CN105320198A - 一种低功耗高psrr带隙基准源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗高PSRR带隙基准源，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路。该低功耗高PSRR带隙基准源通过采用双层电流镜结构以及增加偏置电阻，降低了各个电流镜之间的沟道长度调制效应的影响，保证了电流倍乘系数的准确性，进而降低了输出电压的失调。

Description

一种低功耗高PSRR带隙基准源

技术领域

本发明涉及带隙基准源技术领域，具体地，涉及一种低功耗高PSRR带隙基准源。

背景技术

在集成电路设计中主要分成模拟电路和数字电路两部分。片上带隙电压基准源作为模拟电路的核心模块，它的性能好坏决定着整个模拟电路乃至整个芯片的性能好坏与功能实现。目前应用最广泛、性能指标最好的带隙电压基准都是采用双极型器件实现。它的原理是将正温度系数的电压和负温度系数的电压以一定的系数相叠加来得到近似零温度系数的带隙电压。

随着技术的进步和人们对系统要求指标的提高，系统对带隙电压基准源指标要求也不断提高，特别是在电压输入范围、电路失调、电源电压抑制比和功耗等方面。有些系统电源电压的变化范围很宽(如2.5V～5.5V)，并且要求功耗很低以延长系统工作时间(例如：电池供电系统、双界面IC卡系统等)；有些系统要求较高的电源抑制比可以减小输出基准电压受到系统电源噪声的影响(例如：电源管理系统)；有些系统要求输出基准电压的失调很小(例如：ADC和DAC电路等)。现有的技术方案很难同时满足以上不同的电路系统对带隙电压基准源的要求。

现有的高电源电压抑制比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio)的电路一般采用图1所示的结构。核心的带隙基准电路由电流镜MP1、MP2、MP3，电阻R3、R4和三极管Q1、Q2组成。环路放大器通过检测B点电压来控制VREG点，使其工作在正确的电压上。该结构采用电压负反馈的方法来实现核心节点电压VREG在很宽的频率范围内的稳定，从而提高了输出电压的电源抑制比。电路的输出电压为：

$\mathrm{VBG}=V_{\mathrm{be}2}+\frac{R_4}{R_3}1n\left[M(N+1)\right]V_T---\left(1\right);$

其中，V_be2为Q2的基极-发射极电压，V_T为热电压，R₃为电阻R3的阻值，R₄为电阻R4的阻值。

通过对以上现有技术的研究和实际电路系统应用环境的考虑很容易发现现有技术存在以下缺点：

(1)、在现有技术中为了实现很宽的电源电压范围，同时支持高、低电源电压输入，考虑到电路的可靠性和寿命，电路本身必须采用高压器件实现。而高压器件受到其本身高阈值电压的影响，很难支持低电压(如：2.5V)工作状态，或者在低电压条件下性能会有很大的下降。

(2)、在现有的技术中，为了实现很高的电源电压抑制比减小基准电压受到系统电源的影响，一般采用电压级联(例如：共源共栅结构、电源regulator等)和很大的片上滤波电容实现。电压级联会限制输入电压范围，片上滤波电容会占用很大的芯片面积，从而提高芯片的生产成本。

(3)、在式子(1)中输出电压的精度受到电流倍乘因子N的影响，N的变化会导致输出电压的变化，从而影响输出电压的精度。由于A、B两点(Vbe)和E点(VBG)电压差别较大，受到沟道长度调制效应的影响，很难通过电流镜的比例实现精确的倍乘因子N，进而影响输出电压VBG的精度。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中带隙基准源受到沟道长度调制效应的影响，输出电压精度不高的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种低功耗高PSRR带隙基准源。

根据本发明实施例的一种低功耗高PSRR带隙基准源，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路；

第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第四P沟道场效应管和第五P沟道场效应管组成电流镜，且第一电阻和第二电阻的阻值相等；

第一P沟道场效应管的栅极、第二P沟道场效应管的栅极、第三P沟道场效应管的栅极分别相连，且与第四P沟道场效应管的漏极相连；

第四P沟道场效应管的栅极、第五P沟道场效应管的栅极、第六P沟道场效应管的栅极分别相连，且与第一电阻和第三电阻的连接节点相连；

第一P沟道场效应管的漏极与第四P沟道场效应管的源极相连，第二P沟道场效应管的漏极与第五P沟道场效应管的源极相连，第三P沟道场效应管的漏极与第六P沟道场效应管的源极相连；

