CN205620849U

CN205620849U - 一种全cmos基准电压源

Info

Publication number: CN205620849U
Application number: CN201620429118.0U
Authority: CN
Inventors: 岳宏卫; 邓进丽; 朱智勇; 韦雪明; 段吉海
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2026-05-12

Abstract

本实用新型提供一种全CMOS基准电压源，属于电压源技术领域，包括启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路；启动电路的输出端分别与基准电流产生电路和基准电压产生电路连接；基准电流产生电路的输出端与基准电压产生电路连接；基准电压产生电路的输出端为该基准电压源的输出端；启动电路和基准电流产生电路同时接电源VDD，启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路同时接地GND。本实用新型仅为纳瓦量级、且未使用电阻、BJT和二极管，不仅能消除温度变化的影响，还能与标准CMOS工艺完全兼容，同时具有功耗极低、高电源抑制比高、性能好的特点，有效降低了系统成本。

Description

一种全CMOS基准电压源

技术领域

本实用新型涉及电压源领域，具体的来说是涉及一种全CMOS基准电压源。

背景技术

基准电压源是模拟集成电路、数模混合信号集成电路和系统集成芯片中一个重要的模块，其应用基准的目的是建立一个与电源和工艺无关，并且具有确定温度特性的直流电压。

自从带隙基准电压源架构被提出来以后，由于其优越的性能而被广泛应用于很多系统中，且针对该架构提出了很多改进方案。随着无线通信业的高速发展，便携式电子产品的广泛应用，低功耗的电源变得愈发重要，而电压基准源作为电源的一个重要组成模块，其对功耗和稳定性对电路的性能都有极大的影响。随着CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的不断进步以及SOC(systemon chip，片上系统)系统的发展需求，基准电压源需要满足低电压和低功耗的要求，然而，传统的带隙基准电压源本身所需的供电电压高，且自身功耗较大，要实现低功耗，电路结构复杂，占用芯片面积较大，而且要使用三极管或者二极管，与标准的CMOS工艺不兼容。即使基准电压源电路，使用工作在饱和区的CMOS管，使功耗过大，或者由于存在高温漂和低电源抑制比，使得性能欠佳。

实用新型内容

本实用新型需要解决的是基准电压源与标准的CMOS工艺不兼容，存在功耗大、结构复杂、性能欠佳的问题，提供一种全CMOS基准电压源。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

一种全CMOS基准电压源，包括基准电压源本体，其中，还包括启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路；

启动电路的输出端分别与基准电流产生电路和基准电压产生电路连接；基准电流产生电路的输出端与基准电压产生电路连接；基准电压产生电路的输出端为该基准电压源的输出端；启动电路和基准电流产生电路同时接电源VDD，启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路同时接地GND。

为了使基准电压源在上电时摆脱简并偏置点，使电路进入正常工作状态，上述方案中，优选的是启动电路包括MOS管M₁、M₂和电容C₁，其中，MOS管M₁、M₂的源极均与电源VDD连接；MOS管M₁的栅极与漏极共接并与MOS管M₂的栅极和电容C₁的上极板连接；MOS管M₂的漏极与基准电流产生电路和基准电压产生电路连接；电容C₁的下极板接地GND。

基准电压源中的噪声会影响性能，为了抑制电源噪声的作用，上述方案中，优选的是基准电流产生电路包括MOS管M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈、M₉、M₁₀、M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄、M₁₅、M₁₆、M₁₇、M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁，其中，MOS管M₃的源极与电源VDD连接；MOS管M₃的漏极与MOS管M₄、M₅的源极连接，并与基准电压产生电路连接；MOS管M₄的漏极与MOS管M₆、M₇的源极连接；MOS管M₅的漏极与MOS管M₈、M₉的源极连接；MOS管M₆的漏极和栅极共接并与MOS管M₃、M₄的栅极以及MOS管M₁₀的源极连接；MOS管M₈的漏极和栅极共接并与MOS管M₇的栅极和MOS管M₁₂的源极连接；MOS管M₉的漏极和栅极共接并与MOS管M₅的栅极和MOS管M₁₃的源极连接；MOS管M₇的漏极与MOS管M₁₁的源极连接；MOS管M₁₀的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₁、M₁₂、M₁₃的栅极以及MOS管M₁₄的漏极连接；MOS管M₁₂的漏极与MOS管M₁₆的漏极连接；MOS管M₁₃的漏极与MOS管M₁₇的漏极连接；MOS管M₁₅的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₄、M₁₆、M₁₇的栅极以及MOS管M₁₁的漏极连接，且与基准电压产生电路连接；MOS管M₁₉的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₈、M₂₀、M₂₁的栅极以及MOS管M₁₅的源极连接，且与基准电压产生电路连接；MOS管M₁₄的源极与MOS管M₁₈的漏极连接；MOS管M₁₆的源极与MOS管M₂₀的漏极连接；MOS管M₁₇的源极与MOS管M₂₁的漏极连接；MOS管M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁的源极均与接地GND。

