一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路的製作方法
2023-07-05 17:25:26 1
一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路。包括一啟動單元，所述啟動單元經負溫度係數電壓產生單元和正溫度係數電壓產生單元連接至求和單元；所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的一端連接VDD，所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的另一端連接GND；所述負溫度係數電壓產生單元輸出負溫度係數電壓至求和單元；所述正溫度係數電壓單元輸出正溫度係數電壓至求和單元；所述求和單元對負溫度係數電壓和正溫度係數電壓進行求和，並輸出基準電壓；所述負溫度係數電壓產生單元還為正溫度係數電壓產生單元提供偏置電流；所述啟動單元為整個電路提供開啟功能。本發明設計上實現簡單、面積小且功耗低；減小了基準電壓的溫度係數；並提高了輸出電壓電源抑制比。
【專利說明】一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路。
【背景技術】
[0002]基準電壓源作為IC設計中重要的電路單元之一，它已經廣泛應用於各種模擬集成電路、數字集成電路和數模混合集成電路，如A/D、D/A轉換器、LDO穩壓器和鎖相環(PLL)等系統。隨著半導體產業的迅速發展，現今對基準電壓源有更高的要求，要求它具有功耗低、溫度係數小、電源抑制比高、輸出噪聲小、面積小等特點。
[0003]傳統的基準電壓源一般是採用「帶隙」的技術，就是利用雙極管的基極-發射極電壓具有負溫度特性，而兩個雙極電晶體工作在不同的電流密度下，其基極-發射極電壓差具有正溫度特性，對兩者進行相互補償，從而實現零溫度係數。然而這種方法存在以下問題:
1.需要引入運放，這就引入運放穩定性對電路帶來的問題，而且為了使得電路能正常工作，供電電壓一般較大，也帶來功耗較高的問題；
2.電路需要三極體，因此一般需要較大的面積；
3.電路需要電阻，電阻的阻值易受溫度的影響，因此電阻的引入不僅帶來功耗和面積的折中關係，而且會導致輸出基準電壓產生偏差；
4.有時為了達到更好的性能，電路不得不引入高階補償技術，一方面使電路設計更加複雜，另一方面也增大電路的功耗和面積。
[0004]近年也提出了很多非「帶隙」技術，這種技術一般不需要引入運放，也無需採用三極體，很多是採用閾值電壓Vth和熱電壓VT相互補償的技術，但是採用這一技術的很多電路依然需要引入電阻，同時電路設計也較為複雜，最終無法達到低功耗和小面積等性能；也有採用NM0SFET的柵源電壓VGS與熱電壓VT相互補償的技術，但採用這一技術也往往很難達到低溫度係數等性能。
[0005]因此，這些因素就限制了基準電壓源的性能，有待改進。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種解決上述基準電壓電路存在問題的新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，包括一啟動單元，所述啟動單元經負溫度係數電壓產生單元和正溫度係數電壓產生單元連接至求和單元；所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的一端連接VDD，所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的另一端連接GND;所述負溫度係數電壓產生單元輸出負溫度係數電壓至求和單元；所述正溫度係數電壓單元輸出正溫度係數電壓至求和單元；所述求和單元對負溫度係數電壓和正溫度係數電壓進行求和，並輸出基準電壓；所述負溫度係數電壓產生單元還為正溫度係數電壓產生單元提供偏置電流；所述啟動單元為整個電路提供開啟功倉泛。
