CN106959720A - 一种低耗电量自偏置基准电压源 - Google Patents

一种低耗电量自偏置基准电压源 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低耗电量自偏置基准电压源，其包括启动电路，偏置补偿电路，共源共栅子带隙电路，启动电路为基准电压源提供启动电流，偏置补偿电路为基准电压源提供偏置电压，并实现了电路的温度曲率补偿，隔绝了电源电压波动及环境温度变化对电路的影响，保证了基准电压源精准、稳定、无失真的工作；偏置补偿电路通过晶体管结电压与MOS管柵源极电压的平衡来实现偏置功能，无需偏置电阻，有效降低了电路的功耗，共源共栅子带隙电路用于产生并输出基准电压，只需要极低的供电电压即可工作，进一步降低了基准电压源的功耗，本发明在电路结构设计中不采用电阻，工作电流小，电路结构简单，占用芯片面积小，功耗极低。

Description

一种低耗电量自偏置基准电压源
技术领域
本发明涉及基准电压源电路系统的设计，尤其涉及的是，一种低耗电量自偏置基准电压源的设计。
背景技术
基准电压源是电路系统的重要组成部分，为电路系统精准稳定的工作提供参考基准。在温度变化的环境下，目前广泛采用的基准电压源能够很好的保持其稳定性与精准性。但是，供电电源及电路产生的噪声对基准电压源的影响依然很大。在电路集成技术不断发展的今天，传统基准电压源的功耗及体积已不能满足电路高集成度的要求。因此，进一步提高基准电压源的抗干扰性，降低功耗，减小体积有着非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低耗电量自偏置基准电压源。
本发明的技术方案如下：一种低耗电量自偏置基准电压源包括启动电路，偏置补偿电路，共源共栅子带隙电路。启动电路为基准电压源提供启动电流。偏置补偿电路为基准电压源提供偏置电压，并实现了电路的温度曲率补偿，隔绝了电源电压波动及环境温度变化对电路的影响，保证了基准电压源精准、稳定、无失真的工作。偏置补偿电路通过晶体管结电压与MOS管柵源极电压的平衡来实现偏置功能，无需偏置电阻，有效降低了电路的功耗。共源共栅子带隙电路用于产生并输出基准电压，其共源共栅结构的工作电流为纳安级，只需要极低的供电电压即可工作，进一步降低了基准电压源的功耗。
一种低耗电量自偏置基准电压源中，启动电路包括1号MOS管，2号MOS管，1号电容。1号MOS管的源极连接电源，1号MOS管的栅极接地，1号MOS管的漏极连接2号MOS管的栅极。2号MOS管的源极连接1号MOS管的源极，2号MOS管的漏极连接4号MOS管的是栅极。1号电容的上端连接2号MOS管的栅极，1号电容的下端接地。
一种低耗电量自偏置基准电压源中，偏置补偿电路包括3号至11号MOS管，1号晶体管，1号运算放大器。3号MOS管的源极连接电源，3号MOS管的栅极连接7号MOS管的栅极，3号MOS管的漏极连接4号MOS管的漏极。4号MOS管的栅极连接7号MOS管的漏极，4号MOS管的源极连接5号MOS管的漏极。5号MOS管的栅极连接5号MOS管的漏极，5号MOS管的源极连接6号MOS管的漏极。6号MOS管的栅极连接6号MOS管的漏极，6号MOS管的源极接地。7号MOS管的源极连接3号MOS管的源极，7号MOS管的栅极连接3号MOS管的漏极，7号MOS管的漏极连接1号晶体管的发射极。8号MOS管的源极连接电源，8号MOS管的栅极连接9号MOS管的栅极，8号MOS管的漏极连接1号晶体管的发射极。9号MOS管的源极连接8号MOS管的源极，9号MOS管的漏极连接10号MOS管的漏极。10号MOS管的栅极连接10号MOS管的漏极，10号MOS管的源极连接11号MOS管的漏极。11号MOS管的栅极连接11号MOS管的漏极，11号MOS管的源极接地。1号运算放大器的同相输入端连接8号MOS管的漏极，1号运算放大器的反相输入端连接9号MOS管的漏极，1号运算放大器的输出端连接9号MOS管的栅极。1号晶体管的发射极连接1号运算放大器的同相输入端，1号晶体管的基极接地，1号晶体管的集电极接地。
一种低耗电量自偏置基准电压源中，共源共栅子带隙电路包括13号至20号MOS管，基准电压输出端口。13号MOS管的源极连接电源，13号MOS管的栅极连接9号MOS管的栅极，13号MOS管的漏极连接14号MOS管的源极。14号MOS管的栅极连接15号MOS管的栅极，14号MOS管的漏极连接15号MOS管的源极。15号MOS管的源极连接11号MOS管的漏极，15号MOS管的栅极连接15号MOS管的漏极，15号MOS管的漏极连接16号MOS管的漏极。16号MOS管的栅极连接14号MOS管的漏极，16号MOS管的源极接地。17号MOS管的源极连接13号MOS管的源极，17号MOS管的栅极连接13号MOS管的栅极，17号MOS管的漏极连接18号MOS管的源极。18号MOS管的源极连接基准电压输出端口，18号MOS管的栅极连接19号MOS管的栅极，18号MOS管的漏极连接19号MOS管的源极。19号MOS管的源极连接14号MOS管的源极，19号MOS管的栅极连接19号MOS管的漏极，19号MOS管的漏极连接20号MOS管的漏极。20号MOS管的栅极连接16号MOS管的栅极，20号MOS管的源极接地。
