CN112000171A - 一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路 - Google Patents

一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电路设计技术领域，公开了一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，包括参考电压发生模块和电流产生模块，所述电流产生模块配置成为参考电压发生模块提供与绝对温度成正比的电流；所述参考电压发生模块配置成产生供外部电路使用的参考电压；所述电压基准源电路配置成通过参考电压发生模块和电流产生模块产生对PVT变化不敏感的参考电压；本发明有效降低参考电压的温度系数及其对片上电阻和绝对电流值工艺变化的灵敏度，提高了亚阈值电流的电源噪声。

Description

一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路
技术领域
本发明涉及电路设计技术领域，具体涉及一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路。
背景技术
几乎在所有先进的电子产品中都可以找到电压基准源，它们可能是独立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如:在数据转换器中，基准源提供了一个绝对电压，与输入电压进行比较以确定适当的数字输出。在电压调节器中，基准源提供了一个已知的电压值，用它与输出作比较，得到一个用于调节输出电压的反馈。在电压检测器中，基准源被当作一个设置触发点的门限。理想的电压基准源应该具有完美的初始精度，并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。实际应用中，设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。
两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串连拓。
实现方式包括：
1、电阻分压:
只能作为放大器的偏置电压或提供放大器的工作电流。这主要是由于其自身没有稳压作用，故输出电压的稳定性完全依赖于电源电压的稳定性。
2、普通正向二极管
不依赖于电源电压的恒定基准电压，但其电压的稳定性并不高，且温度系数是负的，约为-2mV/℃。
3、齐纳二极管
可克服正向二极管作为基准电压的一些缺点，但其温度系数是正的，约为+2mV/℃。
4、温度补偿性齐纳二极管
体积小、重量轻、结构简单便于集成；但存在噪声大、负荷能力弱、稳定性差以及基准电压较高、可调性较差等缺点。这种基准电压源不适用于便携式和电池供电的场合。
5、带隙基准源(采用CMOS，TTL等技术实现)运用半导体集成电路技术制成的基准电压源种类较多，如深埋层稳压管集成基准源、双极型晶体管集成带隙基准源、CMOS集成带隙基准源等。"带隙基准源"是七十年代初出现的一种新型器件，它的问世使基准器件的指标得到了新的飞跃。由于带隙基准源具有高精度、低噪声、优点，因而广泛应用于电压调整器、数据转换器(A/D,D/A)、集成传感器、大器等，以及单独作为精密的电压基准件，低温漂等许多微功耗运算放。
传统的CMOS电压基准源结构仍然存在温度系数较高、电源抑制比较差或者线性调整率增加的问题，急需解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，包括参考电压发生模块和电流产生模块，
所述电流产生模块配置成为参考电压发生模块提供与绝对温度成正比的电流；
所述参考电压发生模块配置成产生供外部电路使用的参考电压；
所述电压基准源电路配置成通过参考电压发生模块和电流产生模块产生对PVT变化不敏感的参考电压。
优选地，所述电流产生模块包括启动电路、自偏置产生电路和电流核心电路；
所述自偏置产生电路用于为电流核心电路提供偏置电压；
所述电流核心电路用于产生与绝对温度成正比的电流。
优选地，所述启动电路包括NMOS管NM1、NM2，PMOS管PM1，其中NM2和PM1共漏极接入NM1的栅极，所述NM1、NM2的源极以及PM1的栅极均接入公共接地端，所述PM1源极接入直流正电源。
优选地，自偏置电路包括NMOS管NM3，PMOS管PM2，其中NM3与PM2共漏极并接入PM2的栅极，所述PM2源极接入直流正电源，NM3的源极接入公共接地端。