第四P沟道场效应管的漏极依次通过第一电阻、第三电阻与第一双极型晶体管的发射极相连；

第五P沟道场效应管的漏极通过第二电阻与第二双极型晶体管的发射极相连；

第六P沟道场效应管的漏极通过第四电阻与第二双极型晶体管的发射极相连，且第六P沟道场效应管的漏极与电压输出端相连；

第一双极型晶体管的基极与第二双极型晶体管的基极相连并接地，第一双极型晶体管的集电极与第二双极型晶体管的集电极相连并接地；

电压反馈电路的电压反馈输入端与第五P沟道场效应管的漏极相连，电压反馈输出端分别与第一P沟道场效应管的源极、第二P沟道场效应管的源极和第三P沟道场效应管的源极相连；电压反馈电路用于根据第五P沟道场效应管的漏极电压确定输出反馈电压，控制第四P沟道场效应管的漏极电压与第五P沟道场效应管的漏极电压相等。

在上述技术方案中，第一P沟道场效应管的宽长比与第三P沟道场效应管的宽长比的比值为1:N，第一双极型晶体管与第二双极型晶体管的发射极面积之比为M:1；

电压输出端的输出电压为：

$\mathrm{VBG}=V_{\mathrm{be}2}+\frac{R_4}{R_3}\×N\×1n\left[M(N+1)\right]\×V_T;$

其中，V_be2为第二双极型晶体管的基极-发射极电压，V_T为热电压，R₃为第三电阻的阻值，R₄为第四电阻的阻值。

在上述技术方案中，R₁＝R₂＝N×R₄；

其中，R₁为第一电阻的阻值，R₂为第二电阻的阻值，R₄为第四电阻的阻值。

在上述技术方案中，电压反馈电路包括：第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、补偿电容；

第十三P沟道场效应管的源极与第十四P沟道场效应管的源极相连并接外部电源，第十三P沟道场效应管的栅极与第十四P沟道场效应管的栅极相连并与第十四P沟道场效应管的漏极相连，第十四P沟道场效应管的漏极还与第六N沟道场效应管的漏极相连；第十三P沟道场效应管与第十四P沟道场效应管组成电流镜；

第十三P沟道场效应管的漏极为电压反馈输出端，并分别与第七P沟道场效应管的源极、第八P沟道场效应管的源极、第九P沟道场效应管的源极相连；

第七P沟道场效应管的栅极与第八P沟道场效应管的栅极相连，并与第三P沟道场效应管的栅极相连；

第九P沟道场效应管的栅极为电压反馈输入端，与第五P沟道场效应管的漏极相连；

第十P沟道场效应管的栅极、第十一P沟道场效应管的栅极、第十二P沟道场效应管的栅极分别相连，并与第六P沟道场效应管的栅极相连；

第十P沟道场效应管的漏极分别与第四N沟道场效应管的漏极和栅极相连；第十一P沟道场效应管的漏极分别与第一N沟道场效应管的漏极、第二N沟道场效应管的栅极相连；第十二P沟道场效应管的漏极分别与第二N沟道场效应管的漏极、第三N沟道场效应管的栅极相连；第三N沟道场效应管的源极接地；

第一N沟道场效应管的栅极与第二N沟道场效应管的栅极相连，且第一N沟道场效应管的源极接地；第二N沟道场效应管的源极与第五N沟道场效应管的漏极相连；

第四N沟道场效应管的栅极、第五N沟道场效应管的栅极、第六N沟道场效应管的栅极分别相连；第四N沟道场效应管的源极、第五N沟道场效应管的源极、第六N沟道场效应管的源极分别相连且接地；

补偿电容的一端与第十二P沟道场效应管的漏极相连、另一端与第十三P沟道场效应管的漏极相连。

在上述技术方案中，第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管为可承受高电源电压的晶体管；

第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管为低电源电压、低阈值电压的晶体管。

在上述技术方案中，补偿电容为片内电容，且补偿电容的下极板与第十二P沟道场效应管的漏极相连、上极板与第十三P沟道场效应管的漏极相连。

在上述技术方案中，电压反馈电路包括：第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、补偿电容；

第十三P沟道场效应管的源极与第十四P沟道场效应管的源极相连并接外部电源，第十三P沟道场效应管的栅极与第十四P沟道场效应管的栅极相连并与第十四P沟道场效应管的漏极相连，第十四P沟道场效应管的漏极还与第六N沟道场效应管的漏极相连；第十三P沟道场效应管与第十四P沟道场效应管组成电流镜；

