CN214480491U

CN214480491U - 一种温度传感器用误差放大器

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Publication number: CN214480491U
Application number: CN202120142813.XU
Authority: CN
Inventors: 何洪楷; 郭擎; 丁志春; 罗轶洲; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Guangzhou Xinshiwu Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Xinshiwu Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2031-01-19

Abstract

本实用新型公开了一种温度传感器用误差放大器，包括：启动电路、基准电流源、偏置电压产生电路以及折叠式共源共栅放大器，其中：所述启动电路用于在上电后使所述基准电流源正常工作；所述基准电流源与所述启动电路和所述偏置电压产生电路连接，用于为所述偏置电压产生电路提供基准电流；所述偏置电压产生电路用于为所述折叠式共源共栅放大器提供偏置电压；所述折叠式共源共栅放大器用于对差分输入信号进行放大，并输出放大后的电压。本实用新型误差放大器具有大增益、高相位裕度、低功耗的特点。

Description

一种温度传感器用误差放大器

技术领域

本实用新型属于温度传感器电路设计领域，特别涉及一种温度传感器用误差放大器。

背景技术

带隙基准电路是温度传感器电路的重要组成部分，用于将温度传感器的正温度系数电压产生电路产生的电压与负温度系数电压产生电路产生的电压以合适的权重相加，得到与温度无关的带隙基准电压。

在带隙基准电路中，误差放大器是必须的电路。为了提高带隙基准电路的性能，误差放大器的增益必须足够大。但是，电路设计中不可能单纯地追求增益无限大，必须要同时考虑功耗、芯片面积、相位裕度等多方面因素的综合影响。

因此，如何设计一款误差放大器，以使其同时满足大增益、高相位裕度、低功耗的要求，是一个亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种温度传感器用误差放大器，以解决上述背景技术中提出的问题，获得大增益、高相位裕度、低功耗的有益效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种温度传感器用误差放大器，包括：启动电路、基准电流源、偏置电压产生电路以及折叠式共源共栅放大器，其中：所述启动电路用于在上电后使所述基准电流源正常工作；所述基准电流源与所述启动电路和所述偏置电压产生电路连接，用于为所述偏置电压产生电路提供基准电流；所述偏置电压产生电路用于为所述折叠式共源共栅放大器提供偏置电压；所述折叠式共源共栅放大器用于对差分输入信号进行放大，并输出放大后的电压。

可选地，所述折叠式共源共栅放大器包括PMOS管PM0～PM6以及NMOS管 NM1～NM4；所述PMOS管PM1和PM2为输入管，所述PMOS管PM1和PM2的栅极输入所述差分输入信号；所述PMOS管PM0为所述PMOS管PM1和PM2提供偏置电流；所述PMOS管PM3～PM6组成共源共栅电流镜；NMOS管NM3和NM4为 NMOS管NM1和NM2提供直流偏置。

可选地，所述PMOS管PM0的源极接电源电压，所述PMOS管PM0的栅极连接所述偏置电压产生电路，用于接收第一基准电压；所述PMOS管PM0的漏极连接所述PMOS管PM1和PM2的源极；所述PMOS管PM1和PM2的漏极分别连接所述NMOS管NM3和NM4的漏极；所述PMOS管PM3和PM4的源极连接电源电压；所述PMOS管PM3和PM4的栅极连接，并连接至所述NMOS管NM1的漏极；所述PMOS管PM5和PM6的栅极连接，用于接收第二基准电压；所述NMOS 管NM1和NM2的栅极连接，用于接收第三基准电压；所述NMOS管NM3和NM4 的栅极连接，用于接收第四基准电压；所述NMOS管NM3和NM4的源极接地，所述NMOS管NM3和NM4的漏极分别连接所述NMOS管NM1和NM2的源极；所述NMOS管NM1和NM2的漏极分别连接所述PMOS管PM5和PM6的漏极；所述NMOS管NM2的漏极作为所述折叠式共源共栅运算放大器的输出端，用于输出所述放大后的电压。

可选地，所述偏置电压产生电路包括PMOS管PM7～PM9以及NMOS管 NM5～NM9；所述PMOS管PM8和PM9的源极连接电源电压，漏极分别连接NMOS 管NM7和NM8的漏极，所述PMOS管PM8和PM9的栅极互连用于输出所述第一基准电压；所述PMOS管PM7的源极连接电源电压，栅极和漏极互连用于输出所述第二基准电压，所述PMOS管PM7的漏极连接至所述NMOS管NM5的漏极；所述NMOS管NM5的的栅极用于输出所述第三基准电压，源极连接所述NMOS 管NM6的漏极；所述NMOS管NM6的栅极连接所述NMOS管NM7的栅极，用于输出所述第四基准电压；所述NMOS管NM6和NM7的源极接地；所述NMOS管NM7的漏极与栅极互连；所述NMOS管NM8的漏极与栅极互连，并分别连接至所述NMOS管NM5和NM9的栅极；所述NMOS管NM9的漏极连接所述NMOS管NM8 的源极，所述NMOS管NM9的源极接地。

