CN202331252U - 阈值电压产生电路 - Google Patents

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CN202331252U CN2011205009447U CN201120500944U CN202331252U CN 202331252 U CN202331252 U CN 202331252U CN 2011205009447 U CN2011205009447 U CN 2011205009447U CN 201120500944 U CN201120500944 U CN 201120500944U CN 202331252 U CN202331252 U CN 202331252U
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范方平
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Abstract

一种阈值电压产生电路，所述阈值电压产生电路包括一第一开关元件、一与所述第一开关元件相连的第二开关元件、一与所述第二开关元件相连的第三开关元件、一与所述第三开关元件相连的电流源、一与所述电流源相连的电源端、一与所述第一开关元件相连的接地端及一与所述第一开关元件及所述第二开关元件相连用于输出一阈值电压的输出端，所述第一开关元件的宽长比与所述第三开关元件的宽长比相等，且均为所述第二开关元件的宽长比的三倍。本实用新型可以产生一精确的阈值电压，结构简单且易于实现。

Description

阈值电压产生电路
技术领域
本实用新型涉及一种电压产生电路，尤指一种能够产生阈值电压的阈值电压产生电路。
背景技术
通常将传输特性曲线中输出电压随输入电压改变而急剧变化转折区的终点对应的输入电压称为阈值电压，也称为开启电压。
阈值电压通常会跟随工艺和温度的变化而改变，在现有技术中，往往通过查找数据库来得到阈值电压，过程很复杂，且花费时间较长，效率很低。因此，有必要提供一种结构简单、且能够直接产生比较精确的阈值电压的阈值电压产生电路。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种能够产生阈值电压的阈值电压产生电路。
一种阈值电压产生电路，所述阈值电压产生电路包括一第一开关元件、一与所述第一开关元件相连的第二开关元件、一与所述第二开关元件相连的第三开关元件、一与所述第三开关元件相连的电流源、一与所述电流源相连的电源端、一与所述第一开关元件相连的接地端及一与所述第一开关元件及所述第二开关元件相连用于输出一阈值电压的输出端，所述第一开关元件的宽长比与所述第三开关元件的宽长比相等，且均为所述第二开关元件的宽长比的三倍。
优选地，所述第一开关元件为一第一场效应管，所述第二开关元件为一第二场效应管，所述第三开关元件为一第三场效应管，所述第一场效应管、所述第二场效应管及所述第三场效应管均为N型场效应管。
优选地，所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极及所述第三场效应管的源级相连。
优选地，所述第一场效应管的源级与所述接地端相连。
优选地，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源级共同连接所述输出端。
优选地，所述第二场效应管的栅极、所述第三场效应管的栅极与漏极共同连接所述电流源的一端，所述电流源的另一端与所述电源端相连。
相对现有技术，本实用新型阈值电压产生电路可以跟随工艺和温度的变化产生一比较精确的场效应管的阈值电压，且电路结构简单，只需采用三个场效应管及一个电流源便可实现阈值电压的输出，不存在任何的镜像误差，易于实现。
附图说明
图1为本实用新型阈值电压产生电路较佳实施方式的系统架构图。
具体实施方式
请参阅图1，本实用新型阈值电压产生电路较佳实施方式包括一第一开关元件、一与该第一开关元件相连的第二开关元件、一与该第二开关元件相连的第三开关元件、一与该第三开关元件相连的电流源I、一与该电流源I相连的电源端VDD、一与该第一开关元件相连的接地端GND及一与该第一开关元件及该第二开关元件相连的输出端VOUT。
在本实施方式中，该第一开关元件为一第一场效应管M1，该第二开关元件为一第二场效应管M2，该第三开关元件为一第三场效应管M3。且该第一场效应管M1、该第二场效应管M2及该第三场效应管M3均为N型场效应管（NMOS）。在其他实施方式中，开关元件可根据需要变更为能够实现同样功能的其它开关元件或电路。
本实用新型阈值电压产生电路较佳实施方式的连接关系如下：该第一场效应管M1的栅极与该第二场效应管M2的漏极及该第三场效应管M3的源级相连，该第一场效应管M1的源级与该接地端GND相连，该第一场效应管M1的漏极与该第二场效应管M2的源级共同连接该输出端VOUT。该第二场效应管M2的栅极、该第三场效应管M3的栅极与漏极共同连接该电流源I的一端。该电流源I的另一端与该电源端VDD相连。
本实用新型阈值电压产生电路较佳实施方式可以跟随工艺和温度的变化产生一比较精确的场效应管的阈值电压VTH，具体工作原理分析如下：
该第一场效应管M1与该第三场效应管M3工作于饱和区，该第二场效应管M2工作于线性区，假设该第一场效应管M1的宽长比为(W/L)                                               
Figure 2011205009447100002DEST_PATH_IMAGE002
，该第二场效应管M2的宽长比为(W/L)
Figure 2011205009447100002DEST_PATH_IMAGE004
，该第三场效应管M3的宽长比为(W/L)
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。则由该阈值电压产生电路可以分别计算出图中所示的第一电压V1与第二电压V2的值：
V1＝VTH+2I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 831268DEST_PATH_IMAGE002
)
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
V2＝V1+VTH+2I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 379667DEST_PATH_IMAGE006
)；
由于该第二场效应管M2工作于线性区，则可以得到：
I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 790106DEST_PATH_IMAGE004
)=(V2-VOUT-VTH)(V1-VOUT)-0.5*(V1-VOUT)
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
将V1与V2的表达式带入上式，可得：
I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 700555DEST_PATH_IMAGE004
)＝(VTH-VOUT+2I/(μn *Cox*(W/L))
Figure 265715DEST_PATH_IMAGE008
+2I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 8150DEST_PATH_IMAGE006
)
Figure 260139DEST_PATH_IMAGE008
)(VTH-VOUT+2I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 222279DEST_PATH_IMAGE002
)
Figure 414488DEST_PATH_IMAGE008
)
-0.5*( VTH-VOUT+2I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 778474DEST_PATH_IMAGE006
)
Figure 201365DEST_PATH_IMAGE008
)
Figure 650801DEST_PATH_IMAGE010
；
由上式可得，若令VTH＝VOUT，(W/L)
Figure 581454DEST_PATH_IMAGE002
＝(W/L)＝W/L，则上式可以化简得：
I/(μn *Cox*(W/L)
Figure 393738DEST_PATH_IMAGE004
)＝4I/(μn *Cox*(W/L))－I/(μn *Cox*(W/L))＝3I/(μn *Cox*(W/L))；
即：3*(W/L)
Figure 64891DEST_PATH_IMAGE004
＝W/L；其中μn代表电子迁移率，Cox代表栅氧化层单位面积电容。
由此可见，只需设置(W/L)
Figure 802165DEST_PATH_IMAGE002
＝(W/L)＝3*(W/L)
Figure 967753DEST_PATH_IMAGE004
，即设置第一场效应管M1的宽长比与第三场效应管M3的宽长比相等，且均为第二场效应管M2的宽长比的三倍，便可使得VOUT＝VTH，即输出端VOUT输出的电压为场效应管的阈值电压VTH。
本实用新型阈值电压产生电路可以跟随工艺和温度的变化产生一比较精确的场效应管的阈值电压，且电路结构简单，只需采用三个场效应管及一个电流源便可实现阈值电压的输出，不存在任何的镜像误差，易于实现。