本发明采用全MOS结构实现基准电压源的设计。通过晶体管结电压与MOS管柵源极电压的平衡来实现电路的偏置调节功能。采用曲率补偿技术电路来抑制温度变化及电源电压波动对电路工作的影响。采用共源共栅结构电路产生并输出基准电压。本发明的电路结构中不采用电阻，工作电流小，电路结构简单，占用芯片面积小，功耗极低。
附图说明
图1为本发明的电路结构图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。
如图1所示，本发明包括启动电路，偏置补偿电路，共源共栅子带隙电路。启动电路为基准电压源提供启动电流。偏置补偿电路为基准电压源提供偏置电压，并实现了电路的温度曲率补偿，隔绝了电源电压波动及环境温度变化对电路的影响。共源共栅子带隙电路用于产生并输出基准电压，其共源共栅结构的工作电流为纳安级，只需要极低的供电电压即可工作。
如图1所示，启动电路包括MOS管M1，MOS管M2，电容C1。MOS管M1的源极连接电源，MOS管M1的栅极接地，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的栅极。MOS管M2的源极连接MOS管M1的源极，MOS管M2的漏极连接MOS管M4的是栅极。电容C1的上端连接MOS管M2的栅极，电容C1的下端接地。
如图1所示，偏置补偿电路包括MOS管M3至M11，晶体管Q1，运算放大器A1。MOS管M3的源极连接电源，MOS管M3的栅极连接MOS管M7的栅极，MOS管M3的漏极连接MOS管M4的漏极。MOS管M4的栅极连接MOS管M7的漏极，MOS管M4的源极连接MOS管M5的漏极。MOS管M5的栅极连接MOS管M5的漏极，MOS管M5的源极连接MOS管M6的漏极。MOS管M6的栅极连接MOS管M6的漏极，MOS管M6的源极接地。MOS管M7的源极连接MOS管M3的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M7的漏极连接晶体管Q1的发射极。MOS管M8的源极连接电源，MOS管M8的栅极连接MOS管M9的栅极，MOS管M8的漏极连接晶体管Q1的发射极。MOS管M9的源极连接MOS管M8的源极，MOS管M9的漏极连接MOS管M10的漏极。MOS管M10的栅极连接MOS管M10的漏极，MOS管M10的源极连接MOS管M11的漏极。MOS管M11的栅极连接MOS管M11的漏极，MOS管M11的源极接地。运算放大器A1的同相输入端连接MOS管M8的漏极，运算放大器A1的反相输入端连接MOS管M9的漏极，运算放大器A1的输出端连接MOS管M9的栅极。晶体管Q1的发射极连接运算放大器A1的同相输入端，晶体管Q1的基极接地，晶体管Q1的集电极接地。
如图1所示，共源共栅子带隙电路包括MOS管M13至M20，基准电压输出端口Vref。MOS管M13的源极连接电源，MOS管M13的栅极连接MOS管M9的栅极，MOS管M13的漏极连接MOS管M14的源极。MOS管M14的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M14的漏极连接MOS管M15的源极。MOS管M15的源极连接MOS管M11的漏极，MOS管M15的栅极连接MOS管M15的漏极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极。MOS管M16的栅极连接MOS管M14的漏极，MOS管M16的源极接地。MOS管M17的源极连接MOS管M13的源极，MOS管M17的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M17的漏极连接MOS管M18的源极。MOS管M18的源极连接基准电压输出端口Vref，MOS管M18的栅极连接MOS管M19的栅极，MOS管M18的漏极连接MOS管M19的源极。MOS管M19的源极连接MOS管M14的源极，MOS管M19的栅极连接MOS管M19的漏极，MOS管M19的漏极连接MOS管M20的漏极。MOS管M20的栅极连接MOS管M16的栅极，MOS管M20的源极接地。