可选地，所述基准电流源包括PMOS管PM10～PM13以及NMOS管 NM10～NM13；所述PMOS管PM10～PM13组成电流镜；所述NMOS管 NM10～NM13工作在亚阈值区。

可选地，所述PMOS管PM10和PM11的源极连接电源电压，栅极互连并分别连接至所述PMOS管PM8和PM9的栅极以及PMOS管PM13的源极，所述PMOS管PM10和PM11的漏极分别连接至所述PMOS管PM13和PM12 的源极，所述PMOS管PM12和PM13的栅极互连并连接至所述PMOS管 PM13的漏极；所述PMOS管PM13和PM12的漏极分别连接至所述NMOS 管NM10和NM11的漏极，所述NMOS管NM10和NM11的栅极互连并连接至所述NMOS管NM11的漏极；所述NMOS管NM10和NM11的源极分别连接至NMOS管NM12和NM13的漏极，所述NMOS管NM12和NM13的栅极互连并连接至所述NMOS管NM13的漏极，所述NMOS管NM12的源极通过电阻Rs接地，所述NMOS管NM13的源极接地。

可选地，所述启动电路包括NMOS管NM14～NM16以及电容C0；所述电容 C0的一端连接所述NMOS管14的漏极并连接电源电压，所述电容C0的另一端分别连接所述NMOS管NM14的栅极、NM15的栅极、NM16的漏极；所述NMOS 管NM14的源极连接所述NMOS管NM16的栅极，并连接至所述NMOS管NM11的漏极；所述NMOS管NM15的漏极连接至所述PMOS管PM12的栅极；所述NMOS 管NM15与NM16的源极接地。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用折叠式共源共栅结构，不但提高了运放电源抑制比，减少电源波动对输出的影响，而且能节约芯片面积。由于折叠式共源共栅放大电路仅有一个低频极点，其余极点均在高频处，因此可以认为折叠式共源共栅电路是一个单极点电路，其主极点位于输出节点。采用单极点运放有利于提高带隙基准电路的稳定性。

另外，本实用新型采用了亚阈值设计策略，降低了功耗。

附图说明

图1为本实用新型误差放大电路的电路结构图；

图2为本实用新型误差放大电路的增益仿真图；

图3为本实用新型误差放大电路的相位裕度仿真图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围；

如图1所示，本实施例提供了一种温度传感器用误差放大器，包括：启动电路、基准电流源、偏置电压产生电路以及折叠式共源共栅放大器。其中：所述启动电路用于在上电后使所述基准电流源正常工作；所述基准电流源与所述启动电路和所述偏置电压产生电路连接，用于为所述偏置电压产生电路提供基准电流；所述偏置电压产生电路用于为所述折叠式共源共栅放大器提供偏置电压；所述折叠式共源共栅放大器用于对差分输入信号V_IN和V_IP进行放大，并输出放大后的电压V_OUT。

具体地，如图1所示，所述折叠式共源共栅放大器包括PMOS管PM0～PM6 以及NMOS管NM1～NM4。所述PMOS管PM1和PM2为输入管，所述PMOS管PM1 和PM2的栅极输入所述差分输入信号V_IN和V_IP。所述PMOS管PM0为所述PMOS 管PM1和PM2提供偏置电流。所述PMOS管PM3～PM6组成共源共栅电流镜，可以提高运放电源抑制比，减小电源波动对输出的影响。NMOS管NM3和NM4为 NMOS管NM1和NM2提供直流偏置。

由于折叠式共源共栅放大电路仅有一个低频极点，其余极点均在高频处，因此可以认为折叠式共源共栅电路是一个单极点电路，其主极点位于输出节点。采用单极点运放有利于提高带隙基准电路的稳定性。

