CN111625046B - 一种可参数修调的低温度系数基准电压源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可参数修调的低温度系数基准电压源，包括PTAT修正电路和CTAT修正电路；本发明通过对系统输出的基准电压进行PTAT特性修正及CTAT特性修正，实现了全MOS基准电压源在极低的供电电压下正常工作，并具有较为理想的低温度系数；本发明电路中设置了三个修调参数输入端口；在电路工作过程中，修调参数分三路同步串行输入到电路系统中，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对基准电压源精度的影响。
Description
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，一种可参数修调的低温度系数基准电压源的设计。
背景技术
全MOS基准电压源可在极低的供电电压下工作。但由于核心电路的MOS管工作于亚阈值区，极低功耗全MOS基准电压源对温度的变化更加敏感。通过使用跨导放大器及串行微调电阻，可使全MOS基准电压源的温度系数明显改善，但其功耗又随之增大。因此，全MOS基准电压源对于低功耗和低温度系数很难两者兼顾。并且，芯片生产工艺偏差及电磁干扰对基准电压源的输出精度影响很大。本发明针对以上问题，提出了一种可参数修调的低温度系数基准电压源。通过对输出基准电压进行两次温度特性修正和参数修调，实现了全MOS基准电压源在极低供电电压下具有较低的温度系数及较高的精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种可参数修调的低温度系数基准电压源。
本发明的技术方案如下：
一种可参数修调的低温度系数基准电压源包括PTAT修正电路和CTAT修正电路。MOS管M12与M6的栅极电压差原本具有CTAT特性。PTAT修正电路对MOS管M12与M6的栅极电压差进行PTAT特性修正。经过PTAT修正，MOS管M25与M11的栅极电压差具有较弱的PTAT特性。CTAT修正电路对MOS管M25与M11的栅极电压差进行CTAT特性修正。经过CTAT修正后，MOS管M25与M11的栅极电压差不受外界温度变化的影响。基准电压源电路通过VREF端口将MOS管M25与M11的栅极电压差作为基准电压输出。端口COR1、COR2和COR3为修调参数输入端口。修调参数通过大量仿真实验及样机测试获得，分三路通过端口COR1、COR2和COR3同步串行输入系统，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对基准电压源精度的影响。
一种可参数修调的低温度系数基准电压源中，PTAT修正电路用于对输出的基准电压进行PTAT修正。PTAT修正电路包括MOS管M1至M14，端口COR1。MOS管M13的宽长比为5µm:9µm，MOS管M14的宽长比为7µm:23µm。MOS管M13的栅极与M14的栅极连接，并与MOS管M12的基体端连接。MOS管M13及M14利用MOS管M12基体端的漏电流驱动工作。基于MOS管M12、M13与M14的相关连接结构，以及MOS管M13及M14的宽长比设置，MOS管M12的源极到基体间电压值及温度特性被改变。基于PTAT修正电路结构，MOS管M12与M6的栅极电压差中引入了PTAT温度系数项，对MOS管M12与M6的栅极电压差的CTAT特性进行PTAT特性修正。端口COR1与MOS管M8的栅极连接，第一分路修调参数通过MOS管M8的栅极串行输入，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对MOS管M12与M6的栅极电压差的影响。
PTAT修正电路中，MOS管M1的漏极连接MOS管M15的栅极，MOS管M1的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M1的源极接地。MOS管M2的源极连接电源VDD，MOS管M2的栅极连接MOS管M2的漏极，MOS管M2的漏极连接MOS管M3的源极。MOS管M3的源极连接MOS管M2的栅极，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极，MOS管M3的漏极连接MOS管M4的漏极。MOS管M4的漏极连接MOS管M1的栅极，MOS管M4的栅极连接MOS管M25的栅极，MOS管M4的源极接地。MOS管M5的源极连接电源VDD，MOS管M5的栅极连接MOS管M10的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M6的漏极。MOS管M6的漏极连接MOS管M6的栅极，MOS管M6的栅极连接MOS管M7的栅极，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极。