[0008]在本發明實施例中，所述負溫度係數電壓產生單元包括第一 MOS管至第十四MOS管；所述第一 MOS管的漏極、第五MOS管的源極、第六MOS管的源極和第十三MOS管的源極均連接至VDD ;所述第一 MOS管的源極連接至第二 MOS管的漏極，所述第一 MOS管的源極還經第一電容連接至GND ;所述第二 MOS管的源極與第七MOS管的源極相連接；所述第七MOS管的漏極和柵極相連接至第十MOS管的漏極、第八MOS管的柵極和第十四MOS管的柵極；所述第五MOS管的柵極和漏極相連接至第八MOS管的源極；所述第八MOS管的漏極和第九MOS管的柵極與第十一 MOS管的漏極相連接；所述第六MOS管的柵極和漏極相連接至第九MOS管的源極；所述第九MOS管的漏極與第十二 MOS管的漏極、第十二 MOS管的柵極、第十一 MOS管的柵極和第十MOS管的柵極相連接至啟動單元；所述第十MOS管的源極和第十一 MOS管的源極均連接至GND ;所述第十三MOS管的柵極和漏極相連接至第十四MOS管的源極；所述第十四MOS管的漏極與第三MOS管的漏極相連接至求和單元；所述第三MOS管的源極連接第四MOS管的漏極，並經第二電容接至GND ;所述第四MOS管的源極接GND。
[0009]在本發明實施例中，還包括一時序信號發生器；所述時序信號發生器包括輸出第一時序信號的第一時序信號輸出端和輸出第二時序信號的第二時序信號輸出端；所述第一時序信號與第二時序信號的時序互不重疊。
[0010]在本發明實施例中，所述第一 MOS管的柵極和第三MOS管的柵極均連接至第一時序信號輸出端；所述第二 MOS管的柵極和第三MOS管的柵極均連接至第二時序信號輸出端。
[0011]在本發明實施例中，所述正溫度係數電壓產生單元包括第十五MOS管至第十七MOS管；所述第十五MOS管的源極連接至VDD，所述第十五MOS管的柵極連接至所述第十三MOS管的柵極，所述第十五MOS管的漏極與第十六MOS管的漏極、第十六MOS管的柵極和第十七MOS管的柵極相連接；所述第十六MOS管的源極與第十七MOS管的漏極相連接至求和單元；所述第十七MOS管的源極接GND。
[0012]在本發明實施例中，所述求和單元包括第十八MOS管至第二十一 MOS管；所述第十八MOS管的柵極和第二十一 MOS管的柵極均連接至第二時序信號輸出端；所述第十九MOS管的柵極和第二十MOS管的柵極均連接至第一時序信號輸出端；所述第十八MOS管的源極連接至所述第十六MOS管的源極；所述第十八MOS管的漏極與第十九MOS管的源極經第三電容連接至GND ;所述第十九MOS管的漏極與第二十MOS管的漏極相連接至基準電壓輸出端；所述第二十MOS管的源極與第二十一 MOS管的源極經第四電容連接至GND ;所述第二十一 MOS管的源極連接第十四MOS管的漏極。
[0013]在本發明實施例中，所述啟動單元包括第二十二 MOS管至第二十四MOS管；所述第二十二 MOS管的源極和第二十三MOS管的源極均連接至VDD ;所述第二十二 MOS管的柵極和第二十四MOS管的柵極均連接至GND ;所述第二十二 MOS管的漏極與第二十三MOS管的柵極相連接至第二十四MOS管的漏極和源極；所述第二十三MOS管的漏極接至第十MOS管的柵極。
[0014]相較於現有技術，本發明具有以下有益效果:
1.該發明無需帶隙，無需三極體，無需運放，無需電阻，面積小且功耗低；
2.該發明中採用的負溫度係數電壓產生單元，其電路具有負反饋，提高了輸出電壓電源抑制比，同時該單元還為正溫度係數電壓產生單元提供偏置電流；
3.該發明中採用的正溫度係數電壓產生單元，其實現方式簡單，功耗低且面積小；
4.該發明的求和單元採用了開關電容電路，不消耗直流功耗，同時相對於採用電阻所設計的求和單元，該發明採用的電容比電阻又具有更好的匹配性，減小了基準電壓的溫度係數；
5.該發明中的啟動電路，採用MOS電容代替了傳統分立電容，其實現方式簡單，面積小，而且正常工作後不消耗功耗；
6.該發明中的負溫度係數電壓產生單元採用了開關電容等效電阻的方式，其電容越小，等效電阻越大，因此有效的減小了電阻所帶來的大面積問題，具有面積小和功耗低的特性；
7.該發明的負溫度係數電壓產生單元與求和單元共用時序，避免了更多時序設計所帶來的複雜性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的電路組成框圖。
[0016]圖2為本發明一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路圖。
