專利名稱：一種增強(qiáng)型mos管基準(zhǔn)電壓源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基準(zhǔn)電壓源電路，在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝中使用增強(qiáng)型MOS管實現(xiàn)，此基準(zhǔn)電壓 具有較高的PSRR和較小溫度系數(shù)，可用于現(xiàn)今流行的1.8V電源電壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，基準(zhǔn)電壓源主要有兩種， 一種是采用耗盡型MOS管的基準(zhǔn)電壓源，另一種是采 用和MOS工藝兼容的縱向PNP管帶隙基準(zhǔn)電壓源。第一種基準(zhǔn)電壓源雖然實現(xiàn)簡單，功耗 小，但是在很多標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝中不兼容耗盡型MOS管。第二種基準(zhǔn)電壓源由于電路復(fù) 雜，功耗大，占用的版圖面積較大不經(jīng)濟(jì)，且很難用于現(xiàn)今流行的低電源電壓系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，電路結(jié)構(gòu)中只包含NMOS管、PMOS 管和電阻三種元器件，而不包含耗盡型NMOS管和縱向PNP管，主要利用NMOS和PMOS 管閩值電壓不同線性溫度系數(shù)的特性進(jìn)行溫度的補(bǔ)償，獲得較小溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源。
本發(fā)明一種增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路由啟動電路，基準(zhǔn)電流源電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn) 生電路所組成，其中，
啟動電路，連接于基準(zhǔn)電流源電路，以啟動基準(zhǔn)電流源電路；
基準(zhǔn)電流源電路，連接于啟動電路與基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路之間，被啟動電路所啟動，為基 準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路提供偏置電流；
基準(zhǔn)電壓產(chǎn)牛電路，和基準(zhǔn)電流源電路相連接，由基準(zhǔn)電流源電路通過鏡像電路為其提 供偏置電流，此電路產(chǎn)生輸出基準(zhǔn)電壓。
啟動電路有兩個NMOS管(M0， M2)和一個PMOS管(Ml)組成。
啟動電路的PMOS管(MO為二極管連接，源端接電源電壓， 一個NMOS管(M0)的 漏端接PMOS管(Ml)的漏端和柵端，源端接地，另一個NMOS管(M2)的柵端接PMOS 管(Ml)的漏端和柵端。
基準(zhǔn)電流源電路為K倍增基準(zhǔn)電流源電路。
基準(zhǔn)電流源電路為帶反饋的K倍增基準(zhǔn)電流源電路，反饋用以提高M(jìn)OS管的輸出電阻， 改善基準(zhǔn)電流對電源電壓的靈敏度。
基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路包括一鏡像PMOS管(M14)，源端接電源電壓，柵端接啟動電路和基 準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生電路，用來鏡像基準(zhǔn)電流源電路所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流，以為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路提 供偏置電流。
基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路還包括
第一電阻器(R2)， 一端接地，另一端接輸出NMOS (M16)管以及 第二電阻器(Rl)，另端接PMOS (M15)管的源端輸出PMOS管(M15)，柵端和漏端相連，接于輸出基準(zhǔn)電壓 輸出NMOS管(M16)，漏端接輸出基準(zhǔn)電壓，源端接地。


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圖1是本發(fā)明增強(qiáng)MOS管基準(zhǔn)電壓源電路的電路結(jié)構(gòu)框圖
圖2是本發(fā)明增強(qiáng)MOS管基準(zhǔn)電壓源電路的電路圖 主要元器件說明 M0-M16:增強(qiáng)型MOS管 Rl-R3:電阻器
具體實施例方式
圖1給出了所發(fā)明的增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路的結(jié)構(gòu)原理框圖。圖2所示電路， 是圖1原理的具體實現(xiàn)方式。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的啟動電路用來啟動K倍增基準(zhǔn)電 流電路，使其在電源上電時擺脫簡并偏置點；K倍增基準(zhǔn)電流電路產(chǎn)生一個PTAT電流源， 通過鏡像為基準(zhǔn)電壓電路提供偏置電流；基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生溫度系數(shù)較小的基準(zhǔn)電壓。
當(dāng)接通供電電源VDD后，Ml是二極管連接，其漏(和柵)電位介于VDD和VDD-Vthp 之間，NMOS開關(guān)管M2此時導(dǎo)通，于是M6/M7擺脫柵電位為VDD的狀態(tài)，M4/M5擺脫柵 電位為GND的狀態(tài)，基準(zhǔn)電流電路得以啟動，此后M2截止。由M8， M9,M10和Mil組成 的差分放大器用改來善型基準(zhǔn)電流的PSRR，用M12和M13作頻率補(bǔ)償電容，穩(wěn)定K倍增 基準(zhǔn)電流電路的輸出。M14鏡像穩(wěn)定K倍增基準(zhǔn)電流源的電流，給M15和M16構(gòu)成的壓差 電路提供偏置，電阻R1與R2的比值構(gòu)成壓差修正因子，通過調(diào)整比值可以調(diào)整輸出基準(zhǔn)電 壓的溫度系數(shù)和電壓值。
增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路利用增強(qiáng)型NMOS管和增強(qiáng)型PMOS管的遷移率和閾值 電壓具有不同的溫度系數(shù)，產(chǎn)生兩個電壓，分別與增強(qiáng)型NMOS管和增強(qiáng)型PMOS管的遷移 率和閾值電壓相關(guān)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償后形成穩(wěn)定的電壓源輸出。下面我們敘述該電路結(jié)構(gòu)的工 作原理。
一般的，MOS管閾值電壓的溫度特性可表示為
'r 、
、?！?。+
，
T7
一l
(1)
、。 。) +
_1
(2)
7;為參考溫度，《7W為NMOS管閾值電壓4的溫度系數(shù)，,—P為PMOS管閾值電壓K
的溫度系數(shù)。
另外，MOS管遷移率也是個具有溫度特性的參數(shù)，可以描述為: (r)= (r0)|
,r、
、7o 乂
「 7"、
(3)
(4)