MOS管M7的漏极连接MOS管M8的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M6的漏极，MOS管M7的源极接地。MOS管M8的源极连接MOS管M6的源极，MOS管M8的栅极连接端口COR1，MOS管M8的漏极连接MOS管M9的漏极。MOS管M9的漏极连接MOS管M8的漏极，MOS管M9的栅极连接MOS管M9的源极，MOS管M9的源极连接MOS管M13的漏极。MOS管M10的源极连接电源VDD，MOS管M10的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M10的漏极连接MOS管M11的漏极。MOS管M11的漏极连接MOS管M10的漏极，MOS管M11的栅极连接MOS管M11的漏极，MOS管M11的源极连接MOS管M12的漏极。MOS管M12的漏极连接MOS管M25的源极，MOS管M12的栅极连接MOS管M11的栅极，MOS管M12的源极连接MOS管M13的源极。MOS管M13的源极连接MOS管M7的漏极，MOS管M13的栅极连接MOS管M12的基体端，MOS管M13的漏极连接MOS管M14的源极。MOS管M14的源极连接MOS管M13的栅极，MOS管M14的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M14的漏极接地。
一种可参数修调的低温度系数基准电压源中，CTAT修正电路用于对输出的基准电压进行CTAT修正。CTAT修正电路包括MOS管M15至M27，端口COR2，端口COR3，端口VREF。MOS管M26的宽长比为6µm:17µm，MOS管M27的宽长比为5µm:8µm。MOS管M26的栅极与M27的栅极连接，并与MOS管M25的基体端连接。MOS管M26及M27利用MOS管M25基体端的漏电流驱动工作。基于MOS管M25、M26与M27的相关连接结构，以及MOS管M26及M27的宽长比设置，MOS管M25的源极到基体间电压值及温度特性被改变。基于CTAT修正电路结构，以及MOS管M11、M12和M25的相关连接结构，MOS管M25与M11的栅极电压差中引入了CTAT温度系数项，对MOS管M25与M11的栅极电压差的弱PTAT特性进行CTAT特性修正。CTAT特性修正后，MOS管M25与M11的栅极电压差不受外界温度变化的影响。MOS管M25与M11的栅极电压差作为基准电压通过端口VREF输出。端口COR2与MOS管M20的栅极连接，端口COR3与MOS管M22的栅极连接，第二分路修调参数通过MOS管M20的栅极串行输入，第三分路修调参数通过MOS管M22的栅极串行输入，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对输出基准电压的影响。
CTAT修正电路中，MOS管M15的源极连接电源VDD，MOS管M15的栅极连接MOS管M17的栅极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极。MOS管M16的漏极连接MOS管M16的栅极，MOS管M16的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M16的源极接地。MOS管M17的源极连接电源VDD，MOS管M17的栅极连接MOS管M1的漏极，MOS管M17漏极连接MOS管MOS管M15的栅极。MOS管M18漏极连接MOS管M17的漏极，MOS管M18的栅极连接MOS管M21的栅极，MOS管M18的源极连接MOS管M19的漏极。MOS管M19的漏极连接MOS管M21的源极，MOS管M19的栅极连接MOS管M25的栅极，MOS管M19的源极接地。MOS管M20的源极连接MOS管M24的栅极，MOS管M20的栅极连接端口COR2，MOS管M20的漏极连接MOS管M21的漏极。MOS管M21的漏极连接MOS管M20的漏极，MOS管M21的栅极连接MOS管M16的栅极，MOS管M21的源极连接MOS管M18的源极。MOS管M22的漏极连接MOS管M26的漏极，MOS管M22的栅极连接端口COR3，MOS管M22的源极连接MOS管M23的源极。MOS管M23的源极连接MOS管M22的源极，MOS管M23的栅极连接MOS管M22的漏极，MOS管M23的漏极接地。MOS管M24的源极连接电源VDD，MOS管M24的栅极连接MOS管M17的栅极，MOS管M24的漏极连接MOS管M25的漏极。MOS管M25的漏极连接MOS管M25的栅极，MOS管M25的栅极连接端口VREF，MOS管M25的源极连接MOS管M26的源极，MOS管M25的基体端连接MOS管M26的栅极。MOS管M26的源极连接MOS管M11的源极，MOS管M26的栅极连接MOS管M27的栅极，MOS管M26的漏极连接MOS管M27的源极。MOS管M27的源极连接MOS管M22的漏极，MOS管M27的栅极连接MOS管M26的漏极，MOS管M27漏极接地。
