管的栅极和漏极相连接至第九MOS管的源极；所述第九MOS管的漏极与第十二 MOS管的漏极、第十二 MOS管的栅极、第十一 MOS管的栅极和第十MOS管的栅极相连接至启动单元；所述第十MOS管的源极和第十一 MOS管的源极均连接至GND ;所述第十三MOS管的栅极和漏极相连接至第十四MOS管的源极；所述第十四MOS管的漏极与第三MOS管的漏极相连接至求和单元；所述第三MOS管的源极连接第四MOS管的漏极，并经第二电容接至GND ;所述第四MOS管的源极接GND。
3.根据权利要求2所述的一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:还包括一时序信号发生器；所述时序信号发生器包括输出第一时序信号的第一时序信号输出端和输出第二时序 信号的第二时序信号输出端；所述第一时序信号与第二时序信号的时序互不重叠。
4.根据权利要求3所述的一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:所述第一 MOS管的栅极和第三MOS管的栅极均连接至第一时序信号输出端；所述第二MOS管的栅极和第三MOS管的栅极均连接至第二时序信号输出端。
5.根据权利要求4所述的一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:所述正温度系数电压产生单元包括第十五MOS管至第十七MOS管；所述第十五MOS管的源极连接至VDD，所述第十五MOS管的栅极连接至所述第十三MOS管的栅极，所述第十五MOS管的漏极与第十六MOS管的漏极、第十六MOS管的栅极和第十七MOS管的栅极相连接；所述第十六MOS管的源极与第十七MOS管的漏极相连接至求和单元；所述第十七MOS管的源极接GND。
6.根据权利要求5所述的一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:所述求和单元包括第十八MOS管至第二十一 MOS管；所述第十八MOS管的栅极和第二十一 MOS管的栅极均连接至第二时序信号输出端；所述第十九MOS管的栅极和第二十MOS管的栅极均连接至第一时序信号输出端；所述第十八MOS管的源极连接至所述第十六MOS管的源极；所述第十八MOS管的漏极与第十九MOS管的源极经第三电容连接至GND ;所述第十九MOS管的漏极与第二十MOS管的漏极相连接至基准电压输出端；所述第二十MOS管的源极与第二十一 MOS管的源极经第四电容连接至GND ;所述第二十一 MOS管的源极连接第十四MOS管的漏极。
7.根据权利要求6所述的一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路，其特征在于:所述启动单元包括第二十二MOS管至第二十四MOS管；所述第二十二MOS管的源极和第二十三MOS管的源极均 连接至VDD ;所述第二十二 MOS管的栅极和第二十四MOS管的栅极均连接至GND ;所述第二十二 MOS管的漏极与第二十三MOS管的栅极相连接至第二十四MOS管的漏极和源极；所述第二十三MOS管的漏极接至第十MOS管的栅极。
【文档编号】G05F1/56GK103941799SQ201410188462
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】胡炜, 池上升, 许育森, 杨圣楠 申请人:福州大学