一种低压cmos基准源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于模拟电路技术领域，具体的说涉及一种低压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、以及功率放大器等电路系统中，它的作用是为系统 提供一个不随温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提出以来，由于其优越的性能，带隙基准电压源 被广泛应用于很多系统之中，且针对该种架构提出了很多改进方案。但随着芯片系统集成 度的进一步增加，低电压与低功耗变得越来越重要，但带隙基准电压源由于需要大的电流 而造成功耗较大，并且在设计过程中需要使用二极管或者BJT晶体管来产生PTAT电压，但 该两种器件均需要大的芯片面积。尽管针对该问题提出过亚阈值区基准电压源，但并没有 完全消除电路中的非线性参数，造成输出基准电压的温度系数较大。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种用于不需要二极管或者BJT晶 体管的低压CMOS基准源。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种低压CMOS基准源，包括第一PMOS管MPl、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、 第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、 第一NMOS管MNl、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MM、第五NMOS管MN5和 电容C;其中，第五PMOS管MP5的栅极通过电容C后接电源，其漏接接地；第五NMOS管丽5 的栅极接电源，其漏接通过电容C后接电源，其源极接地；第四PMOS管MP4的源极接电源， 其栅极接第一PMOS管MPl的漏极，其漏极接第一NMOS管MNl的漏极和第一NMOS管MNl的 栅极；第一NMOS管MNl的源极接地；第七PMOS管MP7的源极接电源，其栅极接第六PMOS管 MP6的漏极；第六PMOS管MP6的栅极与漏极互连，其源极接第七PMOS管MP7的漏极；第二 NMOS管MN2的漏极接第六PMOS管MP6的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其源极接 地；第一PMOS管MPl的源极接第七PMOS管MP7的漏极，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极； 第三NMOS管MN3的漏极接第一PMOS管MPl的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其 源极接地；第二PMOS管MP2的源极接电源，其栅极与漏极互连；第四NMOS管MM的漏极接 第二PMOS管MP2的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地；第三PMOS管MP3 的源极接电源，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极；第八PMOS管MP8的栅极和源极接地，其 漏极接第三PMOS管MP3的漏极；第三PMOS管MP3漏极与第八PMOS管MP8漏极的连接点为 基准源的输出端。
[0007] 本发明的有益效果为，电路结构简单，可以通过很少的器件实现；相对于传统基 准电路而言，本发明不包含三极管和电阻，完全通过MOS器件实现，这极大的较低了电路面 积；同时，MOS基准电路可以在更低的电压和电流下工作，从而极大降低了电路功耗。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的低压CMOS基准源电路原理图；
[0009] 图2为本发明的低压CMOS基准源电路结构示意图；
[0010] 图3为本发明的低压CMOS基准源核心模块电路图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：
[0012] 针对现有基准源电路面积和功耗过大的问题，本发明提出了一种对传统结构有所 改进的低压基准源，其工作原理图如图1所示。
[0013] 阈值电压与环境温度有近似线性的关系：
[0014] Vth(T) =Vth(T0)-Qvt(T-T0) (1)
[0015] 其中T表示绝对温度，T。为参考温度，Vth (T。）是温度为T。时的阈值电压，aVT是阈 值电压的温度系数，aVT>〇。因此，将Vth与一个同温度成正比（PTAT，ProportionalTo AbsoluteTemperature)的电压Vptat以一定比例系数相叠加，就可以得到一个一阶补偿的
[0016] 如果
[0017] Vptat=aT(2)
[0018] 则有
[0019] Vref=VTH (T0) +aT0 (3)
[0020] 利用工作在亚阈值的CMOS产生一个与温度T2成正比的一个电流ID，通过电流镜 MP2、MP3的镜像流到MP8。由工作在饱和区的MP8的栅源电压作为基准源（VREF=VgsMPS)。 由饱和区MOS的电压电流特性知
[0022] 可得输出基准电压源为
[0023] Vref=VgsMP8=aT+VTH (5)