本发明提供了一种可参数修调的低温度系数基准电压源，通过对系统输出的基准电压进行PTAT特性修正及CTAT特性修正，实现了全MOS基准电压源在极低的供电电压下正常工作，并具有较为理想的低温度系数。本发明电路中设置了三个修调参数输入端口。在电路工作过程中，修调参数分三路同步串行输入到电路系统中，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对基准电压源精度的影响。
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，本发明包括包括PTAT修正电路和CTAT修正电路。MOS管M12与M6的栅极电压差原本具有CTAT特性。PTAT修正电路对MOS管M12与M6的栅极电压差进行PTAT特性修正。经过PTAT修正，MOS管M25与M11的栅极电压差具有较弱的PTAT特性。CTAT修正电路对MOS管M25与M11的栅极电压差进行CTAT特性修正。经过CTAT修正后，MOS管M25与M11的栅极电压差不受外界温度变化的影响。基准电压源电路通过VREF端口将MOS管M25与M11的栅极电压差作为基准电压输出。端口COR1、COR2和COR3为修调参数输入端口。修调参数通过大量仿真实验及样机测试获得，分三路通过端口COR1、COR2和COR3同步串行输入系统，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对基准电压源精度的影响。
如图1所示，PTAT修正电路包括MOS管M1至M14，端口COR1。MOS管M13的宽长比为5µm:9µm，MOS管M14的宽长比为7µm:23µm。MOS管M13的栅极与M14的栅极连接，并与MOS管M12的基体端连接。MOS管M13及M14利用MOS管M12基体端的漏电流驱动工作。基于MOS管M12、M13与M14的相关连接结构，以及MOS管M13及M14的宽长比设置，MOS管M12的源极到基体间电压值及温度特性被改变。基于PTAT修正电路结构，MOS管M12与M6的栅极电压差中引入了PTAT温度系数项，对MOS管M12与M6的栅极电压差的CTAT特性进行PTAT特性修正。端口COR1与MOS管M8的栅极连接，第一分路修调参数通过MOS管M8的栅极串行输入，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对MOS管M12与M6的栅极电压差的影响。
如图1所示，MOS管M1的漏极连接MOS管M15的栅极，MOS管M1的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M1的源极接地。MOS管M2的源极连接电源VDD，MOS管M2的栅极连接MOS管M2的漏极，MOS管M2的漏极连接MOS管M3的源极。MOS管M3的源极连接MOS管M2的栅极，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极，MOS管M3的漏极连接MOS管M4的漏极。MOS管M4的漏极连接MOS管M1的栅极，MOS管M4的栅极连接MOS管M25的栅极，MOS管M4的源极接地。MOS管M5的源极连接电源VDD，MOS管M5的栅极连接MOS管M10的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M6的漏极。MOS管M6的漏极连接MOS管M6的栅极，MOS管M6的栅极连接MOS管M7的栅极，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极。MOS管M7的漏极连接MOS管M8的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M6的漏极，MOS管M7的源极接地。MOS管M8的源极连接MOS管M6的源极，MOS管M8的栅极连接端口COR1，MOS管M8的漏极连接MOS管M9的漏极。MOS管M9的漏极连接MOS管M8的漏极，MOS管M9的栅极连接MOS管M9的源极，MOS管M9的源极连接MOS管M13的漏极。MOS管M10的源极连接电源VDD，MOS管M10的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M10的漏极连接MOS管M11的漏极。MOS管M11的漏极连接MOS管M10的漏极，MOS管M11的栅极连接MOS管M11的漏极，MOS管M11的源极连接MOS管M12的漏极。MOS管M12的漏极连接MOS管M25的源极，MOS管M12的栅极连接MOS管M11的栅极，MOS管M12的源极连接MOS管M13的源极。MOS管M13的源极连接MOS管M7的漏极，MOS管M13的栅极连接MOS管M12的基体端，MOS管M13的漏极连接MOS管M14的源极。MOS管M14的源极连接MOS管M13的栅极，MOS管M14的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M14的漏极接地。