第十三P沟道场效应管的漏极为电压反馈输出端，并分别与第七P沟道场效应管的源极、第八P沟道场效应管的源极、第九P沟道场效应管的源极相连；

第七P沟道场效应管的栅极与第八P沟道场效应管的栅极相连，并与第三P沟道场效应管的栅极相连；

第九P沟道场效应管的栅极为电压反馈输入端，与第五P沟道场效应管的漏极相连；

第十P沟道场效应管的栅极、第十一P沟道场效应管的栅极、第十二P沟道场效应管的栅极分别相连，并与第六P沟道场效应管的栅极相连；

第十P沟道场效应管的漏极分别与第四N沟道场效应管的漏极和栅极相连；第十一P沟道场效应管的漏极分别与第一N沟道场效应管的漏极、第二N沟道场效应管的栅极相连；第十二P沟道场效应管的漏极分别与第二N沟道场效应管的漏极、第三N沟道场效应管的栅极相连；第三N沟道场效应管的源极接地；

第一N沟道场效应管的栅极与第二N沟道场效应管的源极相连，且第一N沟道场效应管的源极接地；第二N沟道场效应管的源极与第五N沟道场效应管的漏极相连；第一N沟道场效应管和第二N沟道场效应管组成Gainboost结构；

第四N沟道场效应管的栅极、第五N沟道场效应管的栅极、第六N沟道场效应管的栅极分别相连；第四N沟道场效应管的源极、第五N沟道场效应管的源极、第六N沟道场效应管的源极分别相连且接地；

补偿电容的一端与第十二P沟道场效应管的漏极相连、另一端与第十三P沟道场效应管的漏极相连。

在上述技术方案中，第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管为可承受高电源电压的晶体管；

第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管为低电源电压、低阈值电压的晶体管。

在上述技术方案中，补偿电容为片内电容，且补偿电容的下极板与第十二P沟道场效应管的漏极相连、上极板与第十三P沟道场效应管的漏极相连。

在本发明实施例提供的一种低功耗高PSRR带隙基准源中，加入第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管和第一电阻，将单层电路镜换成带自偏置电阻(即第一电阻)的双层电流镜结构。从而降低了各个电流镜之间的沟道长度调制效应的影响，保证了电流倍乘系数(N)的准确性，进而降低了输出电压的失调。该电路结构具有低功耗、高电源抑制比PSRR和宽的电源电压输入范围等特点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的高电源电压抑制比电路的电路图；

图2为本发明实施例中低功耗高PSRR带隙基准源的电路结构图；

图3为实施例一中低功耗高PSRR带隙基准源的电路结构图；

图4为实施例二中低功耗高PSRR带隙基准源的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

根据本发明实施例，提供了一种低功耗高PSRR带隙基准源，图2为该带隙基准源的电路图，具体包括：第一P沟道场效应管MP1、第二P沟道场效应管MP2、第三P沟道场效应管MP3、第四P沟道场效应管MP4、第五P沟道场效应管MP5、第六P沟道场效应管MP6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2和电压反馈电路10。

具体的，第一P沟道场效应管MP1与第二P沟道场效应管MP2相同，MP1的宽长比(即W/L)与MP2的宽长比的比值为1:1；第四P沟道场效应管MP4和第五P沟道场效应管MP5相同，MP4的宽长比与MP5的宽长比的比值也为1:1。第一P沟道场效应管MP1、第二P沟道场效应管MP2、第四P沟道场效应管MP4和第五P沟道场效应管MP5组成电流镜，且第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等。

如图2所示，第一P沟道场效应管MP1的栅极、第二P沟道场效应管MP2的栅极、第三P沟道场效应管MP3的栅极分别相连，且与第四P沟道场效应管MP4的漏极相连，连接点为节点C。

第四P沟道场效应管MP4的栅极、第五P沟道场效应管MP5的栅极、第六P沟道场效应管MP6的栅极分别相连，且与第一电阻R1和第三电阻R3的连接节点相连，第一电阻R1和第三电阻R3的连接节点即为图2中的节点A。