[0017]圖中: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-第一電容，C2-第二電容，C3-第三電容，C4-第四電容，VREF-基準電壓輸出端，0 j-第一時序信號，第二時序信號。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。
[0019]本發明一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，包括一啟動單元，所述啟動單元經負溫度係數電壓產生單元和正溫度係數電壓產生單元連接至求和單元；所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的一端連接VDD，所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的另一端連接GND ;所述負溫度係數電壓產生單元輸出負溫度係數電壓至求和單元；所述正溫度係數電壓單元輸出正溫度係數電壓至求和單元；所述求和單元對負溫度係數電壓和正溫度係數電壓進行求和，並輸出基準電壓；所述負溫度係數電壓產生單元還為正溫度係數電壓產生單元提供偏置電流；所述啟動單元為整個電路提供開啟功能。
[0020]以下為本發明的實施例。
[0021]本發明的基準電壓產生電路的組成框圖如圖1所示，其中包括正溫度係數電壓產生單元、負溫度係數電壓產生單元、求和單元和啟動單元；本發明的基準電壓產生電路如圖2所示(①是啟動單元，②是負溫度係數電壓產生單元，③是正溫度係數電壓產生單元，④是求和單元)；其中正溫度係數電壓產生單元輸出正溫度係數電壓至求和單元，負溫度係數電壓產生單元輸出負溫度係數電壓至求和單元，求和單元對正溫度係數電壓及負溫度係數電壓進行求和，最終輸出基準電壓；同時負溫度係數電壓產生單元為正溫度係數電壓產生單元提供偏置電流；啟動單元為整個電路提供開啟功能。
[0022]基準電壓產生電路還包括一時序信號發生器；時序信號發生器包括輸出的第一時序信號輸出端和輸出的第二時序信號輸出端；與的時序互不重疊。
[0023]如圖2所示，負溫度係數電壓產生單元②包括Msl至Ms2以及Ml至MlO ；Msl的漏極、Ml的源極、M2的源極和M9的源極均連接至VDD ；Msl的源極連接至Ms2的漏極，Msl的源極還經C1連接至GND ；Ms2的源極與M3的源極相連接；M3的漏極和柵極相連接至M6的漏極、M4的柵極和MlO的柵極；M1的柵極和漏極相連接至M4的源極；M4的漏極與M5的柵極和M7的漏極相連接；M2的柵極和漏極相連接至M5的源極；M5的漏極與M8的漏極、M8的柵極、M7的柵極和M6的柵極相連接至啟動單元①，所述M6的源極和M7的源極均連接至GND ；M9的柵極和漏極相連接至MlO的源極；M10的漏極與Ms3的漏極相連接至求和單元；Ms3的源極連接Ms4的漏極，並經C2接至GND ；Ms4的源極接GND。
[0024]Msl的柵極和Ms3的柵極均連接至第一時序信號輸出端；Ms2的柵極和Ms3的柵極均連接至第二時序信號輸出端。
[0025]其中，MfMlO工作在飽和區，Ml和M2採用二極體連接方式；M3、M4和MlO構成電流鏡形式，M6、M7和M8也構成電流鏡形式，確保支路電流能精確複製；Msl、Ms2和C1構成基本的開關電容單元，可以等效為電阻，設定時序的周期為T，^與是兩個互不相重置的時序；根據開關電容的特性可以推出節點D和節點E兩端的等效電阻:
【權利要求】
1.一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:包括一啟動單元，所述啟動單元經負溫度係數電壓產生單元和正溫度係數電壓產生單元連接至求和單元；所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的一端連接VDD，所述啟動單元、負溫度係數電壓產生單元、正溫度係數電壓產生單元和求和單元的另一端連接GND ;所述負溫度係數電壓產生單元輸出負溫度係數電壓至求和單元；所述正溫度係數電壓單元輸出正溫度係數電壓至求和單元；所述求和單元對負溫度係數電壓和正溫度係數電壓進行求和，並輸出基準電壓；所述負溫度係數電壓產生單元還為正溫度係數電壓產生單元提供偏置電流；所述啟動單元為整個電路提供開啟功能。
