一种特殊偏置结构的带隙基准电压源的制作方法

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种特殊偏置结构的带隙基准电压源。

背景技术

带隙基准，常常有人简单地称它为bandgap。最经典的带隙基准是利用一个与温度成正比的电压与一个与温度成反比的电压之和，二者温度系数相互抵消，实现与温度无关的电压基准，约为1.25v。因为其基准电压与硅的带隙电压差不多，因而称为带隙基准。实际上利用的不是带隙电压。现在有些bandgap结构输出电压与带隙电压也不一致。要实现基准电压源所需解决的主要问题是如何提高其温度抑制与电源抑制，即如何实现与温度有确定关系且与电源基本无关的结构。由于在现实中半导体几乎没有与温度无关的参数，因此只有找到一些具有正温度系数和负温度系数的参数，通过合适的组合，可以得到与温度无关的量，且这些参数与电源无关。

传统的一阶带隙基准电路由于通常采用一级共源共栅电流镜来生成正温度系数电流，导致电源电压波动范围的上限受到限制而不能达到很高，限制了其整个波动范围。

技术实现要素：

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种特殊偏置结构的带隙基准电压源，解决了现有的带隙基准电压源波动范围受限的问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种特殊偏置结构的带隙基准电压源，其特征在于，包括正温度系数模块、负温度系数模块、偏置结构模块和求和模块，所述求和模块包括第一输入端和第二输入端，所述正温度系数模块的输出端与所述求和模块的第一输入端相连，所述负温度系数模块与所述求和模块的第二输入端相连，所述求和模块的输出端与所述偏置结构模块的输入端相连，所述偏置结构模块的输出端与所述正温度系数模块和负温度系数模块的输入端相连。

更进一步地，所述正温度系数模块包括pmos管m1、m2、m3和m4，所述pmos管m1和m2的栅极互连，所述pmos管m3和m4的栅极互连，所述pmos管m1和m2的源极连接至电源电压vdd。

更进一步地，所述负温度系数模块包括nmos管m5、m6、m7和m8，所述nmos管m5和m6的栅极互连，所述nmos管m7和m8的栅极互连，所述nmos管m5的源极与所述m7的漏极相连，所述nmos管m6的源极与所述m8的漏极相连。

更进一步地，所述pmos管m1的漏极与所述m3的源极相连，所述pmos管m2的漏极与所述m4的源极相连。

更进一步地，所述pmos管m3的漏极与所述nmos管m5的漏极相连，所述pmos管m4的漏极与所述nmos管m6的漏极相连。

更进一步地，所述偏置结构模块包括pmos管m9和m12、nmos管m10和m11，所述pmos管m9和m12的源极连接至电源电压vdd，所述nmos管m10的漏极和栅极均连接至电源电压vdd。

更进一步地，所述求和模块包括晶体管q1、q2和q5，所述晶体管q1的发射极通过电阻连接至所述nmos管m7的源极，所述晶体管q2的发射极连接至所述nmos管m8的源极，所述晶体管q1、q2和q5的基极和集电极均连接至公共端gnd。

有益效果

本发明提供了一种特殊偏置结构的带隙基准电压源，与现有公知技术相比，本发明的具有如下有益效果：

1、本发明对带隙基准电压源的内部的电流镜栅极偏置做了调整，使得其在电源电压波动范围下限基本不变的情况下，增大了电源电压波动范围上限，从而增大了整体的电源电压波动范围，极大的增加了电路的使用寿命，扩大了电路的使用环境，使其可以灵活的集成到各种集成电路芯片中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的模块连接示意图；

图2为本发明的带隙基准电路结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施例的一种特殊偏置结构的带隙基准电压源，其特征在于，包括正温度系数模块、负温度系数模块、偏置结构模块和求和模块，求和模块包括第一输入端和第二输入端，正温度系数模块的输出端与求和模块的第一输入端相连，负温度系数模块与求和模块的第二输入端相连，求和模块的输出端与偏置结构模块的输入端相连，偏置结构模块的输出端与正温度系数模块和负温度系数模块的输入端相连。

正温度系数模块包括pmos管m1、m2、m3和m4，pmos管m1和m2的栅极互连，pmos管m3和m4的栅极互连，pmos管m1和m2的源极连接至电源电压vdd。

负温度系数模块包括nmos管m5、m6、m7和m8，nmos管m5和m6的栅极互连，nmos管m7和m8的栅极互连，nmos管m5的源极与m7的漏极相连，nmos管m6的源极与m8的漏极相连。

pmos管m1的漏极与m3的源极相连，pmos管m2的漏极与m4的源极相连。

pmos管m3的漏极与nmos管m5的漏极相连，pmos管m4的漏极与nmos管m6的漏极相连。

偏置结构模块包括pmos管m9和m12、nmos管m10和m11，pmos管m9和m12的源极连接至电源电压vdd，nmos管m10的漏极和栅极均连接至电源电压vdd，特殊的偏置提供使得电源电压波动范围的下限与使用1级共源共栅结构的经典一阶带隙基准电路基本相同，使得其在电源电压波动范围下限基本不变的情况下，增大了电源电压波动范围上限。

求和模块包括晶体管q1、q2和q5，晶体管q1的发射极通过电阻连接至nmos管m7的源极，晶体管q2的发射极连接至nmos管m8的源极，晶体管q1、q2和q5的基极和集电极均连接至公共端gnd。它可以将正温度系数电压和负温度系数电压求和，从而产生零温度系数的电压值。

图2中pmos管m1-m4和nmos管m5-m8组成了本发明的3级共源共栅电流镜结构，m1为第一pmos管，m2为第二pmos管，m3为第三pmos管，m4为第四pmos管，m12为第五pmos管，m5为第一nmos管，m6为第二nmos管，m7为第三nmos管，m8为第四nmos管，m11为第五nmos管，m3、m4和m5、m6的栅极电压偏置分别由m12和m10提供。我们可以发现多级的共源共栅结构有效增大了电源电压波动范围的上限，并且特殊的偏置提供使得电源电压波动范围的下限与使用1级共源共栅结构的经典一阶带隙基准电路基本相同。

原理说明：对本次设计的电路的电源电压波动范围而言，我们可以根据图2的电路结构推导出其下限，由于使用特殊的偏置结构，vdd下＝vth+2vdsat+vbe，比之不使用特殊偏置的3级共源共栅结构下限vdd下＝2vth+2vdsat+vbe减少了一个mos管的阈值电压vth，而对mos工艺来说一个过驱动电压vdsat比一个阈值电压vth小很多，所以本次设计的电源电压波动范围下限比经典的电路只增加了一个vdsat，而这个增量比之上限的增量而言基本可以忽略不计，这在下面上限的讨论中可以看出。

实验发现对一个mos工艺来说一个vmax大约为2v左右，而一个vdsat只有200mv左右，所以对比电源电压波动范围下限的增量而言，本次设计的上限提升的更加显著。所以我们可以得出结论，本次设计的一阶带隙基准正常工作的电源电压波动范围比之传统的结构有了极大的提升。而根据实验结果显示，本次结构支持的电源电压范围为2.5-5.5v。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。