Claims (6)

1. 一种阈值电压产生电路，其特征在于：所述阈值电压产生电路包括一第一开关元件、一与所述第一开关元件相连的第二开关元件、一与所述第二开关元件相连的第三开关元件、一与所述第三开关元件相连的电流源、一与所述电流源相连的电源端、一与所述第一开关元件相连的接地端及一与所述第一开关元件及所述第二开关元件相连用于输出一阈值电压的输出端，所述第一开关元件的宽长比与所述第三开关元件的宽长比相等，且均为所述第二开关元件的宽长比的三倍。
2. 如权利要求1所述的阈值电压产生电路，其特征在于：所述第一开关元件为一第一场效应管，所述第二开关元件为一第二场效应管，所述第三开关元件为一第三场效应管，所述第一场效应管、所述第二场效应管及所述第三场效应管均为N型场效应管。
3. 如权利要求2所述的阈值电压产生电路，其特征在于：所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极及所述第三场效应管的源级相连。
4. 如权利要求3所述的阈值电压产生电路，其特征在于：所述第一场效应管的源级与所述接地端相连。
5. 如权利要求4所述的阈值电压产生电路，其特征在于：所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源级共同连接所述输出端。
6. 如权利要求5所述的阈值电压产生电路，其特征在于：所述第二场效应管的栅极、所述第三场效应管的栅极与漏极共同连接所述电流源的一端，所述电流源的另一端与所述电源端相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102495655A (zh) * 2011-12-06 2012-06-13 四川和芯微电子股份有限公司 阈值电压产生电路及方法
CN104569557A (zh) * 2014-03-26 2015-04-29 深圳市依崇微电子科技有限公司 轨到轨峰值检测电路及其方法

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