一種低功耗cmos基準(zhǔn)源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于模擬電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗CMOS基準(zhǔn)源。本發(fā)明的電路主要包含一個(gè)耗盡型NMOS和一個(gè)增強(qiáng)型NMOS，其中耗盡型NMOS柵極和源極短接，增強(qiáng)型NMOS柵極與漏極短接；兩個(gè)MOS管均工作在飽和區(qū)。本發(fā)明的有益效果為，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要額外的啟動(dòng)電路，具有較好的電源抑制能力。
【專利說明】
-種低功耗CMOS基準(zhǔn)源電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于模擬電路技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種低功耗CMOS基準(zhǔn)源。
【背景技術(shù)】
[0002] 在模擬集成電路或混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，基準(zhǔn)電壓源是非常重要且常用的 模塊，常應(yīng)用在ADC轉(zhuǎn)換器、DC-DC換器、W及功率放大器等電路系統(tǒng)中，它的作用是為系統(tǒng) 提供一個(gè)不隨溫度及供電電壓變化的電壓基準(zhǔn)。
[0003] 自帶隙基準(zhǔn)電壓源架構(gòu)由Widlar提出W來，W其優(yōu)越的性能，被廣泛應(yīng)用于各種 集成電路系統(tǒng)之中。之后，出現(xiàn)了很多針對(duì)該種架構(gòu)的改進(jìn)方案。但隨著忍片系統(tǒng)集成度的 進(jìn)一步增加，低電壓與低功耗變得越來越重要。因?yàn)閹痘鶞?zhǔn)電壓源需要使用二極管或者 S極管來產(chǎn)生PTAT電壓，運(yùn)需要消耗很大的忍片。同時(shí)二極管或者S極管的使用，會(huì)限制整 個(gè)基準(zhǔn)電路的供電電壓的最小值，而且消耗大量的電流。運(yùn)使得該種帶隙基準(zhǔn)源架構(gòu)在忍 片面積和功耗上都處于劣勢(shì)。
[0004] 為解決該問題，出現(xiàn)了很多CMOS基準(zhǔn)源電路。大部分的CMOS基準(zhǔn)源是利用工作在 亞闊區(qū)的MOS管的漏極電流和柵-源電壓的關(guān)系來產(chǎn)生類似于S極管結(jié)構(gòu)的PTAT電流。但運(yùn) 需要復(fù)雜的電路和很大尺寸來保證MOS管工作在亞闊區(qū)。并且該架構(gòu)沒有完全消除電路中 的非線性參數(shù)，造成輸出基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問題，提出一種用于不需要二極管或者BJT晶體 管，無復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，所有MOS晶體管均工作在飽和區(qū)的低功耗CMOS基準(zhǔn)源。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種低功耗CMOS基準(zhǔn)源電路，包括第一醒OS管、第二醒OS 管、第SNMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第一電阻、第二電阻、第S電阻、第一電容和第二 電容；第一 NMOS管的漏極接電源，其柵極接第二NMOS管的源極;第二NMOS管的漏極接第一 NMOS管的源極，第二NMOS管的柵極與其源極互連;第=NMOS管的漏極接第二NMOS管的源極， 第S醒OS管的柵極通過第一電阻后接第五NMOS管的源極;第SNMOS管漏極與第二NMOS管源 極的連接點(diǎn)依次通過第S電阻和第一電容后接地；第四醒OS管的漏極接第S醒OS管的源 極，第四NMOS管的柵極通過第一電阻后接第五NMOS管的源極，第四NMOS管的源極接地;第五 醒OS管的漏極接電源，其柵極接第二NMOS管的源極，第五醒OS管的源極依次通過第一電阻 和第二電阻后接地；第二電容的一端接第五醒OS管的源極，另一端接地；第五醒OS管的源 極、第一電阻和第二電容的連接點(diǎn)為基準(zhǔn)源電路輸出端;所述第一 NMOS管和第二NMOS管為 耗盡型MOS管，第SNMOS管和第四NMOS管為增強(qiáng)型MOS管。
[0007] 本發(fā)明的有益效果為，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要額外的啟動(dòng)電路，具有較好的電源抑 制能力。
【附圖說明】
[0008] 圖I為本發(fā)明的低功耗CMOS基準(zhǔn)源電路原理圖；
[0009] 圖2為本發(fā)明的低功耗CMOS基準(zhǔn)源實(shí)際電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0011] 本發(fā)明中提出的CMOS基準(zhǔn)源的電路原理圖如圖1所示。電路包含一個(gè)耗盡型醒OS 和一個(gè)增強(qiáng)型醒OS,其中Ml管柵極和源極短接，M2管柵極與漏極短接。兩個(gè)MOS管均工作在 飽和區(qū)。那么流過Ml管和M2管的電流ID1和ID2分別為
[0012] Idi = kni (Vgsi-Vthi) ^
[OOU] lD2 = kn2(Vgs2-Vth2)2
