CN208188720U

CN208188720U - 一种超低功耗基准电路

Info

Publication number: CN208188720U
Application number: CN201820748188.1U
Authority: CN
Inventors: 陈磊
Original assignee: Danyang Constant Core Electronics Co Ltd
Current assignee: Danyang Constant Core Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-05-19
Filing date: 2018-05-19
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2028-05-19

Abstract

本实用新型公开了一种超低功耗基准电路，包括：一启动电路，用于启动所述基准电路；一核心电路，在电流镜结构上优化使用了三支路电流结构，同时选择不同的栅极氧化物厚度MOS管，消除了温度影响，获得稳定的基准电流；一输出电路，串联堆叠晶体管，放大了基准电压。本发明一种超低功耗基准电路，没有采用电阻，也没有采用三极管，全部都是MOS晶体管，拥有面积小，低压和超低功耗等优点。

Description

一种超低功耗基准电路

技术领域

本发明涉及基准电压电路领域，尤其涉及一种超低功耗基准电路。

背景技术

在物联网、EEPROM以及大多数无线通讯的应用中，相关接收电路或者发射电路等都是需要低功耗的，因此能产生低功耗的基准电路对整个应用来讲是非常关键和非常必要的。基准电路作为模拟电路的重要部分，一般需要在一个较宽的温度范围内正常工作，因此不仅要求功耗低，还需要性能稳定，有较好的温度特性。传统的方式可以采用带隙基准电路进行设计，但是其功耗都是微瓦级别的，不属于低功耗设计范畴。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种超低功耗基准电路，其拥有低电压，超低功耗和较小的硅面积等优点。

为达上述及其它目的，本发明提供一种超低功耗基准电路，其至少包括：

一启动电路，用于启动所述基准电路；一核心电路，在电流镜结构上优化使用了三支路电流结构，同时选择不同的栅极氧化物厚度MOS管，消除了温度影响，获得稳定的基准电流；一输出电路，串联堆叠晶体管，放大了基准电压。

本发明提出了一种超低功耗基准电路，包括：所述启动电路由第一PMOS管PM1、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3构成；PM1管的源极连接电源电压VDD；PM1管的的栅极与PM1管的漏极，NM1管的栅极和NM1管的漏极相连接；NM1管的源极与NM2管的栅极和NM3管的漏极相连接；NM2管的源极和NM3管的源极接地。

所述核心电路由第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第十三PMOS管PM13、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6和第七NMOS管NM7构成；PM2管的源极，PM4管的源极和PM6管的源极都与电源电压VDD相连接；PM2管的栅极与PM3管的栅极，PM3管的漏极，NM2管的漏极，NM4管的漏极，PM4管的栅极，PM5管的栅极，PM6管的栅极和PM7管的栅极相连接；PM2管的漏极与PM3管的源极相连接；PM4管的漏极与PM5管的源极相连接；PM6管的漏极与PM7管的源极相连接；PM5管的漏极与NM5管的漏极，NM5管的栅极和NM6管的栅极相连接；PM7管的漏极与NM4管的栅极，NM7管的栅极，NM6管的漏极相连接；NM4管的源极与NM5管的源极和PM13管的源极相连接；NM7管的源极，NM7管的漏极，PM13管的漏极，PM13管的栅极和NM6管的源极都接地。

所述输出电路由第八PMOS管PM8、第九PMOS管PM9、第十PMOS管PM10、第十一PMOS管PM11和第十二PMOS管PM12构成；PM8管的源极连接电源电压VDD；PM8管的栅极与PM2管的栅极和PM9管的栅极相连接；PM8管的漏极与PM9管的源极相连接；PM9管的漏极与PM10管的源极和NM3管的栅极相连接，其节点标注为A，作为基准电压VREF的输出端；PM10管的栅极与PM10管的漏极和PM11管的源极相连接；PM11管的栅极与PM11管的漏极和PM12管的源极相连接；PM12管的栅极和PM12管的漏极都接地。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种超低功耗基准电路图。

具体实施方式

结合图1所示，在下面的实施例中，所述超低功耗基准电路，其至少包括：一启动电路，用于启动所述基准电路；一核心电路，在电流镜结构上优化使用了三支路电流结构，同时选择不同的栅极氧化物厚度MOS管，消除了温度影响，获得稳定的基准电流；一输出电路，串联堆叠晶体管，放大了基准电压。在实际电路设计中，NM5管选择厚栅氧的MOS管，其阈值也相对较大。

所述启动电路由第一PMOS管PM1、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3构成；PM1管和NM1管都采用二极管连法，正向导通，NM2管的栅极获得高电位，NM2管导通，拉低与之相连的PM2管栅极电压和PM8管栅极电压，启动了核心电路和输出电路。当整个电路稳定工作且VREF输出一个正常值时，NM3管的栅极获得高电位，NM3管导通，拉低NM2管的栅极电压，截止NM2管，从而关闭启动电路，整个启动电路也就完成了启动工作。