第一P沟道场效应管MP1的漏极与第四P沟道场效应管MP4的源极相连，第二P沟道场效应管MP2的漏极与第五P沟道场效应管MP5的源极相连，第三P沟道场效应管MP3的漏极与第六P沟道场效应管MP5的源极相连。

第四P沟道场效应管MP4的漏极依次通过第一电阻R1、第三电阻R3与第一双极型晶体管Q1的发射极相连。第五P沟道场效应管MP5的漏极通过第二电阻R2与第二双极型晶体管Q2的发射极相连；

第六P沟道场效应管的漏极MP6通过第四电阻R4与第二双极型晶体管Q2的发射极相连，且第六P沟道场效应管MP6的漏极与电压输出端VBG相连，即图2中的节点E。

第一双极型晶体管Q1的基极与第二双极型晶体管Q2的基极相连并接地，第一双极型晶体管Q1的集电极与第二双极型晶体管Q2的集电极相连并接地。

电压反馈电路10的电压反馈输入端Vf与第五P沟道场效应管MP5的漏极相连，图2中的节点D即为电压反馈点。电压反馈输出端VREG分别与第一P沟道场效应管MP1的源极、第二P沟道场效应管MP2的源极和第三P沟道场效应管MP3的源极相连；电压反馈电路10用于根据第五P沟道场效应管MP5的漏极电压(即节点D处的电压)确定输出反馈电压，控制第四P沟道场效应管MP4的漏极电压与第五P沟道场效应管MP5的漏极电压相等，即节点C与节点D两点的电压相等。

下面详细介绍该电路的工作原理。

如图2所示，第一P沟道场效应管MP1的宽长比(或第二P沟道场效应管MP2的宽长比)与第三P沟道场效应管MP3的宽长比的比值为1:N，第一双极型晶体管Q1与第二双极型晶体管Q2的发射极面积之比为M:1。

电压反馈电路10根据第五P沟道场效应管MP5的漏极电压(即节点D处的电压)确定输出反馈电压VREG，使VREG的电压保持在正确的电压上；控制第四P沟道场效应管MP4的漏极电压与第五P沟道场效应管MP5的漏极电压相等，从而保证节点C与节点D两点的电压相等。

由于第一P沟道场效应管MP1和第二P沟道场效应管MP2电流镜之比是1:1，电阻R1和R2的阻值相等，那么流过第一P沟道场效应管MP1和第二P沟道场效应管MP2两条支路的电流分别在电阻R1和R2上产生的压降相等。同时，由于C、D两点电压相等，所以A、B两点电压也相等。因此，流过电阻R1、R2、R3和场效应管MP1、MP2、MP4、MP5的电流均为：

$I_{\mathrm{PTAT}}=\frac{V_{\mathrm{be}2}-V_{\mathrm{be}1}}{R_3}---\left(2\right)$

其中，V_be2为第二双极型晶体管Q2的基极-发射极电压(即Q2发射极与Q2基极之间的电压)，V_be1为第一双极型晶体管Q1的基极-发射极电压，R₃为第三电阻R3的阻值。

又由于，第一P沟道场效应管MP1的宽长比(或第二P沟道场效应管MP2的宽长比)与第三P沟道场效应管MP3的宽长比的比值为1:N，所以，流过第三P沟道场效应管MP3的电流是流过第一P沟道场效应管MP1和第二P沟道场效应管MP2电流的N倍。因此，第四电阻R4上产生的压降为：

$V_{R4}=N\×I_{\mathrm{PTAT}}\×R_4=N\×\frac{R_4}{R_3}\×(V_{\mathrm{be}2}-V_{\mathrm{be}1})---\left(3\right)$

其中，R₄为第四电阻R4的阻值。

同时，流过第二双极型晶体管Q2的电流为流过第二电阻R2的电流和第四电阻R4的电流之和，为流过第一双极型晶体管Q1电流的(N+1)倍；且第一双极型晶体管Q1与第二双极型晶体管Q2的发射极面积之比为M:1，所以第二双极型晶体管Q2的电流密度是第一双极型晶体管Q1电流密度的M(N+1)倍。所以，两个双极型晶体管的基极-发射极电压之差为：

V_be2-V_be1＝V_T×ln[M(N+1)](4)