如图1所示，CTAT修正电路包括MOS管M15至M27，端口COR2，端口COR3，端口VREF。MOS管M26的宽长比为6µm:17µm，MOS管M27的宽长比为5µm:8µm。MOS管M26的栅极与M27的栅极连接，并与MOS管M25的基体端连接。MOS管M26及M27利用MOS管M25基体端的漏电流驱动工作。基于MOS管M25、M26与M27的相关连接结构，以及MOS管M26及M27的宽长比设置，MOS管M25的源极到基体间电压值及温度特性被改变。基于CTAT修正电路结构，以及MOS管M11、M12和M25的相关连接结构，MOS管M25与M11的栅极电压差中引入了CTAT温度系数项，对MOS管M25与M11的栅极电压差的弱PTAT特性进行CTAT特性修正。CTAT特性修正后，MOS管M25与M11的栅极电压差不受外界温度变化的影响。MOS管M25与M11的栅极电压差作为基准电压通过端口VREF输出。端口COR2与MOS管M20的栅极连接，端口COR3与MOS管M22的栅极连接，第二分路修调参数通过MOS管M20的栅极串行输入，第三分路修调参数通过MOS管M22的栅极串行输入，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对输出基准电压的影响。
如图1所示，MOS管M15的源极连接电源VDD，MOS管M15的栅极连接MOS管M17的栅极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极。MOS管M16的漏极连接MOS管M16的栅极，MOS管M16的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M16的源极接地。MOS管M17的源极连接电源VDD，MOS管M17的栅极连接MOS管M1的漏极，MOS管M17漏极连接MOS管MOS管M15的栅极。MOS管M18漏极连接MOS管M17的漏极，MOS管M18的栅极连接MOS管M21的栅极，MOS管M18的源极连接MOS管M19的漏极。MOS管M19的漏极连接MOS管M21的源极，MOS管M19的栅极连接MOS管M25的栅极，MOS管M19的源极接地。MOS管M20的源极连接MOS管M24的栅极，MOS管M20的栅极连接端口COR2，MOS管M20的漏极连接MOS管M21的漏极。MOS管M21的漏极连接MOS管M20的漏极，MOS管M21的栅极连接MOS管M16的栅极，MOS管M21的源极连接MOS管M18的源极。MOS管M22的漏极连接MOS管M26的漏极，MOS管M22的栅极连接端口COR3，MOS管M22的源极连接MOS管M23的源极。MOS管M23的源极连接MOS管M22的源极，MOS管M23的栅极连接MOS管M22的漏极，MOS管M23的漏极接地。MOS管M24的源极连接电源VDD，MOS管M24的栅极连接MOS管M17的栅极，MOS管M24的漏极连接MOS管M25的漏极。MOS管M25的漏极连接MOS管M25的栅极，MOS管M25的栅极连接端口VREF，MOS管M25的源极连接MOS管M26的源极，MOS管M25的基体端连接MOS管M26的栅极。MOS管M26的源极连接MOS管M11的源极，MOS管M26的栅极连接MOS管M27的栅极，MOS管M26的漏极连接MOS管M27的源极。MOS管M27的源极连接MOS管M22的漏极，MOS管M27的栅极连接MOS管M26的漏极，MOS管M27漏极接地。
一种可参数修调的低温度系数基准电压源中，电源VDD为0.9V，输出基准电压为0.57V，系统功耗为4.5nW，温度系数为16ppm/℃，电源抑制比为-68dB，电路基于40nm生产工艺制造，芯片占用面积为10.6nm2，线性调整率为0.25%/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 (1)
1.一种可参数修调的低温度系数基准电压源，其特征在于，其包括PTAT修正电路和CTAT修正电路；
PTAT修正电路对输出的基准电压进行PTAT特性修正；
CTAT修正电路对输出的基准电压进行CTAT特性修正；
基准电压通过端口VREF输出；
修调参数分三路通过端口COR1、COR2和COR3同步串行输入系统，以消除生产工艺偏差及电磁干扰对基准电压源精度的影响；
PTAT修正电路包括MOS管M1至M14，端口COR1；
CTAT修正电路包括MOS管M15至M27，端口COR2，端口COR3，端口VREF；