[0014] fWM2管的柵源電壓Vgs2可W表示為
[0015]
[0016]
[0017] MOS管的闊值電壓可W表示成溫度的線性函數(shù)
[001 引 Vth(T)=Vth(To)-QVT(T-To)
[0019] 其中Vth(TO)是在溫度T = TO時(shí)，闊值電壓的數(shù)值，aVT是闊值電壓的一階溫度系 數(shù)?？蒞看出闊值電壓呈現(xiàn)出一階負(fù)溫特性。
[0020] 那么M2管的柵-源電壓Vgs2包含負(fù)溫電壓Vth2和正溫電壓-Vthl。通過調(diào)整Ml和M2 的尺寸比例，使得正溫電壓和負(fù)溫電壓相抵消，Vgs2的電壓值與溫度無關(guān)。將Vgs2電壓與系 數(shù)k相乘得到最終的基準(zhǔn)電壓VREF。
[0021] 本發(fā)明的具體電路圖如圖2所示。MlA和MlB串聯(lián)，M2A和似B串聯(lián)，其中MlA和M2A工 作在飽和區(qū)，MlB和M2B工作在線性區(qū)。除MlA和MlB為耗盡型MOS管外，其他所有MOS管均為增 強(qiáng)型。該種串聯(lián)電路可W等效為一個(gè)工作在飽和區(qū)的MOS管，同時(shí)等效出來的MOS管擁有更 長(zhǎng)的溝道長(zhǎng)度L。減小M1A、M1B、M2A和M2B的寬長(zhǎng)比可W降低該條支路的靜態(tài)電流。
[0022] 醒OS管M3與其負(fù)載電阻Rl和R2構(gòu)成源極跟隨器，作為基準(zhǔn)電壓的輸出級(jí)，為輸出 提供電流驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)也提供一條反饋路徑。該反饋路徑用于穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓。調(diào)節(jié)電阻Rl 和R2的比例羊累前W梓制島絡(luò)甚準(zhǔn)輸m由用的絕對(duì)值。該電路最終輸出基準(zhǔn)電壓等于
[0023]
[0024] 其中Vth2為M2A和似B的等效MOS管的闊值電壓，呈負(fù)溫特性;-Vthl為MlA和MlB的 等效MOS管的闊值電壓的絕對(duì)值，呈正溫特性。
[0025] 該電壓基準(zhǔn)的主極點(diǎn)位于輸出點(diǎn)，由濾波電容C2和該節(jié)點(diǎn)的等效阻抗決定。電路 中加入電阻R3和電容Cl用于產(chǎn)生一對(duì)零點(diǎn)和極點(diǎn)，穩(wěn)定反饋環(huán)路。
[0026] 該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要額外的啟動(dòng)電路。供電電源VDD上電后，電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的 電壓可W自行建立完成。VDD只需要提供很小的電流保證所有MOS管處在正常的工作狀態(tài) 下。該電路結(jié)構(gòu)擁有很好的電源抑制能力。低頻噪聲通過M3管的漏極傳遞到輸出，M3管輸出 電阻ro3與電阻Rl和R2的分壓關(guān)系決定了噪聲的放大系數(shù)，因?yàn)?gt;Ri+R2，VDD的噪聲經(jīng) 過很大的衰減系數(shù)后才能傳遞到輸出。另一條噪聲通路是由MlA管的漏極傳遞到M3管的柵 極，最后傳到輸出點(diǎn)。M3管柵極到源極的噪聲放大系數(shù)約等于1。那么從VDD到M3管柵極的增 益就決定了噪聲的放大系數(shù)。該放大系數(shù)由ro 1 (M1A和MlB的等效輸出電壓）和ro2 (M2A和 M2B的等效輸出電壓）的分壓關(guān)系決定，同時(shí)rol和ro2近似相等，可知該條噪聲通路的衰減 系數(shù)較小。因此該條支路決定了整個(gè)電壓基準(zhǔn)的電源抑制能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低功耗CMOS基準(zhǔn)源電路，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、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容和第二電容;第一 NM0S管的漏極 接電源，其柵極接第二NM0S管的源極;第二NM0S管的漏極接第一 NM0S管的源極，第二NM0S管 的柵極與其源極互連;第三NM0S管的漏極接第二NM0S管的源極，第三匪0S管的柵極通過第 一電阻后接第五NM0S管的源極;第三NM0S管漏極與第二匪0S管源極的連接點(diǎn)依次通過第三 電阻和第一電容后接地;第四匪0S管的漏極接第三NM0S管的源極，第四NM0S管的柵極通過 第一電阻后接第五NM0S管的源極，第四NM0S管的源極接地;第五匪0S管的漏極接電源，其柵 極接第二NM0S管的源極，第五NM0S管的源極依次通過第一電阻和第二電阻后接地;第二電 容的一端接第五NM0S管的源極，另一端接地;第五NM0S管的源極、第一電阻和第二電容的連 接點(diǎn)為基準(zhǔn)源電路輸出端;所述第一 NM0S管和第二NM0S管為耗盡型M0S管，第三NM0S管和第 四NM0S管為增強(qiáng)型M0S管。
【文檔編號(hào)】G05F1/567GK106020322SQ201610633730
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月4日
【發(fā)明人】明鑫, 馬亞東, 高迪, 王軍, 張波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)