其中，VT为热电压，VT＝KT/q；K为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷。

联立式子(2)、式子(3)和式子(4)，得到：

$\mathrm{VBG}=V_{\mathrm{be}2}+V_{R4}=V_{\mathrm{be}2}+N\×\frac{R_4}{R_3}\×1n\left[M(N+1)\right]\×V_T---\left(5\right)$

其中，V_be2为负温度系数，VT为正温度系数，且：

因此，适当的选取式子(5)中V_T的系数，即适当选取M、N、R₃、R₄的值，即可以得到近似零温度系数的VBG电压。

与传统的单层电流镜结构相比，在本发明实施例提供的一种低功耗高PSRR带隙基准源中，加入第四P沟道场效应管MP4、第五P沟道场效应管MP5、第六P沟道场效应管MP6和第一电阻R1，将单层电路镜换成带自偏置电阻(即第一电阻R1)的双层电流镜结构。从而降低了各个电流镜之间的沟道长度调制效应的影响，保证了电流倍乘系数(N)的准确性，进而降低了输出电压的失调。

第一电阻R1用于偏置第一P沟道场效应管MP1和第四P沟道场效应管MP4，使二者工作在饱和区。加入第二电阻R2，平衡了第一P沟道场效应管MP1和第二P沟道场效应管MP2两条支路的电流镜状态。当两条支路电流相等、且R₁＝R₂时，保证了C点和D点电压相等的同时，A点和B点的电压也相等。该结构具有低功耗、高电源抑制比PSRR和宽的电源电压输入范围等特点。

下面通过两个实施例详细介绍该低功耗高PSRR带隙基准源的结构。

实施例一

参见图3所示，在实施例一中，包括如上述的低功耗高PSRR带隙基准源电路，其电压反馈电路10具体包括：第七P沟道场效应管MP7、第八P沟道场效应管MP8、第九P沟道场效应管MP9、第十P沟道场效应管MP10、第十一P沟道场效应管MP11、第十二P沟道场效应管MP12、第十三P沟道场效应管MP13、第十四P沟道场效应管MP14、第一N沟道场效应管MN1、第二N沟道场效应管MN2、第三N沟道场效应管MN3、第四N沟道场效应管MN4、第五N沟道场效应管MN5、第六N沟道场效应管MN6、补偿电容Cc。

具体的，第十三P沟道场效应管MP13的源极与第十四P沟道场效应管MP14的源极相连并接外部电源VDD，第十三P沟道场效应管MP13的栅极与第十四P沟道场效应管MP14的栅极相连并与第十四P沟道场效应管MP14的漏极相连，第十四P沟道场效应管MP14的漏极还与第六N沟道场效应管MN6的漏极相连；其中，第十三P沟道场效应管MP13与第十四P沟道场效应管MP14组成电流镜。

第十三P沟道场效应管MP13的漏极为电压反馈输出端VREG，并分别与第七P沟道场效应管MP7的源极、第八P沟道场效应管MP8的源极、第九P沟道场效应管MP9的源极相连。即场效应管MP1、MP2、MP3、MP7、MP8和MP9的源极均与电压反馈输出端VREG相连。

第七P沟道场效应管MP7的栅极与第八P沟道场效应管MP8的栅极相连，并与第三P沟道场效应管MP3的栅极相连。

第九P沟道场效应管MP9的栅极为电压反馈输入端，与第五P沟道场效应管MP5的漏极相连，连接点即为图3中的节点D。

第十P沟道场效应管MP10的栅极、第十一P沟道场效应管MP11的栅极、第十二P沟道场效应管MP12的栅极分别相连，并与第六P沟道场效应管MP6的栅极相连。

第十P沟道场效应管MP10的漏极分别与第四N沟道场效应管MN4的漏极和栅极相连；第十一P沟道场效应管MP11的漏极分别与第一N沟道场效应管MN1的漏极、第二N沟道场效应管MN2的栅极相连；第十二P沟道场效应管MP12的漏极分别与第二N沟道场效应管MN2的漏极、第三N沟道场效应管MN3的栅极相连，其连接节点即为图3中的节点F；第三N沟道场效应管MN3的源极接地。

第一N沟道场效应管MN1的栅极与第二N沟道场效应管MN2的栅极相连，且第一N沟道场效应管MN1的源极接地；第二N沟道场效应管MN2的源极与第五N沟道场效应管MN5的漏极相连。