式(2)中，是NMOS管遷移率溫度指數(shù)，" 是PMOS管遷移率溫度指數(shù)。遷移率 具有負(fù)溫度系數(shù)。
M4、 M5、 M6，M7和R3產(chǎn)生與增強(qiáng)型NMOS閾值電壓相關(guān)的正溫度系數(shù)電壓，如圖3 所示，IO可以表示為
2 1
1-
1
Kl是M4與M5尺寸的比值，Ss是M5管的寬長比。 M14鏡像M7的電流，當(dāng)M14的尺寸是M7的K2倍時，II以表示為:
(5)
(6)
因此Vref可以表示為:
= (1 + :)^16 _ |^]5
仏
(7)
M15和M16都工作在飽和區(qū)，且R1和R2的電阻值較大，流過M15和M16的電流都近 似等于H，則有
K =
2/'
十f;
2/,
酬紐跳'~
(8)
(9)
結(jié)合(7)、 (8)和(9)式Vref可以表示為:
K1 + :X
氛， 2/,
2/,
(10)
5<formula>formula see original document page 6</formula>
+
〃7/
是式(11)中第一部分中的兩項都具有正溫度系數(shù)但不相同，只要調(diào)整M5， M15和 M16的參數(shù)，可使這部分在期望的溫度系數(shù)為零；下第二部分兩項都具有負(fù)溫度系數(shù)但不相 同，只要調(diào)整Rl和R2阻值的比例，可使這部分在期望的溫度系數(shù)為零。且可以通過調(diào)整 Rl和R2阻值的比例來實現(xiàn)Vref輸出不同的電壓值。占.
本發(fā)明的增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路較目前常用的基準(zhǔn)鬼壓源電路有如下特點有優(yōu)
(1) 電路采用CMOS技術(shù)，CMOS本身具有開關(guān)速度快、功耗低等特點，而且制備工 藝簡單。
(2) 電路中僅僅使用強(qiáng)型MOS管和電阻，不需要標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝沒有的耗盡型MOS 管，也不需要縱向PNP管，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于工藝和電路上的實現(xiàn)，在獲得相 同性能的情況下，可以大大減少成本。
(3) 本發(fā)明的增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，通過電路參數(shù)的改變設(shè)計，可以獲得 不同的輸出電壓值，根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以設(shè)計所需的輸出電壓值。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是包括啟動電路，連接于基準(zhǔn)電流源電路，以啟動基準(zhǔn)電流源電路；基準(zhǔn)電流源電路，連接于啟動電路與基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路之間，被啟動電路所啟動，為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路提供偏置電流；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，和基準(zhǔn)電流源電路相連接，由基準(zhǔn)電流源電路通過鏡像電路為其提供偏置電流，此電路產(chǎn)生輸出基準(zhǔn)電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是啟動電路有兩個NMOS 管(M0和M2)和一個PMOS管(Ml)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的強(qiáng)型M0S管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是啟動電路的PMOS管 (Ml)為二極管連接，源端接電源電壓， 一個NMOS管(M0)的漏端接PMOS管(Ml)的漏端和柵端，源端接地，另一個NMOS管(M2)的柵端接PMOS管(Ml)的漏端和柵端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是基準(zhǔn)電流源電路為K 倍增基準(zhǔn)電流源電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是基準(zhǔn)電流源電路為帶 反饋的K倍增基準(zhǔn)電流源電路，反饋用以提高M(jìn)OS管的輸出電阻，改善基準(zhǔn)電流對電源電 壓的靈敏度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路包 括一鏡像PMOS管(M14)，源端接電源電壓，柵端接啟動電路和基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生電路，用來 鏡像基準(zhǔn)電流源電路所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流，以為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路提供偏置電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，其特征是基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路還 包括第一電阻器(R2)， 一端接地，另一端接輸出NMOS (M16)管以及 第二電阻器(Rl)，另端接PMOS (M15)管的源端 輸出PMOS管(M15)，柵端和漏端相連，接于輸出基準(zhǔn)電壓 輸出NMOS管(M16)，漏端接輸出基準(zhǔn)電壓，源端接地。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)型MOS管基準(zhǔn)電壓源電路，電路結(jié)構(gòu)中只包含NMOS管、PMOS管和電阻三種元器件，而不包含耗盡型NMOS管和縱向PNP管，主要利用NMOS和PMOS管閾值電壓不同線性溫度系數(shù)的特性進(jìn)行溫度的補(bǔ)償，獲得較小溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源。由啟動電路，基準(zhǔn)電流源電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路所組成，其中，啟動電路，連接于基準(zhǔn)電流源電路，以啟動基準(zhǔn)電流源電路；基準(zhǔn)電流源電路，連接于啟動電路與基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路之間，被啟動電路所啟動，為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路提供偏置電流；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，和基準(zhǔn)電流源電路相連接，由基準(zhǔn)電流源電路通過鏡像電路為其提供偏置電流，此電路產(chǎn)生輸出基準(zhǔn)電壓。
文檔編號G05F3/08GK101598954SQ200910138349
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月9日
發(fā)明者喻曉濤 申請人:南京微盟電子有限公司