优选地，所述电流核心电路包括NMOS管NM4、NM5、NM6，PMOS管PM3、PM4、PM5、PM6、PM7、PM8，其中PM3、PM4、PM5共栅极且源极均接入直流正电源，所述PM6、PM7、PM8共栅极且源极分别与所述PM3、PM4、PM5的漏极一一对应相连，所述PM6与NM4共漏极且接入所述PM3的栅极，所述PM7漏极通过电阻R1与NM5的漏极以及NM6的栅极相连，所述NM5的栅极与PM7漏极相连，所述NM4、NM5、NM6源极接入公共接地端，所述NM4栅极与PM8以及NM6漏极相连。
优选地，所述参考电压发生模块包括NMOS管NM7，PMOS管PM9、PM10，所述PM9的源极接入直流正电源、漏极接入PM10的源极，所述PM10漏极通过电阻R2接入NM7的漏极和栅极、通过电阻R3与NM7的源极共同接入公共接地端，参考电压输出端接PM10漏极。
优选地，所述NM1的漏极接入PM3的栅极，所述NM2、NM3、NM4共栅极并接入PM8的漏极，所述PM2和PM6共栅极并接入PM10的栅极，所述PM5与PM9共栅极。
优选地，所述NM5和NM6工作在亚阈值区。
优选地，所述电流核心电路中的MOS管采用长沟道MOS管
优选地，所述参考电压发生模块中的NMOS管工作在亚阈值区，用于产生温度补偿设计所需的具有负温度系数的VGsn。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明中电流产生模块基于亚阈值工作特性，以低功耗方式为参考电压产生器提供了所需的具有高电源抑制比的PTAT电流，另外，参考电压产生电路也利用亚阈值区工作的NMOS管来产生温度补偿设计所需的具有负温度系数的VGsn，由此本发明最终得到的参考电压值，温度系数和电源抑制比对片上电阻值和绝对电流值工艺变化的灵敏度都有效减小。
关于本发明相对于现有技术，其他突出的实质性特点和显著的进步在实施例部分进一步详细介绍。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在说明书及权利要求书当中使用了某些名称来指称特定组件。应当理解，本领域普通技术人员可能会用不同名称来指称同一个组件。本申请说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的实质性差异作为区分组件的准则。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的“包含”或“包括”为一开放式用语，其应解释为“包含但不限定于”或“包括但不限定于”。具体实施方式部分所描述的实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。
此外，所属技术领域的技术人员知道，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为软硬件结合的形式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明的各个方面还可以实现为在一个或多个微控制器可读介质中的计算机程序产品的形式，该微控制器可读介质中包含微控制器可读的程序代码。
请参考图1：
实施例1
本实施例提供一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，包括参考电压发生模块和电流产生模块，
所述电流产生模块配置成为参考电压发生模块提供与绝对温度成正比的电流；
所述参考电压发生模块配置成产生供外部电路使用的参考电压；
所述电压基准源电路配置成通过参考电压发生模块和电流产生模块产生对PVT变化不敏感的参考电压。
本实施例中的电流产生模块包括启动电路、自偏置产生电路和电流核心电路；
所述自偏置产生电路用于为电流核心电路提供偏置电压；
所述电流核心电路用于产生与绝对温度成正比的电流。
本实施例中的启动电路包括NMOS管NM1、NM2，PMOS管PM1，其中NM2和PM1共漏极接入NM1的栅极，所述NM1、NM2的源极以及PM1的栅极均接入公共接地端，所述PM1源极接入直流正电源。
本实施例中的自偏置电路包括NMOS管NM3，PMOS管PM2，其中NM3与PM2共漏极并接入PM2的栅极，所述PM2源极接入直流正电源，NM3的源极接入公共接地端。
本实施例中的电流核心电路包括NMOS管NM4、NM5、NM6，PMOS管PM3、PM4、PM5、PM6、PM7、PM8，其中PM3、PM4、PM5共栅极且源极均接入直流正电源，所述PM6、PM7、PM8共栅极且源极分别与所述PM3、PM4、PM5的漏极一一对应相连，所述PM6与NM4共漏极且接入所述PM3的栅极，所述PM7漏极通过电阻R1与NM5的漏极以及NM6的栅极相连，所述NM5的栅极与PM7漏极相连，所述NM4、NM5、NM6源极接入公共接地端，所述NM4栅极与PM8以及NM6漏极相连。