第四N沟道场效应管MN4的栅极、第五N沟道场效应管MN5的栅极、第六N沟道场效应管MN6的栅极分别相连；第四N沟道场效应管MN4的源极、第五N沟道场效应管MN5的源极、第六N沟道场效应管MN6的源极分别相连且接地；

补偿电容Cc的一端与第十二P沟道场效应管MP12的漏极相连、另一端与第十三P沟道场效应管MP13的漏极相连。

在实施例一中，补偿电容Cc具体为片内电容，且补偿电容的下极板与第十二P沟道场效应管MP12的漏极相连、上极板与第十三P沟道场效应管MP13的漏极相连。

下面详细介绍该电压反馈电路的工作原理。

第十三P沟道场效应管MP13、第十四P沟道场效应管MP14组成的电流镜以及第六N沟道场效应管MN6组成内部regulator，产生稳定电压VREG，对电源电压VDD与VREG进行隔离。

具体的，第九P沟道场效应管MP9采集节点D电压变化，并与第十二P沟道场效应管MP12、第二N沟道场效应管MN2、第五N沟道场效应管MN5组成Cascode(共源共栅)电压放大器，将D点的电压变化放大。被放大的电压通过第三N沟道场效应管MN3反馈到VREG端，使得VREG保持在正确的电压上，并保证C、D两点的电压相等。该结构采用电压负反馈的方法实现核心节点VREG在很宽的频率范围内稳定，从而可以提高输出电压VBG的电源抑制比PSRR。

第七P沟道场效应管MP7和第十P沟道场效应管MP10通过第四N沟道场效应管MN4为第五N沟道场效应管MN5、第六N沟道场效应管MN6提供偏置。第八P沟道场效应管MP8和第十一P沟道场效应管MP11通过第一N沟道场效应管MN1为第二N沟道场效应管MN2提供偏置。

在实施例一中，通过加入第十P沟道场效应管MP10和第十一P沟道场效应管MP11，也将单层电流镜换成带自偏置电阻的双层电流镜结构。从而降低了各个电流镜之间的沟道长度调制效应的影响，可以保证了电流倍乘系数(N)的准确性，并进而降低了输出电压VBG的失调。同时，该电压反馈电路采用电压负反馈的方法实现核心节点VREG在很宽的频率范围内稳定，使得VREG保持在正确的电压上，并保证C、D两点的电压相等，可以提高输出电压VBG的电源抑制比PSRR。

优选的，第四N沟道场效应管MN4、第五N沟道场效应管MN5、第六N沟道场效应管MN6、第十三P沟道场效应管MP13、第十四P沟道场效应管MP14为可承受高电源电压的晶体管；而第一P沟道场效应管MP1、第二P沟道场效应管MP2、第三P沟道场效应管MP3、第四P沟道场效应管MP4、第五P沟道场效应管MP5、第六P沟道场效应管MP6、第七P沟道场效应管MP7、第八P沟道场效应管MP8、第九P沟道场效应管MP9、第十P沟道场效应管MP10、第十一P沟道场效应管MP11、第十二P沟道场效应管MP12、第一N沟道场效应管MN1、第二N沟道场效应管MN2、第三N沟道场效应管MN3为低电源电压、低阈值电压的晶体管。

采用低阈值电压的晶体管，可以将VREG的电压调到很低而保证所有管子都工作的饱和区。VREG的降低，可以使电路在更低VDD电压下正常工作。而只有高压管MP13、MP14和MN6能够“看到”高的电源电压输入，保证了在高电源电压输入的情况下低电压管子不会被击穿。为了保证镜像的准确性，MN4、MN5和MN6都采用同种类型的晶体管。

实施例二

如图4所示，实施例二提供的低功耗高PSRR带隙基准源电路与实施例一所示的电路基本相同，对于结构相同部分此处不做赘述。

其中，在实施例二中，参见图4所示，第一N沟道场效应管MN1的栅极与第二N沟道场效应管MN2的源极相连。此时，第一N沟道场效应管MN1和第二N沟道场效应管MN2组成Gainboost结构。

MN1和MN2采用Gainboost结构，提高了F点的输出阻抗；同时MP2和MP5组成Cascode电流镜也提高了D点的输出阻抗；输出阻抗的提高，增大了环路增益，减小了C、D两点的增益误差，从而降低了增益误差对输出电压失调的影响。

