CN207742590U - 一种三输出低温漂低功耗基准电压源 - Google Patents

一种三输出低温漂低功耗基准电压源 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种三输出低温漂低功耗基准电压源，由并联于电源VDD与地GND之间的启动电路、电流产生电路和三输出基准电压产生电路组成。启动电路，用于在电源上电时提供启动电流，使基准电压源摆脱简并偏置点。电流产生电路，利用共源共栅电流镜提高电源电压抑制比和电压调整率，产生提供三输出基准电压产生电路的输入电流，为基准电压产生电路提供电流。三输出基准电压产生电路，用于产生低温漂的三个基准电压。本实用新型能够解决传统基准电压源电路的输出电压值单一，温漂系数较差，以及功耗较大的问题。

Description

一种三输出低温漂低功耗基准电压源
技术领域
本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种三输出低温漂低功耗基准电压源。
背景技术
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，基准电压源是ASIC的基础单元，因此要求基准电压源要具有极低的功耗和低温漂系数，以及应对恶劣环境的能力。提高基准电压源的性能和集成度一直是该领域的研究的热点。然而传统带隙基准电压源仅有一个电压输出值，采用同一种类型电阻、双极型三级管与运算放大器等产生基准电压，温漂系数不够好，功耗较大，芯片面积过大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的是传统基准电压源电路的输出电压值单一，温漂系数较差，以及功耗较大的问题，提供一种三输出低温漂低功耗基准电压源。
为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种三输出低温漂低功耗基准电压源，包括基准电压源本体，基准电压源本体由并联于电源VDD与地GND之间的启动电路、电流产生电路和三输出基准电压产生电路组成；其中启动电路的输出端接电流产生电路的输入端，电流产生电路的输出端接三输出基准电压产生电路的输入端；所述三输出基准电压产生电路由MOS管M11-M19和电容C1-C3组成；MOS管M11、MOS管M12和MOS管M18的源极与电源VDD连接；MOS管M12、MOS管M11和MOS管M18的栅极连接后，作为三输出基准电压产生电路的输入端；MOS管M13栅极与漏极共接与MOS管M11的漏极连接，MOS管M13的源极与地GND连接；MOS管M14的栅极与漏极共接后与MOS管M12的漏极连接；MOS管M18的漏极与MOS管M19的源极连接；MOS管M14的源极、MOS管M15的漏极和栅极、以及MOS管M19的栅极和漏极相连后，作为整个基准电压源本体的第一输出端，输出基准电压Vref1；电容C1并联于MOS管M15的栅极与地GND之间；MOS管M15的源极、MOS管M16的漏极和栅极相连后，作为整个基准电压源本体的第二输出端，输出基准电压Vref2；电容C2并联于MOS管M16的栅极与地GND之间；MOS管M16的源极、MOS管M17的漏极和栅极相连后，作为整个基准电压源本体的第三输出端，输出基准电压Vref3；电容C3并联于MOS管M17的栅极与地GND之间；MOS管M17的源极与地GND连接。
上述方案中，三输出基准电压产生电路的MOS管M15为NMOS管，MOS管M19为PMOS管。
上述方案中，三输出基准电压产生电路的电容C1-C3为普通电容。
所述启动电路由MOS管M1-M4和电容C0组成；MOS管M1和MOS管M2的源极与电源VDD连接；MOS管M3的源极与地GND连接；MOS管M1的栅极与漏极共接后经电容C0与地GND相接；MOS管M2的栅极和MOS管M3的栅极共接后与MOS管M1的漏极连接；MOS管M2的漏极和MOS管M3的漏极共接后与MOS管M4的源极连接；MOS管M4的栅极与MOS管M3的栅极连接；MOS管M4的漏极作为启动电路的输出端。
上述方案中，启动电路的电容C0为普通电容。