具体地，如图1所示，所述PMOS管PM0的源极接电源电压，所述PMOS 管PM0的栅极连接所述偏置电压产生电路，用于接收第一基准电压V_b1。所述 PMOS管PM0的漏极连接所述PMOS管PM1和PM2的源极。所述PMOS管PM1和 PM2的漏极分别连接所述NMOS管NM3和NM4的漏极。所述PMOS管PM3和PM4 的源极连接电源电压。所述PMOS管PM3和PM4的栅极连接，并连接至所述NMOS 管NM1的漏极。所述PMOS管PM5和PM6的栅极连接，用于接收第二基准电压 V_b2。所述NMOS管NM1和NM2的栅极连接，用于接收第三基准电压V_b3。所述 NMOS管NM3和NM4的栅极连接，用于接收第四基准电压V_b4。所述NMOS管NM3 和NM4的源极接地，所述NMOS管NM3和NM4的漏极分别连接所述NMOS管NM1 和NM2的源极；所述NMOS管NM1和NM2的漏极分别连接所述PMOS管PM5和 PM6的漏极；所述NMOS管NM2的漏极作为所述折叠式共源共栅运算放大器的输出端，用于输出所述放大后的电压。

具体地，如图1所示，所述偏置电压产生电路包括PMOS管PM7～PM9以及NMOS管NM5～NM9；所述PMOS管PM8和PM9的源极连接电源电压，漏极分别连接NMOS管NM7和NM8的漏极，所述PMOS管PM8和PM9的栅极互连用于输出所述第一基准电压V_b1。所述PMOS管PM7的源极连接电源电压，栅极和漏极互连用于输出所述第二基准电压V_b2，所述PMOS管PM7的漏极连接至所述NMOS管NM5的漏极。所述NMOS管NM5的的栅极用于输出所述第三基准电压 V_b3，源极连接所述NMOS管NM6的漏极。所述NMOS管NM6的栅极连接所述NMOS 管NM7的栅极，用于输出所述第四基准电压V_b4。所述NMOS管NM6和NM7的源极接地；所述NMOS管NM7的漏极与栅极互连；所述NMOS管NM8的漏极与栅极互连，并分别连接至所述NMOS管NM5和NM9的栅极；所述NMOS管NM9的漏极连接所述NMOS管NM8的源极，所述NMOS管NM9的源极接地。

具体地，如图1所示，所述基准电流源包括PMOS管PM10～PM13以及 NMOS管NM10～NM13，用于产生与电源无关的基准电流。所述PMOS管 PM10～PM13组成电流镜。所述NMOS管NM10～NM13工作在亚阈值区，从而降低了电路的功耗。

具体地，如图1所示，所述PMOS管PM10和PM11的源极连接电源电压，栅极互连并分别连接至所述PMOS管PM8和PM9的栅极以及PMOS管 PM13的源极，所述PMOS管PM10和PM11的漏极分别连接至所述PMOS 管PM13和PM12的源极，所述PMOS管PM12和PM13的栅极互连并连接至所述PMOS管PM13的漏极；所述PMOS管PM13和PM12的漏极分别连接至所述NMOS管NM10和NM11的漏极，所述NMOS管NM10和NM11 的栅极互连并连接至所述NMOS管NM11的漏极；所述NMOS管NM10和 NM11的源极分别连接至NMOS管NM12和NM13的漏极，所述NMOS管 NM12和NM13的栅极互连并连接至所述NMOS管NM13的漏极，所述NMOS 管NM12的源极通过电阻Rs接地，所述NMOS管NM13的源极接地。

具体地，如图1所示，所述启动电路包括NMOS管NM14～NM16以及电容 C0；所述电容C0的一端连接所述NMOS管14的漏极并连接电源电压，所述电容C0的另一端分别连接所述NMOS管NM14的栅极、NM15的栅极、NM16的漏极；所述NMOS管NM14的源极连接所述NMOS管NM16的栅极，并连接至所述NMOS管NM11的漏极；所述NMOS管NM15的漏极连接至所述PMOS管PM12的栅极；所述NMOS管NM15与NM16的源极接地。

图2和3是温度T＝27℃，负载为1pF时，TT、FF、SS工艺角下折叠式共源共栅放大电路的交流小信号仿真结果，可知运放在三个工艺角下低频增益均保持在84.7dB左右，相位裕度保持在83°附近。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种温度传感器用误差放大器，其特征在于，包括：启动电路、基准电流源、偏置电压产生电路以及折叠式共源共栅放大器，其中：

所述启动电路用于在上电后使所述基准电流源正常工作；

所述基准电流源与所述启动电路和所述偏置电压产生电路连接，用于为所述偏置电压产生电路提供基准电流；

所述偏置电压产生电路用于为所述折叠式共源共栅放大器提供偏置电压；

所述折叠式共源共栅放大器用于对差分输入信号进行放大，并输出放大后的电压。

2.根据权利要求1所述的温度传感器用误差放大器，其特征在于，所述折叠式共源共栅放大器包括PMOS管PM0～PM6以及NMOS管NM1～NM4；所述PMOS管PM1和PM2为输入管，所述PMOS管PM1和PM2的栅极输入所述差分输入信号；所述PMOS管PM0为所述PMOS管PM1和PM2提供偏置电流；所述PMOS管PM3～PM6组成共源共栅电流镜；NMOS管NM3和NM4为NMOS管NM1和NM2提供直流偏置。