MOS管M1的漏极连接MOS管M15的栅极，MOS管M1的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M1的源极接地；MOS管M2的源极连接电源VDD，MOS管M2的栅极连接MOS管M2的漏极，MOS管M2的漏极连接MOS管M3的源极；MOS管M3的源极连接MOS管M2的栅极，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极，MOS管M3的漏极连接MOS管M4的漏极；MOS管M4的漏极连接MOS管M1的栅极，MOS管M4的栅极连接MOS管M25的栅极，MOS管M4的源极接地；MOS管M5的源极连接电源VDD，MOS管M5的栅极连接MOS管M10的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M6的漏极；MOS管M6的漏极连接MOS管M6的栅极，MOS管M6的栅极连接MOS管M7的栅极，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极；MOS管M7的漏极连接MOS管M8的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M6的漏极，MOS管M7的源极接地；MOS管M8的源极连接MOS管M6的源极，MOS管M8的栅极连接端口COR1，MOS管M8的漏极连接MOS管M9的漏极；MOS管M9的漏极连接MOS管M8的漏极，MOS管M9的栅极连接MOS管M9的源极，MOS管M9的源极连接MOS管M13的漏极；MOS管M10的源极连接电源VDD，MOS管M10的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M10的漏极连接MOS管M11的漏极；MOS管M11的漏极连接MOS管M10的漏极，MOS管M11的栅极连接MOS管M11的漏极，MOS管M11的源极连接MOS管M12的漏极；MOS管M12的漏极连接MOS管M25的源极，MOS管M12的栅极连接MOS管M11的栅极，MOS管M12的源极连接MOS管M13的源极；MOS管M13的源极连接MOS管M7的漏极，MOS管M13的栅极连接MOS管M12的基体端，MOS管M13的漏极连接MOS管M14的源极；MOS管M14的源极连接MOS管M13的栅极，MOS管M14的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M14的漏极接地；
MOS管M15的源极连接电源VDD，MOS管M15的栅极连接MOS管M17的栅极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极；MOS管M16的漏极连接MOS管M16的栅极，MOS管M16的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M16的源极接地；MOS管M17的源极连接电源VDD，MOS管M17的栅极连接MOS管M1的漏极，MOS管M17漏极连接MOS管MOS管M15的栅极；MOS管M18漏极连接MOS管M17的漏极，MOS管M18的栅极连接MOS管M21的栅极，MOS管M18的源极连接MOS管M19的漏极；MOS管M19的漏极连接MOS管M21的源极，MOS管M19的栅极连接MOS管M25的栅极，MOS管M19的源极接地；MOS管M20的源极连接MOS管M24的栅极，MOS管M20的栅极连接端口COR2，MOS管M20的漏极连接MOS管M21的漏极；MOS管M21的漏极连接MOS管M20的漏极，MOS管M21的栅极连接MOS管M16的栅极，MOS管M21的源极连接MOS管M18的源极；MOS管M22的漏极连接MOS管M26的漏极，MOS管M22的栅极连接端口COR3，MOS管M22的源极连接MOS管M23的源极；MOS管M23的源极连接MOS管M22的源极，MOS管M23的栅极连接MOS管M22的漏极，MOS管M23的漏极接地；MOS管M24的源极连接电源VDD，MOS管M24的栅极连接MOS管M17的栅极，MOS管M24的漏极连接MOS管M25的漏极；MOS管M25的漏极连接MOS管M25的栅极，MOS管M25的栅极连接端口VREF，MOS管M25的源极连接MOS管M26的源极，MOS管M25的基体端连接MOS管M26的栅极；MOS管M26的源极连接MOS管M11的源极，MOS管M26的栅极连接MOS管M27的栅极，MOS管M26的漏极连接MOS管M27的源极；MOS管M27的源极连接MOS管M22的漏极，MOS管M27的栅极连接MOS管M26的漏极，MOS管M27漏极接地。
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