本实施例中的参考电压发生模块包括NMOS管NM7，PMOS管PM9、PM10，所述PM9的源极接入直流正电源、漏极接入PM10的源极，所述PM10漏极通过电阻R2接入NM7的漏极和栅极、通过电阻R3与NM7的源极共同接入公共接地端，参考电压输出端接PM10漏极。
本实施例中的NM1的漏极接入PM3的栅极，所述NM2、NM3、NM4共栅极并接入PM8的漏极，所述PM2和PM6共栅极并接入PM10的栅极，所述PM5与PM9共栅极。
本实施例中的NM5和NM6工作在亚阈值区。
本实施例中的电流核心电路中的MOS管采用长沟道MOS管。
本实施例中的参考电压发生模块中的NMOS管工作在亚阈值区，用于产生温度补偿设计所需的具有负温度系数的VGsn。
本发明的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路有效降低参考电压的温度系数及其对片上电阻和绝对电流值工艺变化的灵敏度，提高了亚阈值电流的电源噪声。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，包括参考电压发生模块和电流产生模块，
所述电流产生模块配置成为参考电压发生模块提供与绝对温度成正比的电流；
所述参考电压发生模块配置成产生供外部电路使用的参考电压；
所述电压基准源电路配置成通过参考电压发生模块和电流产生模块产生对PVT变化不敏感的参考电压。
2.根据权利要求1所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述电流产生模块包括启动电路、自偏置产生电路和电流核心电路；
所述自偏置产生电路用于为电流核心电路提供偏置电压；
所述电流核心电路用于产生与绝对温度成正比的电流。
3.根据权利要求2所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述启动电路包括NMOS管NM1、NM2，PMOS管PM1，其中NM2和PM1共漏极接入NM1的栅极，所述NM1、NM2的源极以及PM1的栅极均接入公共接地端，所述PM1源极接入直流正电源。
4.根据权利要求2所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，自偏置电路包括NMOS管NM3，PMOS管PM2，其中NM3与PM2共漏极并接入PM2的栅极，所述PM2源极接入直流正电源，NM3的源极接入公共接地端。
5.根据权利要求2所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述电流核心电路包括NMOS管NM4、NM5、NM6，PMOS管PM3、PM4、PM5、PM6、PM7、PM8，其中PM3、PM4、PM5共栅极且源极均接入直流正电源，所述PM6、PM7、PM8共栅极且源极分别与所述PM3、PM4、PM5的漏极一一对应相连，所述PM6与NM4共漏极且接入所述PM3的栅极，所述PM7漏极通过电阻R1与NM5的漏极以及NM6的栅极相连，所述NM5的栅极与PM7漏极相连，所述NM4、NM5、NM6源极接入公共接地端，所述NM4栅极与PM8以及NM6漏极相连。
6.根据权利要求1所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述参考电压发生模块包括NMOS管NM7，PMOS管PM9、PM10，所述PM9的源极接入直流正电源、漏极接入PM10的源极，所述PM10漏极通过电阻R2接入NM7的漏极和栅极、通过电阻R3与NM7的源极共同接入公共接地端，参考电压输出端接PM10漏极。
7.根据权利要求6所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述NM1的漏极接入PM3的栅极，所述NM2、NM3、NM4共栅极并接入PM8的漏极，所述PM2和PM6共栅极并接入PM10的栅极，所述PM5与PM9共栅极。
8.根据权利要求7所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述NM5和NM6工作在亚阈值区。
9.根据权利要求6所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述电流核心电路中的MOS管采用长沟道MOS管。
10.根据权利要求6所述的一种应用于低功耗超声气体流量计的电压基准源电路，其特征在于，所述参考电压发生模块中的NMOS管工作在亚阈值区，用于产生温度补偿设计所需的具有负温度系数的VGsn。
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