一种低耗电量自偏置基准电压源基于180nm CMOS工艺设计，芯片占用面积为0.0052mm2，MOS管M1至M6的宽长比为1:1，MOS管M7的宽长比为3:1，MOS管M11及M17的宽长比为5:1，MOS管M10的宽长比为2:1，MOS管M15及M19的宽长比为12:1，MOS管M14及M18的宽长比为6:1，MOS管M8、M9及M13的宽长比为4:1，电源Vdd电压为0.8V，工作电流为110nA，电路功耗为15nW，电路输出基准电压为460mV，在-40℃至120℃温度范围内，基准电压温度系数为5ppm/℃，线性敏感度为0.14mV/V。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明其所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种低耗电量自偏置基准电压源，其特征在于，其包括启动电路，偏置补偿电路，共源共栅子带隙电路；
启动电路为基准电压源提供启动电流；
偏置补偿电路为基准电压源提供偏置电压，并实现了电路的温度曲率补偿；
共源共栅子带隙电路用于产生并输出基准电压。
2.根据权利要求1所述一种低耗电量自偏置基准电压源，其特征在于，启动电路包括MOS管M1，MOS管M2，电容C1；
MOS管M1的源极连接电源，MOS管M1的栅极接地，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的栅极；
MOS管M2的源极连接MOS管M1的源极，MOS管M2的漏极连接MOS管M4的是栅极；
电容C1的上端连接MOS管M2的栅极，电容C1的下端接地。
3.根据权利要求1所述一种低耗电量自偏置基准电压源，其特征在于，偏置补偿电路包括MOS管M3至M11，晶体管Q1，运算放大器A1；
MOS管M3的源极连接电源，MOS管M3的栅极连接MOS管M7的栅极，MOS管M3的漏极连接MOS管M4的漏极；
MOS管M4的栅极连接MOS管M7的漏极，MOS管M4的源极连接MOS管M5的漏极；
MOS管M5的栅极连接MOS管M5的漏极，MOS管M5的源极连接MOS管M6的漏极；
MOS管M6的栅极连接MOS管M6的漏极，MOS管M6的源极接地；
MOS管M7的源极连接MOS管M3的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M7的漏极连接晶体管Q1的发射极；
MOS管M8的源极连接电源，MOS管M8的栅极连接MOS管M9的栅极，MOS管M8的漏极连接晶体管Q1的发射极；
MOS管M9的源极连接MOS管M8的源极，MOS管M9的漏极连接MOS管M10的漏极；
MOS管M10的栅极连接MOS管M10的漏极，MOS管M10的源极连接MOS管M11的漏极；
MOS管M11的栅极连接MOS管M11的漏极，MOS管M11的源极接地；
运算放大器A1的同相输入端连接MOS管M8的漏极，运算放大器A1的反相输入端连接MOS管M9的漏极，运算放大器A1的输出端连接MOS管M9的栅极；
晶体管Q1的发射极连接运算放大器A1的同相输入端，晶体管Q1的基极接地，晶体管Q1的集电极接地。
4.根据权利要求1所述一种低耗电量自偏置基准电压源，其特征在于，共源共栅子带隙电路包括MOS管M13至M20，基准电压输出端口Vref；
MOS管M13的源极连接电源，MOS管M13的栅极连接MOS管M9的栅极，MOS管M13的漏极连接MOS管M14的源极；
MOS管M14的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M14的漏极连接MOS管M15的源极；
MOS管M15的源极连接MOS管M11的漏极，MOS管M15的栅极连接MOS管M15的漏极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极；
MOS管M16的栅极连接MOS管M14的漏极，MOS管M16的源极接地；
MOS管M17的源极连接MOS管M13的源极，MOS管M17的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M17的漏极连接MOS管M18的源极；
MOS管M18的源极连接基准电压输出端口Vref，MOS管M18的栅极连接MOS管M19的栅极，MOS管M18的漏极连接MOS管M19的源极；
MOS管M19的源极连接MOS管M14的源极，MOS管M19的栅极连接MOS管M19的漏极，MOS管M19的漏极连接MOS管M20的漏极；
MOS管M20的栅极连接MOS管M16的栅极，MOS管M20的源极接地。
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