在实施例二中，该低功耗高PSRR带隙基准源电路的工作原理与实施例一中提供的电路的工作原理相同，此处不做赘述。

本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图2-图4为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，包括：第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和电压反馈电路；

所述第一P沟道场效应管、所述第二P沟道场效应管、所述第四P沟道场效应管和所述第五P沟道场效应管组成电流镜，且所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等；

所述第一P沟道场效应管的栅极、所述第二P沟道场效应管的栅极、所述第三P沟道场效应管的栅极分别相连，且与所述第四P沟道场效应管的漏极相连；

所述第四P沟道场效应管的栅极、所述第五P沟道场效应管的栅极、所述第六P沟道场效应管的栅极分别相连，且与所述第一电阻和所述第三电阻的连接节点相连；

所述第一P沟道场效应管的漏极与所述第四P沟道场效应管的源极相连，所述第二P沟道场效应管的漏极与所述第五P沟道场效应管的源极相连，所述第三P沟道场效应管的漏极与所述第六P沟道场效应管的源极相连；

所述第四P沟道场效应管的漏极依次通过所述第一电阻、所述第三电阻与所述第一双极型晶体管的发射极相连；

所述第五P沟道场效应管的漏极通过所述第二电阻与所述第二双极型晶体管的发射极相连；

所述第六P沟道场效应管的漏极通过所述第四电阻与所述第二双极型晶体管的发射极相连，且所述第六P沟道场效应管的漏极与电压输出端相连；

所述第一双极型晶体管的基极与所述第二双极型晶体管的基极相连并接地，所述第一双极型晶体管的集电极与所述第二双极型晶体管的集电极相连并接地；

所述电压反馈电路的电压反馈输入端与所述第五P沟道场效应管的漏极相连，电压反馈输出端分别与所述第一P沟道场效应管的源极、所述第二P沟道场效应管的源极和所述第三P沟道场效应管的源极相连；所述电压反馈电路用于根据所述第五P沟道场效应管的漏极电压确定输出反馈电压，控制所述第四P沟道场效应管的漏极电压与所述第五P沟道场效应管的漏极电压相等。

2.根据权利要求1所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述第一P沟道场效应管的宽长比与所述第三P沟道场效应管的宽长比的比值为1:N，所述第一双极型晶体管与所述第二双极型晶体管的发射极面积之比为M:1；

所述电压输出端的输出电压为：

$\mathrm{VBG}=V_{\mathrm{be}2}+\frac{R_4}{R_3}\×N\×1n\left[M(N+1)\right]\×V_T;$

其中，V_be2为第二双极型晶体管的基极-发射极电压，V_T为热电压，R₃为第三电阻的阻值，R₄为第四电阻的阻值。

3.根据权利要求1或2所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述电压反馈电路包括：第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、补偿电容；

所述第十三P沟道场效应管的源极与所述第十四P沟道场效应管的源极相连并接外部电源，所述第十三P沟道场效应管的栅极与所述第十四P沟道场效应管的栅极相连并与所述第十四P沟道场效应管的漏极相连，所述第十四P沟道场效应管的漏极还与所述第六N沟道场效应管的漏极相连；所述第十三P沟道场效应管与所述第十四P沟道场效应管组成电流镜；

所述第十三P沟道场效应管的漏极为电压反馈输出端，并分别与所述第七P沟道场效应管的源极、所述第八P沟道场效应管的源极、所述第九P沟道场效应管的源极相连；

所述第七P沟道场效应管的栅极与所述第八P沟道场效应管的栅极相连，并与所述第三P沟道场效应管的栅极相连；

所述第九P沟道场效应管的栅极为电压反馈输入端，与所述第五P沟道场效应管的漏极相连；

所述第十P沟道场效应管的栅极、所述第十一P沟道场效应管的栅极、所述第十二P沟道场效应管的栅极分别相连，并与所述第六P沟道场效应管的栅极相连；

所述第十P沟道场效应管的漏极分别与所述第四N沟道场效应管的漏极和栅极相连；所述第十一P沟道场效应管的漏极分别与所述第一N沟道场效应管的漏极、所述第二N沟道场效应管的栅极相连；所述第十二P沟道场效应管的漏极分别与所述第二N沟道场效应管的漏极、所述第三N沟道场效应管的栅极相连；所述第三N沟道场效应管的源极接地；