[0024] 本发明所提出的电压基准源如图2所示，包括三大部分：启动电路、正温电流产生 电路、电压叠加电路；其中，第五PMOS管MP5、第五NMOS管丽5和电容C构成启动电路；第 一PMOS管MPl、第二PMOS管MP2、第四PMOS管MP4、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第 一NMOS管MNl、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MM构成正温电流产生电 路；第三PMOS管MP3、第八PMOS管MP8构成电压叠加电路；其中，第五PMOS管MP5的栅极 通过电容C后接电源，其漏接接地；第五NMOS管丽5的栅极接电源，其漏接通过电容C后接 电源，其源极接地；第四PMOS管MP4的源极接电源，其栅极接第一PMOS管MPl的漏极，其 漏极接第一NMOS管MNl的漏极和第一NMOS管MNl的栅极；第一NMOS管MNl的源极接地； 第七PMOS管MP7的源极接电源，其栅极接第六PMOS管MP6的漏极；第六PMOS管MP6的栅 极与漏极互连，其源极接第七PMOS管MP7的漏极；第二NMOS管MN2的漏极接第六PMOS管 MP6的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地；第一PMOS管MPl的源极接第 七PMOS管MP7的漏极，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极；第三NMOS管MN3的漏极接第一 PMOS管MPl的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地；第二PMOS管MP2的源 极接电源，其栅极与漏极互连；第四NMOS管MM的漏极接第二PMOS管MP2的漏极，其栅极接 第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地；第三PMOS管MP3的源极接电源，其栅极接第二PMOS 管MP2的漏极；第八PMOS管MP8的栅极和源极接地，其漏极接第三PMOS管MP3的漏极；第 三PMOS管MP3漏极与第八PMOS管MP8漏极的连接点为基准源的输出端。
[0025] 本发明的工作原理为：
[0026] 上电后丽5管子导通，把MP5管子的栅端电压拉低，使其导通；随后MP4的栅端由 MP5拉低，MP4导通；MN5上的电流通过电源逐渐给电容C充电，MP5管子栅端电压上升，使 其逐渐关断；MN5同时逐渐被压到线性区电路启动过程结束。
[0027] 下面对本发明的低压COMS基准电压源原理进行具体说明。
[0028] 图3中除了MP6和MP7工作在亚阈值区以外，所有的PMOS管均工作在饱和区，由 亚阈值区的公式可以得到：
[0031] 假设NMOS管丽2、丽3、MM上的电流比为I:a:b，则有：
[0032] Imp7= (1+a)IMP6 (8)
[0033] 由公式（6)、（7)、（8)，可以得到：
[0035] 假设PMOS管MPQl与MPQ2的宽长比之比为m;MP1与MP2的宽长比之比为M，则有：
[0036] VsdMP7=VTln[(a+l)m] (10)
[0037] 则有流过MP2上的电流为：
[0039] Imp2通过电流镜MP2、MP3镜像流到MPO，MPO的过驱动电压为：
[0041] 由上式可以看到Vciv为正温系数，可以得到：
[0042] Vref -V〇v+VthjMP0 -VTH (T0)_QVT(T-T0) +aT(13)
[0043] 通过调节系数可以得到温度系数为零的基准电压。
[0044] 图3中通过电流镜丽I、MM的1:1镜像，保证了PMOS管MPl和MP4上的电流大 小一样。设置使MP1、MP4的宽长比一样，保证了A、B两点的静态工作点一致。图2中MP4、 MN4、MPl构成了负反馈环路，用来稳定A点电压。
【主权项】
1. 一种低压CMOS基准源，包括第一PMOS管MPl、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、 第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、 第一NMOS管MNl、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MM、第五NMOS管MN5和 电容C;其中，第五PMOS管MP5的栅极通过电容C后接电源，其漏接接地；第五NMOS管丽5 的栅极接电源，其漏接通过电容C后接电源，其源极接地；第四PMOS管MP4的源极接电源， 其栅极接第一PMOS管MPl的漏极，其漏极接第一NMOS管MNl的漏极和第一NMOS管MNl的 栅极；第一NMOS管MNl的源极接地；第七PMOS管MP7的源极接电源，其栅极接第六PMOS管 MP6的漏极；第六PMOS管MP6的栅极与漏极互连，其源极接第七PMOS管MP7的漏极；第二 NMOS管MN2的漏极接第六PMOS管MP6的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其源极接 地；第一PMOS管MPl的源极接第七PMOS管MP7的漏极，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极； 第三NMOS管MN3的漏极接第一PMOS管MPl的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其 源极接地；第二PMOS管MP2的源极接电源，其栅极与漏极互连；第四NMOS管MM的漏极接 第二PMOS管MP2的漏极，其栅极接第四PMOS管MP4的漏极，其源极接地；第三PMOS管MP3 的源极接电源，其栅极接第二PMOS管MP2的漏极；第八PMOS管MP8的栅极和源极接地，其 漏极接第三PMOS管MP3的漏极；第三PMOS管MP3漏极与第八PMOS管MP8漏极的连接点为 基准源的输出端。
【专利摘要】本发明属于模拟电路技术领域，具体的说涉及一种低压CMOS基准源。本发明的电路主要包括启动电路、正温电流产生电路和电压叠加电路，其中，第五PMOS管MP5、第五NMOS管MN5和电容C构成启动电路；第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第四PMOS管MP4、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4构成正温电流产生电路；第三PMOS管MP3、第八PMOS管MP8构成电压叠加电路，主要原理为。本发明的有益效果为，电路结构简单，可以通过很少的器件实现；相对于传统基准电路而言，本发明不包含三极管和电阻，完全通过MOS器件实现，这极大的较低了电路面积；同时，MOS基准电路可以在更低的电压和电流下工作，从而极大降低了电路功耗。
【IPC分类】G05F1/56
【公开号】CN105224006
【申请号】CN201510712883
【发明人】周泽坤, 马亚东, 艾鑫, 石跃, 王卓, 张波
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月28日