CN1196265C - 参考电压电路 - Google Patents

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Abstract

在半导体集成电路中提供一种即使在低电源电压下也稳定工作的高精度参考电压。采用一种电路结构，在此结构中，即使在低电源电压下也可以获得稳定的参考电压。

Description

参考电压电路
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路的参考电压电路。
背景技术
图3中所示的电路是作为常规参考电压电路所知的。也就是说，电路包括：其源和栅接地的n-沟道耗尽型MOS晶体管170的恒流电路，由p-沟道增强型MOS晶体管150和151形成的、用于产生并输出源自从晶体管170输入的电流的镜像电流的电流镜像电路，其栅和漏彼此连接、用于从电流镜像电路的输出电流产生参考电压Vref的n-沟道增强型MOS晶体管160。
在晶体管150和151尺寸相同的情况下，晶体管170的漏电流ID(170)等于晶体管160的漏电流ID(160)，晶体管160的栅-源电压VGS(160)成为参考电压Vref。
为了使参考电压Vref成为预定电压，所有的晶体管必须在饱和的状态工作。当晶体管170在饱和状态工作的最小漏-源电压为VDSAT(170)、晶体管150的漏-源电压为VDS(150)时，参考电压Vref成为预定电压的最小电源电压Vdd(min)通过下述等式获得：
Vdd(min)＝VDSAT(170)+VDS(150)    (1)
当晶体管170的阈值为Vt(170)时，n-沟道耗尽型MOS晶体管170在饱和状态工作的最小漏-源电压VDSAT(170)通过下述等式获得：
VDSAT(170)＝Vt(170)              (2)
通常，由于Vt(170)约为-0.4V、VDS(150)约为1.0V，因此由等式(1)，Vdd(min)通过下述等式获得：
Vdd(min)＝-0.4V+1.0V＝1.4V       (3)
在图3中显示的常规参考电压电路中，所存在的问题在于：在低电源电压的情况下，电路工作变得不稳定并且不能产生预定参考电压Vref。
如果尝试即使在低电源电压的情况下也获得预定的参考电压Vref，则必须提高n-沟道耗尽型MOS晶体管的阈值(使绝对值接近0)或提高p-沟道增强型MOS晶体管的阈值(使绝对值接近0)，但是，如果这样做的话，就不能在高温或者低温下工作。
发明内容
鉴于上述原因完成了本发明，因此本发明的目的是通过改变电路结构而能够在低电源电压下工作。
为了解决此问题，根据本发明，提供了一种参考电压电路，包括：其源极和栅极接地的第一导电型第一耗尽型MOS晶体管的第一恒流电路；用于输出一个参考电压的第一导电型第一增强型MOS晶体管，其栅极与上述第一导电型第一耗尽型MOS晶体管的漏极连接；第一导电型第二增强型MOS晶体管，其栅极与上述第一导电型第一增强型MOS晶体管的输出连接；第二导电型第一增强型MOS晶体管，其中该第二导电型第一增强型MOS晶体管的漏极和栅极与上述第一导电型第二增强型MOS晶体管的漏极连接；第二导电型第二增强型MOS晶体管，其栅极与上述第二导电型第一增强型MOS晶体管的栅极连接；以及第二导电型第三增强型MOS晶体管，其栅极与上述第二导电型第一增强型MOS晶体管的栅极连接；其中，第二导电型第二增强型MOS晶体管的漏极与上述第一导电型第一增强型MOS晶体管的漏极连接，并且第二导电型第三增强型MOS晶体管的漏极与上述第一导电型第一耗尽型MOS晶体管的漏极连接。
所述参考电压电路可以进一步包括：其源极和栅极接地的第一导电型第二耗尽型MOS晶体管的第二恒流电路；第二导电型第四增强型MOS晶体管，其栅极与上述第一导电型第二耗尽型MOS晶体管的漏极连接；以及第二导电型第五增强型MOS晶体管，其漏极与上述第一导电型第二耗尽型MOS晶体管的漏极连接；其中，第二导电型第四增强型MOS晶体管的漏极与上述第一导电型第一增强型MOS晶体管的输出端连接，并且第二导电型第五增强型MOS晶体管的栅极与上述第二导电型第一增强型MOS晶体管的栅极连接。
本发明设计的电路结构即使在低于常规电压的电源电压下工作也可以获得预定的参考电压Vref。
通过采用上述电路结构，可以在半导体集成电路中提供高精度参考电压发生器，即使在低电源电压的条件下该电路也可以稳定工作。
本发明提供的电路结构中，即使电源电压低于常规的电源电压也可以获得预定的参考电压Vref。
附图说明
图1是本发明第一实施例的参考电压电路的电路图；
图2是本发明第二实施例的参考电压电路的电路图；
图3是常规参考电压电路的电路图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述本发明的实施例。
图1显示本发明第一实施例的参考电压电路。电路包括：其源和栅接地的n-沟道耗尽型MOS晶体管120的恒流电路，用于输出参考电压Vref的n-沟道增强型MOS晶体管110的接地源放大电路，具有参考电压Vref连接到其上的栅的n-沟道增强型MOS晶体管111，由用于产生和输出源自从晶体管111输入的电流的镜像电流的p-沟道增强型MOS晶体管100、101和102构成的电流镜像电路。
晶体管100的漏电流ID(100)等于恒流晶体管120的漏电流ID(120)。在晶体管100和102的尺寸彼此相等的情况下，由于晶体管100和102形成电流镜像电路，晶体管100的漏电流ID(100)变为等于晶体管102的漏电流(102)。另外，由于晶体管111的漏电流ID(111)变为等于晶体管102的漏电流ID(102)，最后，漏电流ID(120)变为等于漏电流ID(111)。因此，与图3所示的常规电路相似，晶体管111的栅-源电压VGS(111)变为参考电压Vref。
为了使参考电压Vref变为预定电压，所有的晶体管必须在饱和状态下工作。当晶体管120在饱和状态下工作的最小源-漏电压为VDSAT(120)、晶体管110的阈值为Vt(110)时，为了使晶体管120在饱和状态下工作，仅需满足下述关系：
VDSAT(120)＜Vt(110)        (4)
当晶体管120的阈值为Vt(120)，n-沟道耗尽型MOS晶体管120在饱和状态下工作的最小漏-源电压VDAST(120)通过下述等式获得：
VDSAT(120)＝Vt(120)         (5)
因此，从等式(4)和(5)，为了使晶体管120在饱和状态下工作，仅需满足下述等式：
Vt(120)＜Vt(110)            (6)
通常，Vt(120)设置在约-0.4V，Vt(110)设置在约0.6V。
当晶体管100在饱和状态下工作的最小漏-源电压为VDSAT(100)、晶体管110的栅-源电压为VGS(110)时，参考电压Vref变为预定电压的最小电源电压Vdd(min)通过下述等式获得：
Vdd(min)＝VDSAT(100)+VGS(110)      (7)
通常，由于等式VDSAT(100)＝0.2V以及VGS(110)＝Vt(110)+0.4V＝0.6V+0.4V＝1.0V是粗略的确定，由等式(7)，通过下述等式获得Vdd(min)：
Vdd(min)＝0.2V+1.0V＝1.2V，
应理解，电路在低于常规电路的电源电压的电源电压下工作。
在图1所示的第一实施例中，在电源电压非常缓慢地增加的情况下，存在参考电压Vref不输出的情况。为了避免这种缺陷，在第二实施例的参考电压电路中，添加了图2中所示的起动电路。
图2中所示的电路由图1中所解释的并通过此处的参考标记200标明的参考电压电路和起动电路201构成。起动电路201包括其源和漏接地的n-沟道耗尽型MOS晶体管121的恒流电路、以及p-沟道增强型MOS晶体管103和104。晶体管103和晶体管102形成电流镜像电路。
由于在电源起动之后晶体管111立即处于OFF状态，因此晶体管102的漏电流ID(102)是0。由于晶体管103和晶体管102形成电流镜像电路，晶体管103的漏电流ID(103)也是0。
另一方面，由于晶体管121是恒流电路，晶体管104的栅电压变为0。因此，晶体管104变得导电以增加晶体管111的栅电压，晶体管111导通，参考电压电路200开始工作，并且输出参考电压Vref。
在晶体管102和103是相同尺寸的情况下，由于晶体管111的漏电流通过由晶体管102和103构成的电流镜像电路变得与晶体管103的漏电流相等，当晶体管111完全导通时，也增加了晶体管103的漏电流。当晶体管103的漏电流超过恒流电路的晶体管121的漏电流时，晶体管104的栅电压变为等于电源电压Vdd，晶体管104截止，起动电路201与参考电压电路200断开。
如上所述，即使在电源电压缓慢增加的情况下，也可以确定地获得参考电压Vref。
本发明的参考电压电路可以在半导体集成电路中产生高精度的参考电压，即使在低电源电压的情况下此电压也可以稳定工作。