所述电流产生电路由MOS管M5-M10和电阻R0组成；MOS管M5和MOS管M6的源极与电源VDD连接；MOS管M9的源极与地GND连接；MOS管M10的源极经电阻R0与地GND连接；MOS管M5的漏极与MOS管M7的漏极连接；MOS管M7的源极与MOS管M9的漏极连接；MOS管M6的漏极与MOS管M8的漏极连接；MOS管M8的源极与MOS管M10的漏极连接；MOS管M6的栅极与漏极共接后与MOS管M5的栅极连接；MOS管M7的栅极与漏极共接后与MOS管M8的栅极连接；MOS管M9的栅极与漏极共接后与MOS管M10的栅极连接；MOS管M5的漏极作为电流产生电路的输入端，MOS管M6的漏极作为电流产生电路的输出端。
上述方案中，电阻R0为高掺杂多晶硅电阻。
与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：
1、同一个电路，同时输出三个具有低温漂不同电压值的基准电压，降低了生产成本。
2、采用NMOS管和PMOS管两个不同类型MOS管的相互匹配补偿，输出具有低温漂的基准电压。
3、利用同一支路具有不同温度系数的MOS管源漏压差输出具有低温漂的基准电压。
4、启动电路及电流产生电路电路较小，大大降低功耗。
附图说明
图1为一种三输出低温漂低功耗基准电压源的原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型提出一种三输出低温漂低功耗基准电压源，如图1所示，由并联于电源VDD与地GND之间的启动电路、电流产生电路和三输出基准电压产生电路组成。启动电路，用于在电源上电时提供启动电流，使基准电压源摆脱简并偏置点。电流产生电路，利用共源共栅电流镜提高电源电压抑制比和电压调整率，产生提供三输出基准电压产生电路的输入电流，为基准电压产生电路提供电流。三输出基准电压产生电路，用于产生低温漂的三个基准电压。
1.启动电路
所述启动电路包括MOS管M1-MOS管M4和电容C0。其中，MOS管M1和MOS管M2的源极与电源VDD连接。MOS管M3的源极与地GND连接。MOS管M1的栅极与漏极共接后经电容C0与地GND相接。MOS管M2的栅极和MOS管M3的栅极共接后与MOS管M1的漏极连接。MOS管M2的漏极和MOS管M3的漏极共接后与MOS管M4的源极连接。MOS管M4的栅极与MOS管M3的栅极连接。MOS管M4的漏极作为输出与电流产生电路连接。在本实用新型优选实施例中，启动电路的电容C0为普通电容。
启动电路，由MOS管M1栅漏短接，构成有源电阻，MOS管M2、MOS管M3构成反相器，用以隔离电源和MOS管M4的源极，经MOS管M4的漏极输出电流，用于在电源上电时使基准源摆脱简并偏置点。电路上电时，电源通过MOS管M1向电容C0充电，此时电容上极板电压为低电平，使得MOS管M3截止，MOS管M2导通，将电流通过MOS管M2、MOS管M4注入到电流产生电路中，电源向电容C0充电完成时，使得电容上极板电压为高电平，使得MOS管M3导通，MOS管M2截止，启动电路与基准源脱离，并将MOS管M4的源极电位被拉低到地，避免了与电源直接接触，减小了启动电路对基准源的影响。此启动电路不需要大电容、大电阻，正常工作无直流电流，减小面积降低功耗。
2.电流产生电路
所述电流产生电路包括MOS管M5-MOS管M10和电阻R0。其中，MOS管M5和MOS管M6的源极与电源VDD连接。MOS管M9的源极与地GND连接。MOS管M5的漏极与MOS管M7的漏极连接。MOS管M6的栅极与漏极共接后与MOS管M5的栅极连接，MOS管M8的漏极与MOS管M6的漏极连接。MOS管M6的漏极作为输出与电压产生电路连接。MOS管M7的栅极与漏极共接后与MOS管M8的栅极连接。MOS管M7的源极与MOS管M9的漏极连接。MOS管M8的源极与MOS管M10的漏极连接。MOS管M9的栅极与漏极共接后与MOS管M10的栅极连接。MOS管M10的源极经电阻R0与地GND连接。在本实用新型优选实施例中，电阻R0为高掺杂多晶硅电阻。