上述方案中，优选的是基准电压产生电路包括MOS管M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₂₆、M₂₇、M₂₈、M₂₉、M₃₀、M₃₁、M₃₂、M₃₃、M₃₄、M₃₅、M₃₆、M₃₇和电容C₂，其中，MOS管M₂₉、M₃₇的源极和电容C₂的下极板与地GND连接；MOS管M₂₃的漏极和栅极共接并与MOS管M₂₂的栅极和MOS管M₂₅的源极连接；MOS管M₂₄的源极与MOS管M₂₂的漏极连接；MOS管M₂₅的漏极和栅极共接并与MOS管M₂₄的栅极和MOS管M₂₇的漏极连接；MOS管M₂₆的漏极和栅极共接后与MOS管M₂₄的漏极和电容C₂的上极板连接，并作为基准电压源的输出端；MOS管M₂₈的漏极与MOS管M₂₆、M₂₇的源极连接；MOS管M₂₈的源极与MOS管M₂₉的漏极连接；MOS管M₂₇的栅极与MOS管M₃₄的源极和MOS管M₃₅的漏极连接；MOS管M₃₀的漏极和栅极共接后与MOS管M₃₁的栅极和MOS管M₃₂的源极连接；MOS管M₃₃的源极与MOS管M₃₁的漏极连接；MOS管M₃₂的漏极和栅极共接并与MOS管M₃₃的栅极和MOS管M₃₆的漏极连接；MOS管M₃₄的漏极和栅极共接后与MOS管M₃₅的栅极和MOS管M₃₃的漏极连接；MOS管M₃₆的源极与MOS管M₃₇的漏极连接。

上述方案中，优选的是MOS管M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈、M₉、M₁₀、M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₃₀、M₃₁、M₃₂、M₃₃均为标准电压1.8V PMOS管。

上述方案中，优选的是MOS管M₁₄、M₁₅、M₁₆、M₁₇、M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁、M₂₆、M₂₇、M₂₈、M₂₉、M₃₄、M₃₆、M₃₇均为标准电压1.8V NMOS管。

上述方案中，优选的是MOS管M₃₅为标准电压3.3V NMOS管。

上述方案中，优选的是电容C₁和电容C₂均为普通电容或电解电容。

本实用新型的优点与效果是：

1、本实用新型中的启动电路由MOS管M₁、M₂和电容C₁构成，用于在电源上电时，能够使基准源摆脱简并偏置点，使电路进入正常工作状态；

2、基准电流产生电路中利用由MOS管M₃、M₄、M₅，MOS管M₄、M₆、M₇和MOS管M₅、M₈、M₉组成的三对差分耦合对产生基准电流，而采用的共源共栅电流镜，起到抑制电源噪声的作用，且带隙电压源中没有采用电阻和Bipolar晶体管，减小了功耗；

3、基准电压产生电路中利用3.3V MOS管M₃₅和1.8V MOS管M₂₆、M₂₇、M₃₄的不同阈值电压产生于温度无关的基准电压，采用的共源共栅电流镜，起到抑制电源噪声的作用；

4、进一步的，本实用新型仅为纳瓦量级、且未使用电阻、BJT和二极管，不仅能消除温度变化的影响，还能与标准CMOS工艺完全兼容，同时具有功耗极低、高电源抑制比高、性能好的特点，有效降低了系统成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的原理图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。

一种全CMOS基准电压源，如图1所示，包括启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路；启动电路和基准电流产生电路同时接电源VDD，启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路同时接地GND。

启动电路有两个输出端，一个与基准电流产生电路连接，另一个与基准电压产生电路连接；启动电路包括MOS管M₁、M₂和电容C₁，如图2所示，其中，MOS管M₁、M₂的源极均与电源VDD连接。MOS管M₁的栅极与漏极共接并与MOS管M₂的栅极和电容C₁的上极板连接；MOS管M₂的漏极与基准电流产生电路和基准电压产生电路连接；电容C₁的下极板接地GND。启动电路主要用于在电源上电时，能够使基准源摆脱简并偏置点，使电路进入正常工作状态。