2.根據權利要求1所述的一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:所述負溫度係數電壓產生單元包括第一 MOS管至第十四MOS管；所述第一 MOS管的漏極、第五MOS管的源極、第六MOS管的源極和第十三MOS管的源極均連接至VDD ;所述第一MOS管的源極連接至第二 MOS管的漏極，所述第一 MOS管的源極還經第一電容連接至GND ；所述第二 MOS管的源極與第七MOS管的源極相連接；所述第七MOS管的漏極和柵極相連接至第十MOS管的漏極、第八MOS管的柵極和第十四MOS管的柵極；所述第五MOS管的柵極和漏極相連接至第八MOS管的源極；所述第八MOS管的漏極和第九MOS管的柵極與第十一 MOS管的漏極相連接；所述第六MOS管的柵極和漏極相連接至第九MOS管的源極；所述第九MOS管的漏極與第十二 MOS管的漏極、第十二 MOS管的柵極、第十一 MOS管的柵極和第十MOS管的柵極相連接至啟動單元；所述第十MOS管的源極和第十一 MOS管的源極均連接至GND ;所述第十三MOS管的柵極和漏極相連接至第十四MOS管的源極；所述第十四MOS管的漏極與第三MOS管的漏極相連接至求和單元；所述第三MOS管的源極連接第四MOS管的漏極，並經第二電容接至GND ;所述第四MOS管的源極接GND。
3.根據權利要求2所述的一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:還包括一時序信號發生器；所述時序信號發生器包括輸出第一時序信號的第一時序信號輸出端和輸出第二時序 信號的第二時序信號輸出端；所述第一時序信號與第二時序信號的時序互不重疊。
4.根據權利要求3所述的一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:所述第一 MOS管的柵極和第三MOS管的柵極均連接至第一時序信號輸出端；所述第二MOS管的柵極和第三MOS管的柵極均連接至第二時序信號輸出端。
5.根據權利要求4所述的一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:所述正溫度係數電壓產生單元包括第十五MOS管至第十七MOS管；所述第十五MOS管的源極連接至VDD，所述第十五MOS管的柵極連接至所述第十三MOS管的柵極，所述第十五MOS管的漏極與第十六MOS管的漏極、第十六MOS管的柵極和第十七MOS管的柵極相連接；所述第十六MOS管的源極與第十七MOS管的漏極相連接至求和單元；所述第十七MOS管的源極接GND。
6.根據權利要求5所述的一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:所述求和單元包括第十八MOS管至第二十一 MOS管；所述第十八MOS管的柵極和第二十一 MOS管的柵極均連接至第二時序信號輸出端；所述第十九MOS管的柵極和第二十MOS管的柵極均連接至第一時序信號輸出端；所述第十八MOS管的源極連接至所述第十六MOS管的源極；所述第十八MOS管的漏極與第十九MOS管的源極經第三電容連接至GND ;所述第十九MOS管的漏極與第二十MOS管的漏極相連接至基準電壓輸出端；所述第二十MOS管的源極與第二十一 MOS管的源極經第四電容連接至GND ;所述第二十一 MOS管的源極連接第十四MOS管的漏極。
7.根據權利要求6所述的一種新型的低功耗無電阻型基準電壓產生電路，其特徵在於:所述啟動單元包括第二十二MOS管至第二十四MOS管；所述第二十二MOS管的源極和第二十三MOS管的源極均 連接至VDD ;所述第二十二 MOS管的柵極和第二十四MOS管的柵極均連接至GND ;所述第二十二 MOS管的漏極與第二十三MOS管的柵極相連接至第二十四MOS管的漏極和源極；所述第二十三MOS管的漏極接至第十MOS管的柵極。
【文檔編號】G05F1/56GK103941799SQ201410188462
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】胡煒, 池上升, 許育森, 楊聖楠 申請人:福州大學