3.根据权利要求2所述的温度传感器用误差放大器，其特征在于，所述PMOS管PM0的源极接电源电压，所述PMOS管PM0的栅极连接所述偏置电压产生电路，用于接收第一基准电压；所述PMOS管PM0的漏极连接所述PMOS管PM1和PM2的源极；所述PMOS管PM1和PM2的漏极分别连接所述NMOS管NM3和NM4的漏极；所述PMOS管PM3和PM4的源极连接电源电压；所述PMOS管PM3和PM4的栅极连接，并连接至所述NMOS管NM1的漏极；所述PMOS管的PM5和PM6栅极连接，用于接收第二基准电压；所述NMOS管NM1和NM2的栅极连接，用于接收第三基准电压；所述NMOS管NM3和NM4的栅极连接，用于接收第四基准电压；所述NMOS管NM3和NM4的源极接地，所述NMOS管NM3 和NM4的漏极分别连接所述NMOS管NM1和NM2的源极；所述NMOS管NM1和NM2的漏极分别连接所述PMOS管PM5和PM6的漏极；所述NMOS管NM2的漏极作为所述折叠式共源共栅运算放大器的输出端，用于输出所述放大后的电压。

4.根据权利要求3所述的温度传感器用误差放大器，其特征在于，所述偏置电压产生电路包括PMOS管PM7～PM9以及NMOS管NM5～NM9；所述PMOS管PM8和PM9的源极连接电源电压，漏极分别连接NMOS管NM7和NM8的漏极，所述PMOS管PM8和PM9的栅极互连用于输出所述第一基准电压；所述PMOS管PM7的源极连接电源电压，栅极和漏极互连用于输出所述第二基准电压，所述PMOS管PM7的漏极连接至所述NMOS管NM5的漏极；所述NMOS管NM5的栅极用于输出所述第三基准电压，源极连接所述NMOS管NM6的漏极；所述NMOS管NM6的栅极连接所述NMOS管NM7的栅极，用于输出所述第四基准电压；所述NMOS管NM6和NM7的源极接地；所述NMOS管NM7的漏极与栅极互连；所述NMOS管NM8的漏极与栅极互连，并分别连接至所述NMOS管NM5和NM9的栅极；所述NMOS管NM9的漏极连接所述NMOS管NM8的源极，所述NMOS管NM9的源极接地。

5.根据权利要求4所述的温度传感器用误差放大器，其特征在于，所述基准电流源包括PMOS管PM10～PM13以及NMOS管NM10～NM13；所述PMOS管PM10～PM13组成电流镜；所述NMOS管NM10～NM13工作在亚阈值区。

6.根据权利要求5所述的温度传感器用误差放大器，其特征在于，所述PMOS管PM10和PM11的源极连接电源电压，栅极互连并分别连接至所述PMOS管PM8和PM9的栅极以及PMOS管PM13的源极，所述PMOS管PM10 和PM11的漏极分别连接至所述PMOS管PM13和PM12的源极，所述PMOS管PM12和PM13的栅极互连并连接至所述PMOS管PM13的漏极；所述PMOS管PM13和PM12的漏极分别连接至所述NMOS管NM10和NM11的漏极，所述NMOS管NM10和NM11的栅极互连并连接至所述NMOS管NM11的漏极；所述NMOS管NM10和NM11的源极分别连接至NMOS管NM12和NM13的漏极，所述NMOS管NM12和NM13的栅极互连并连接至所述NMOS管NM13的漏极，所述NMOS管NM12的源极通过电阻Rs接地，所述NMOS管NM13的源极接地。

7.根据权利要求6所述的温度传感器用误差放大器，其特征在于，所述启动电路包括NMOS管NM14～NM16以及电容C0；所述电容C0的一端连接所述NMOS管14的漏极并连接电源电压，所述电容C0的另一端分别连接所述NMOS管NM14的栅极、NM15的栅极、NM16的漏极；所述NMOS管NM14的源极连接所述NMOS管NM16的栅极，并连接至所述NMOS管NM11的漏极；所述NMOS管NM15的漏极连接至所述PMOS管PM12的栅极；所述NMOS管NM15与NM16的源极接地。