电流产生电路，利用工作在亚阈值区的MOS管M9、MOS管M10栅源电压差产生偏置电压，再通过电阻R1将偏置电压转化为电流产生电路的偏置电流，再通过共源共栅电流镜将偏置电流复制到基准电压产生电路中。采用共源共栅电流镜起到抑制电源噪声作用。
3.三输出基准电压产生电路
所述三输出基准电压产生电路包括MOS管M11-MOS管M19和电容C1-电容C3。其中，MOS管M11、MOS管M12和MOS管M18的源极与电源VDD连接。MOS管M13的源极和MOS管M17的源极与地GND连接。所述电容C1，并联于基准电压Vref3的输出端与地GND之间。所述电容C2，并联于基准电压Vref2的输出端与地GND之间。所述电容C3，并联于基准电压Vref1的输出端与地GND之间。其中，MOS管M11的栅极与电流产生电路连接。MOS管M12的栅极与MOS管M11的栅极连接。MOS管M13的栅极与漏极共接后与MOS管M11的漏极连接。MOS管M14的栅极与漏极共接后与MOS管M12的漏极连接。MOS管M14的源极与MOS管M15的漏极连接。MOS管M15的栅极与漏极共接后与MOS管M19的栅漏共接连接。MOS管M15的源极与MOS管M16的漏极连接。MOS管M16的栅极与漏极共接后与基准电压Vref2的输出端连接。MOS管M16的源极与MOS管M17的漏极连接。MOS管M17的栅极与漏极共接后与基准电压Vref3的输出端连接。MOS管M18的栅极与电流产生电路连接。MOS管M18的漏极与MOS管M19的源极连接。
三输出基准电压产生电路，通过电流产生电路对电流ID不同倍数的复制到I1、I2两条支路，并且NMOS管M15和PMOS管M19两个不同类型MOS管的相互匹配补偿，输出三输出基准电压产生电路具有低温漂的第一输出基准电压Vref1；通过I1支路上MOS管M12、M14、M16、M17源漏电压差与电流产生电路相调节，输出三输出基准电压产生电路具有低温漂的第一输出基准电压Vref2；通过MOS管M17栅漏短接输出三输出基准电压产生电路具有低温漂的第三输出基准电压Vref3。
在本实用新型优选实施例中，MOS管M13为3.3V的MOS管，MOS管M1-M12和M14-M19为1.8V的MOS管。MOS管M1、M2、M4、M5、M6、M11、M12、M18和M19为PMOS管，MOS管M3、M7、M 8、M 9、M10、M13、M14、M15、M16和M17为NMOS管。
本实用新型旨在解决现有电源存在的输出电压值单一，温漂系数较差，功耗较大、芯片面积过大、抗干扰能力差、器件与标准CMOS基准电压源不匹配和性能欠佳的问题。主要由四部分构成：(1)启动电路，用于电源上电时提供电流，使基准电压源摆脱简并偏置点，不需要大面积电容、大阻值电阻，正常工作后无直流电流，启动电路和核心电路脱离，减小面积降低功耗。(2)电流产生电路，利用工作在亚阈值区的MOS管栅源电压差产生偏置电压，再通过电阻将偏置电压转化为偏置电流采用共源共栅电流镜起到抑制电源噪声作用。(3)三输出基准电压产生电路，利用电流镜复制电流产生电路电流ID到I1、I2两条支路，并且NMOS管和PMOS管两个不同类型MOS管的相互匹配补偿，输出三输出基准电压产生电路具有低温漂的第一输出基准电压Vref1；通过I1支路上MOS管源漏电压差与电流产生电路相调节，输出三输出基准电压产生电路具有低温漂的第一输出基准电压Vref2；通过MOS管栅漏短接输出三输出基准电压产生电路具有低温漂的第三输出基准电压Vref3。
0.18-um CMOS工艺标准下，在Cadence Spectre仿真器中，本三输出低温漂基准电压源，Vref1输出在-20—138℃的温度范围内具有30.2ppm/℃的温度系数，电源电压抑制比在低频时为-35dB，在高频时为-44dB；Vref2输出在-50—150℃的温度范围内具有22.5ppm/℃的温度系数，电源电压抑制比在低频时为-45dB，在高频时为-76dB；Vref3输出在-20—150℃的温度范围内具有17.3ppm/℃的温度系数，电源电压抑制比在低频时为-54dB，在高频时为-125dB；其功耗为521nW。本实用新型的与传统电路相比较启动电路及电流产生电路电路较小，大大降低功耗。同一个电路，同时输出三个具有低温漂不同电压值的基准电压，降低了生产成本。采用NMOS管和PMOS管两个不同类型MOS管的相互匹配补偿，输出具有低温漂的基准电压。利用同一支路具有不同温度系数的MOS管源漏压差输出具有低温漂的基准电压。