Claims (2)

1.一种参考电压电路，包括：
其源极和栅极接地的第一导电型第一耗尽型MOS晶体管的第一恒流电路；
用于输出一个参考电压的第一导电型第一增强型MOS晶体管，其栅极与上述第一导电型第一耗尽型MOS晶体管的漏极连接；
第一导电型第二增强型MOS晶体管，其栅极与上述第一导电型第一增强型MOS晶体管的输出连接；
第二导电型第一增强型MOS晶体管，其中该第二导电型第一增强型MOS晶体管的漏极和栅极与上述第一导电型第二增强型MOS晶体管的漏极连接；
第二导电型第二增强型MOS晶体管，其栅极与上述第二导电型第一增强型MOS晶体管的栅极连接；以及
第二导电型第三增强型MOS晶体管，其栅极与上述第二导电型第一增强型MOS晶体管的栅极连接，
其中，第二导电型第二增强型MOS晶体管的漏极与上述第一导电型第一增强型MOS晶体管的漏极连接，并且第二导电型第三增强型MOS晶体管的漏极与上述第一导电型第一耗尽型MOS晶体管的漏极连接。
2.根据权利要求1的参考电压电路，进一步包括：
其源极和栅极接地的第一导电型第二耗尽型MOS晶体管的第二恒流电路；
第二导电型第四增强型MOS晶体管，其栅极与上述第一导电型第二耗尽型MOS晶体管的漏极连接；以及
第二导电型第五增强型MOS晶体管，其漏极与上述第一导电型第二耗尽型MOS晶体管的漏极连接，
其中，第二导电型第四增强型MOS晶体管的漏极与上述第一导电型第一增强型MOS晶体管的输出端连接，并且第二导电型第五增强型MOS晶体管的栅极与上述第二导电型第一增强型MOS晶体管的栅极连接。
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