所述第一N沟道场效应管的栅极与所述第二N沟道场效应管的栅极相连，且所述第一N沟道场效应管的源极接地；所述第二N沟道场效应管的源极与所述第五N沟道场效应管的漏极相连；

所述第四N沟道场效应管的栅极、所述第五N沟道场效应管的栅极、所述第六N沟道场效应管的栅极分别相连；所述第四N沟道场效应管的源极、所述第五N沟道场效应管的源极、所述第六N沟道场效应管的源极分别相连且接地；

所述补偿电容的一端与所述第十二P沟道场效应管的漏极相连、另一端与所述第十三P沟道场效应管的漏极相连。

4.根据权利要求3所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管为可承受高电源电压的晶体管；

所述第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管为低电源电压、低阈值电压的晶体管。

5.根据权利要求3所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述补偿电容为片内电容，且所述补偿电容的下极板与所述第十二P沟道场效应管的漏极相连、上极板与所述第十三P沟道场效应管的漏极相连。

6.根据权利要求1或2所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述电压反馈电路包括：第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管、第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、补偿电容；

所述第十三P沟道场效应管的源极与所述第十四P沟道场效应管的源极相连并接外部电源，所述第十三P沟道场效应管的栅极与所述第十四P沟道场效应管的栅极相连并与所述第十四P沟道场效应管的漏极相连，所述第十四P沟道场效应管的漏极还与所述第六N沟道场效应管的漏极相连；所述第十三P沟道场效应管与所述第十四P沟道场效应管组成电流镜；

所述第十三P沟道场效应管的漏极为电压反馈输出端，并分别与所述第七P沟道场效应管的源极、所述第八P沟道场效应管的源极、所述第九P沟道场效应管的源极相连；

所述第七P沟道场效应管的栅极与所述第八P沟道场效应管的栅极相连，并与所述第三P沟道场效应管的栅极相连；

所述第九P沟道场效应管的栅极为电压反馈输入端，与所述第五P沟道场效应管的漏极相连；

所述第十P沟道场效应管的栅极、所述第十一P沟道场效应管的栅极、所述第十二P沟道场效应管的栅极分别相连，并与所述第六P沟道场效应管的栅极相连；

所述第十P沟道场效应管的漏极分别与所述第四N沟道场效应管的漏极和栅极相连；所述第十一P沟道场效应管的漏极分别与所述第一N沟道场效应管的漏极、所述第二N沟道场效应管的栅极相连；所述第十二P沟道场效应管的漏极分别与所述第二N沟道场效应管的漏极、所述第三N沟道场效应管的栅极相连；所述第三N沟道场效应管的源极接地；

所述第一N沟道场效应管的栅极与所述第二N沟道场效应管的源极相连，且所述第一N沟道场效应管的源极接地；所述第二N沟道场效应管的源极与所述第五N沟道场效应管的漏极相连；所述第一N沟道场效应管和所述第二N沟道场效应管组成Gainboost结构；

所述第四N沟道场效应管的栅极、所述第五N沟道场效应管的栅极、所述第六N沟道场效应管的栅极分别相连；所述第四N沟道场效应管的源极、所述第五N沟道场效应管的源极、所述第六N沟道场效应管的源极分别相连且接地；

所述补偿电容的一端与所述第十二P沟道场效应管的漏极相连、另一端与所述第十三P沟道场效应管的漏极相连。

7.根据权利要求6所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述第四N沟道场效应管、第五N沟道场效应管、第六N沟道场效应管、第十三P沟道场效应管、第十四P沟道场效应管为可承受高电源电压的晶体管；

所述第一P沟道场效应管、第二P沟道场效应管、第三P沟道场效应管、第四P沟道场效应管、第五P沟道场效应管、第六P沟道场效应管、第七P沟道场效应管、第八P沟道场效应管、第九P沟道场效应管、第十P沟道场效应管、第十一P沟道场效应管、第十二P沟道场效应管、第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第三N沟道场效应管为低电源电压、低阈值电压的晶体管。

8.根据权利要求6所述的低功耗高PSRR带隙基准源，其特征在于，所述补偿电容为片内电容，且所述补偿电容的下极板与所述第十二P沟道场效应管的漏极相连、上极板与所述第十三P沟道场效应管的漏极相连。