需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种三输出低温漂低功耗基准电压源，包括基准电压源本体，其特征是，基准电压源本体由并联于电源VDD与地GND之间的启动电路、电流产生电路和三输出基准电压产生电路组成；其中启动电路的输出端接电流产生电路的输入端，电流产生电路的输出端接三输出基准电压产生电路的输入端；
所述三输出基准电压产生电路由MOS管M11-M19和电容C1-C3组成；MOS管M11、MOS管M12和MOS管M18的源极与电源VDD连接；MOS管M12、MOS管M11和MOS管M18的栅极连接后，作为三输出基准电压产生电路的输入端；MOS管M13栅极与漏极共接与MOS管M11的漏极连接，MOS管M13的源极与地GND连接；MOS管M14的栅极与漏极共接后与MOS管M12的漏极连接；MOS管M18的漏极与MOS管M19的源极连接；MOS管M14的源极、MOS管M15的漏极和栅极、以及MOS管M19的栅极和漏极相连后，作为整个基准电压源本体的第一输出端，输出基准电压Vref1；电容C1并联于MOS管M15的栅极与地GND之间；MOS管M15的源极、MOS管M16的漏极和栅极相连后，作为整个基准电压源本体的第二输出端，输出基准电压Vref2；电容C2并联于MOS管M16的栅极与地GND之间；MOS管M16的源极、MOS管M17的漏极和栅极相连后，作为整个基准电压源本体的第三输出端，输出基准电压Vref3；电容C3并联于MOS管M17的栅极与地GND之间；MOS管M17的源极与地GND连接。
2.根据权利要求1所述的一种三输出低温漂低功耗基准电压源，其特征是，三输出基准电压产生电路的MOS管M15为NMOS管，MOS管M19为PMOS管。
3.根据权利要求1所述的一种三输出低温漂低功耗基准电压源，其特征是，三输出基准电压产生电路的电容C1-C3为普通电容。
4.根据权利要求1所述的一种三输出低温漂低功耗基准电压源，其特征是，所述启动电路由MOS管M1-M4和电容C0组成；MOS管M1和MOS管M2的源极与电源VDD连接；MOS管M3的源极与地GND连接；MOS管M1的栅极与漏极共接后经电容C0与地GND相接；MOS管M2的栅极和MOS管M3的栅极共接后与MOS管M1的漏极连接；MOS管M2的漏极和MOS管M3的漏极共接后与MOS管M4的源极连接；MOS管M4的栅极与MOS管M3的栅极连接；MOS管M4的漏极作为启动电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的一种三输出低温漂低功耗基准电压源，其特征是，启动电路的电容C0为普通电容。
6.根据权利要求1所述的一种三输出低温漂低功耗基准电压源，其特征是，所述电流产生电路由MOS管M5-M10和电阻R0组成；MOS管M5和MOS管M6的源极与电源VDD连接；MOS管M9的源极与地GND连接；MOS管M10的源极经电阻R0与地GND连接；MOS管M5的漏极与MOS管M7的漏极连接；MOS管M7的源极与MOS管M9的漏极连接；MOS管M6的漏极与MOS管M8的漏极连接；MOS管M8的源极与MOS管M10的漏极连接；MOS管M6的栅极与漏极共接后与MOS管M5的栅极连接；MOS管M7的栅极与漏极共接后与MOS管M8的栅极连接；MOS管M9的栅极与漏极共接后与MOS管M10的栅极连接；MOS管M5的漏极作为电流产生电路的输入端，MOS管M6的漏极作为电流产生电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种三输出低温漂低功耗基准电压源，其特征是，电阻R0为高掺杂多晶硅电阻。
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