所述核心电路由第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第十三PMOS管PM13、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6和第七NMOS管NM7构成；由PM4管、PM5管、NM5管组成的支路和由PM6管、PM7管、NM6管组成的支路构成传统电流镜结构，为解决电流镜失配和OPAMP偏移，电路增加了另一条由PM2管、PM3管、NM4管构成的负反馈支路，确保I1等于I2，因为NM4管的存在，三条支路的电流差都被放大了，但由于两条负反馈支路获得的增益大于正反馈支路，所以并没有出现偏移。NM5管的NM6管选择了不同的氧化物厚度，是两者呈现相反的温度特性，进一步消除温度影响。NM7管作为电容使用，作稳定性补偿。同时电路采用了自共源共栅结构，提高了支路电流比的精度和电源抑制比。在传统的偏置电路中，NM5管的源极会接一个100k欧姆左右的电阻，从而使得NM5管工作在亚阈值区，使得其支路电路电流较小，例如支路电流为2uA，那么在这个电阻上的压降就是200mv；而在本发明中，NM5管源极不是直接接电阻，而是接个二极管连接的MOS管，因此该压降就是MOS管的阈值，也就是图中标注的△VGS，在0.18um工艺中，PMOS管的△VGS一般为0.6V左右，因此NM5管就工作在更加亚阈值的区域，该支路电流就更小，仿真结果显示该支路电流只有14nA，因此整个电路消耗的电流就特别小，功耗也就特别小。用PM13管代替电阻，及节省了电流还节省了芯片面积。

所述输出电路由第八PMOS管PM8、第九PMOS管PM9、第十PMOS管PM10、第十一PMOS管PM11和第十二PMOS管PM12构成；串联堆叠了三层MOS管，因此VREF是NM5管和NM6管之间VGS的三倍，通过调整串联堆叠MOS管可以调整这个倍数。

本发明提出了一种无阻抗的超低功耗基准电路，该电路采用0.18μm CMOS工艺设计，整个电路面积仅为0.0094mm^2,，经过电路仿真，整个电路只有50nA的静态电流，属于低功耗基准电路，电路可以在低至1V到2.5V的电源电压下工作，并在-25℃到125℃范围内提供600mV的输出电压。电源电压位1V时，在室温下工作，功耗仅为55nW.

虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种超低功耗基准电路，其特征在于，包括：

一启动电路，用于启动所述基准电路；一核心电路，在电流镜结构上优化使用了三支路电流结构，同时选择不同的栅极氧化物厚度MOS管，消除了温度影响，获得稳定的基准电流；一输出电路，串联堆叠晶体管，最终在基准电流的基础上产生精准的基准电压。

2.如权利要求1所述的超低功耗基准电路，其特征在于：所述启动电路由第一PMOS管PM1、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3构成；PM1管的源极连接电源电压VDD；PM1管的栅极与PM1管的漏极，NM1管的栅极和NM1管的漏极相连接；NM1管的源极与NM2管的栅极和NM3管的漏极相连接；NM2管的源极和NM3管的源极接地。

3.如权利要求1所述的超低功耗基准电路，其特征在于：所述核心电路由第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第十三PMOS管PM13、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6和第七NMOS管NM7构成；PM2管的源极，PM4管的源极和PM6管的源极都与电源电压VDD相连接；PM2管的栅极与PM3管的栅极，PM3管的漏极，NM2管的漏极，NM4管的漏极，PM4管的栅极，PM5管的栅极，PM6管的栅极和PM7管的栅极相连接；PM2管的漏极与PM3管的源极相连接；PM4管的漏极与PM5管的源极相连接；PM6管的漏极与PM7管的源极相连接；PM5管的漏极与NM5管的漏极，NM5管的栅极和NM6管的栅极相连接；PM7管的漏极与NM4管的栅极，NM7管的栅极，NM6管的漏极相连接；NM4管的源极与NM5管的源极和PM13管的源极相连接；NM7管的源极，NM7管的漏极，PM13管的漏极，PM13管的栅极和NM6管的源极都接地。

4.如权利要求1所述的超低功耗基准电路，其特征在于：所述输出电路由第八PMOS管PM8、第九PMOS管PM9、第十PMOS管PM10、第十一PMOS管PM11和第十二PMOS管PM12构成；PM8管的源极连接电源电压VDD；PM8管的栅极与PM2管的栅极和PM9管的栅极相连接；PM8管的漏极与PM9管的源极相连接；PM9管的漏极与PM10管的源极和NM3管的栅极相连接，其节点标注为A，作为基准电压VREF的输出端；PM10管的栅极与PM10管的漏极和PM11管的源极相连接；PM11管的栅极与PM11管的漏极和PM12管的源极相连接；PM12管的栅极和PM12管的漏极都接地。