基准电流产生电路的输入端连接启动电路，基准电流产生电路的输出端与基准电压产生电路连接，用于提供基准电压源的基准电流。基准电流产生电路包括MOS管M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈、M₉、M₁₀、M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄、M₁₅、M₁₆、M₁₇、M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁，如图2所示，其中，MOS管M₃的源极与电源VDD连接。MOS管M₃的漏极与MOS管M₄、M₅的源极连接，并与基准电压产生电路连接。MOS管M₄的漏极与MOS管M₆、M₇的源极连接，MOS管M₅的漏极与MOS管M₈、M₉的源极连接。MOS管M₆的漏极和栅极共接并与MOS管M₃、M₄的栅极以及MOS管M₁₀的源极连接。MOS管M₈的漏极和栅极共接并与MOS管M₇的栅极和MOS管M₁₂的源极连接；MOS管M₉的漏极和栅极共接并与MOS管M₅的栅极和MOS管M₁₃的源极连接；MOS管M₇的漏极与MOS管M₁₁的源极连接；MOS管M₁₀的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₁、M₁₂、M₁₃的栅极以及MOS管M₁₄的漏极连接。MOS管M₁₂的漏极与MOS管M₁₆的漏极连接；MOS管M₁₃的漏极与MOS管M₁₇的漏极连接；MOS管M₁₅的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₄、M₁₆、M₁₇的栅极以及MOS管M₁₁的漏极连接，且与基准电压产生电路连接。MOS管M₁₉的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₈、M₂₀、M₂₁的栅极以及MOS管M₁₅的源极连接，且与基准电压产生电路连接。MOS管M₁₄的源极与MOS管M₁₈的漏极连接；MOS管M₁₆的源极与MOS管M₂₀的漏极连接。MOS管M₁₇的源极与MOS管M₂₁的漏极连接；MOS管M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁的源极均与接地GND。其中，MOS管M₆、M₇、M₈、M₉工作在亚阈值区，MOS管M₄、M₅工作在饱和区。利用由MOS管M₃、M₄、M₅，MOS管M₄、M₆、M₇和MOS管M₅、M₈、M₉组成的三对差分耦合对产生基准电流，而采用的共源共栅电流镜，起到抑制电源噪声的作用，且带隙电压源中没有采用电阻和Bipolar晶体管，减小了功耗。

基准电压产生电路的输出端为该基准电压源的输出端，产生基准电压V_ref。基准电压产生电路包括MOS管M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₂₆、M₂₇、M₂₈、M₂₉、M₃₀、M₃₁、M₃₂、M₃₃、M₃₄、M₃₅、M₃₆、M₃₇和电容C₂，如图2所示，其中，MOS管M₂₉、M₃₇的源极和电容C₂的下极板与地GND连接。MOS管M₂₃的漏极和栅极共接并与MOS管M₂₂的栅极和MOS管M₂₅的源极连接，MOS管M₂₄的源极与MOS管M₂₂的漏极连接。MOS管M₂₅的漏极和栅极共接并与MOS管M₂₄的栅极和MOS管M₂₇的漏极连接，MOS管M₂₆的漏极和栅极共接后与MOS管M₂₄的漏极和电容C₂的上极板连接，并作为基准电压源的输出端。MOS管M₂₈的漏极与MOS管M₂₆、M₂₇的源极连接；MOS管M₂₈的源极与MOS管M₂₉的漏极连接；MOS管M₂₇的栅极与MOS管M₃₄的源极和MOS管M₃₅的漏极连接。MOS管M₃₀的漏极和栅极共接后与MOS管M₃₁的栅极和MOS管M₃₂的源极连接；MOS管M₃₃的源极与MOS管M₃₁的漏极连接。MOS管M₃₂的漏极和栅极共接并与MOS管M₃₃的栅极和MOS管M₃₆的漏极连接。MOS管M₃₄的漏极和栅极共接后与MOS管M₃₅的栅极和MOS管M₃₃的漏极连接；MOS管M₃₆的源极与MOS管M₃₇的漏极连接。其中，MOS管M₂₆、M₂₇、M₃₄、M₃₅工作在亚阈值区，其中MOS管M₃₅为3.3V MOS管，其余均为1.8V MOS管。基准电压产生电路中利用3.3V MOS管M₃₅和1.8V MOS管M₂₆、M₂₇、M₃₄的不同阈值电压产生于温度无关的基准电压，采用的共源共栅电流镜，起到抑制电源噪声的作用。

启动电路的工作过程：

启动电路中，MOS管M₁栅漏短接，相当于一个电阻。当电路上电时，电源通过MOS管M₁向电容C₁充电，此时电容上极板电压为低电平，使得MOS管M₂导通，将电流注入到基准电流产生电路中，摆脱简并偏置点；当电源向电容充电完成时，使得电容上极板电压为高电平，使得MOS管M₂截至，启动电路与基准源脱离，完成启动过程。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims

1.一种全CMOS基准电压源，包括基准电压源本体，其特征在于：还包括包括启动电路、基准电流产生电路和基准电压产生电路；

2.根据权利要求1所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述启动电路包括MOS管M₁、M₂和电容C₁，其中，MOS管M₁、M₂的源极均与电源VDD连接；MOS管M₁的栅极与漏极共接并与MOS管M₂的栅极和电容C₁的上极板连接；MOS管M₂的漏极与基准电流产生电路和基准电压产生电路连接；电容C₁的下极板接地GND。

3.根据权利要求1所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述基准电流产生电路包括MOS管M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈、M₉、M₁₀、M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄、M₁₅、M₁₆、M₁₇、M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁，其中，MOS管M₃的源极与电源VDD连接；MOS管M₃的漏极与MOS管M₄、M₅的源极连接，并与基准电压产生电路连接；MOS管M₄的漏极与MOS管M₆、M₇的源极连接；MOS管M₅的漏极与MOS管M₈、M₉的源极连接；MOS管M₆的漏极和栅极共接并与MOS管M₃、M₄的栅极以及MOS管M₁₀的源极连接；MOS管M₈的漏极和栅极共接并与MOS管M₇的栅极和MOS管M₁₂的源极连接；MOS管M₉的漏极和栅极共接并与MOS管M₅的栅极和MOS管M₁₃的源极连接；MOS管M₇的漏极与MOS管M₁₁的源极连接；MOS管M₁₀的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₁、M₁₂、M₁₃的栅极以及MOS管M₁₄的漏极连接；MOS管M₁₂的漏极与MOS管M₁₆的漏极连接；MOS管M₁₃的漏极与MOS管M₁₇的漏极连接；MOS管M₁₅的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₄、M₁₆、M₁₇的栅极以及MOS管M₁₁的漏极连接，且与基准电压产生电路连接；MOS管M₁₉的漏极和栅极共接并与MOS管M₁₈、M₂₀、M₂₁的栅极以及MOS管M₁₅的源极连接，且与基准电压产生电路连接；MOS管M₁₄的源极与MOS管M₁₈的漏极连接；MOS管M₁₆的源极与MOS管M₂₀的漏极连接；MOS管M₁₇的源极与MOS管M₂₁的漏极连接；MOS管M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁的源极均与接地GND。

4.根据权利要求1所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述基准电压产生电路包括MOS管M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₂₆、M₂₇、M₂₈、M₂₉、M₃₀、M₃₁、M₃₂、M₃₃、M₃₄、M₃₅、M₃₆、M₃₇和电容C₂，其中，MOS管M₂₉、M₃₇的源极和电容C₂的下极板与地GND连接；MOS管M₂₃的漏极和栅极共接并与MOS管M₂₂的栅极和MOS管M₂₅的源极连接；MOS管M₂₄的源极与MOS管M₂₂的漏极连接；MOS管M₂₅的漏极和栅极共接并与MOS管M₂₄的栅极和MOS管M₂₇的漏极连接；MOS管M₂₆的漏极和栅极共接后与MOS管M₂₄的漏极和电容C₂的上极板连接，并作为基准电压源的输出端；MOS管M₂₈的漏极与MOS管M₂₆、M₂₇的源极连接；MOS管M₂₈的源极与MOS管M₂₉的漏极连接；MOS管M₂₇的栅极与MOS管M₃₄的源极和MOS管M₃₅的漏极连接；MOS管M₃₀的漏极和栅极共接后与MOS管M₃₁的栅极和MOS管M₃₂的源极连接；MOS管M₃₃的源极与MOS管M₃₁的漏极连接；MOS管M₃₂的漏极和栅极共接并与MOS管M₃₃的栅极和MOS管M₃₆的漏极连接；MOS管M₃₄的漏极和栅极共接后与MOS管M₃₅的栅极和MOS管M₃₃的漏极连接；MOS管M₃₆的源极与MOS管M₃₇的漏极连接。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述MOS管M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈、M₉、M₁₀、M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₃₀、M₃₁、M₃₂、M₃₃均为标准电压1.8V PMOS管。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述MOS管M₁₄、M₁₅、M₁₆、M₁₇、M₁₈、M₁₉、M₂₀、M₂₁、M₂₆、M₂₇、M₂₈、M₂₉、M₃₄、M₃₆、M₃₇均为标准电压1.8V NMOS管。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述MOS管M₃₅为标准电压3.3V NMOS管。

8.根据权利要求2或4所述的一种全CMOS基准电压源，其特征在于：所述电容C₁和电容C₂均为普通电容或电解电容。