專利名稱：一種低壓低功耗cmos電壓源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低壓低功耗CMOS電壓源。
背景技術(shù)：
電壓源是集成電路中非常重要的基本電路之一，它為芯片中其他模塊的正常工作提供必需的偏置電壓，因此它的性能也很大程度上影響了芯片的整體性能。
隨著微電子制造工藝技術(shù)的發(fā)展，芯片的功耗和面積都在大幅度降低，進(jìn)而對電壓源提出的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)也越來越高。因此新型電壓源應(yīng)該能夠工作在超低的電源電壓下，并且占用較小的芯片面積，同時消耗很小的電源功率，具有與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的能力。
但是目前廣泛應(yīng)用的電壓源，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功耗高，占用面積大，制造成本高；有些甚至需要在BiCMOS的工藝下實(shí)現(xiàn)，不能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容。
另外，在深亞微米工藝下，電路工作的電源電壓一般低于IV，傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出電壓較高，一般帶隙基準(zhǔn)電壓源是由三極管制作的，并不能滿足工作電壓低這一要求。因此，如何設(shè)計(jì)得到一種結(jié)構(gòu)簡單、工作電壓低、占用芯片面積小，并且能夠完全與標(biāo)準(zhǔn) CMOS工藝兼容的低功耗電壓源是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決技術(shù)問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種低壓低功耗CMOS電壓源，工作電壓低、占用芯片面積小，并且能夠與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種低壓低功耗CMOS電壓源,包括電流源和電壓輸出級；
所述電流源包括電流鏡、第一 NMOS管、第二 NMOS和第一電阻，所述電流鏡、第一 NMOS管和第二 NMOS管中的所有MOS晶體管工作于亞閾值區(qū)；所述第二 NMOS管的漏極連接所述電流鏡的第一端；所述第一 NMOS管的漏極連接第一 NMOS管的柵極和所述電流鏡的第二端；所述第一NMOS管的柵極連接第二NMOS管的柵極；第一NMOS管的源極接地，第二NMOS 管的源極通過所述第一電阻接地；該電流源產(chǎn)生的電流與所述第一電阻成反比，與溫度成正比；
所述電壓輸出級包括第二組MOS晶體管和第二電阻，所述第二組MOS晶體管均工作于亞閾值區(qū)；所述電流源為電壓輸出級提供電流，所述第二電阻與所述電流的乘積為該 CMOS電壓源的輸出電壓。
優(yōu)選地，所述電流鏡包括第一 PMOS管和第二 PMOS管；
所述第一 PMOS管的柵極連接第二 PMOS管的柵極，所述第一 PMOS管的源極連接第二 PMOS管的源極并連接電源；
所述第二 PMOS管的柵極和漏極連接在一起作為該電流鏡的第一端，所述第一 PMOS管的漏極作為該電流鏡的第二端。
優(yōu)選地，所述第二組MOS管包括第三PMOS管；
所述第三PMOS管的柵極連接所述第二 PMOS管的柵極，第三PMOS管的源極連接所3述電源；
所述第三PMOS管的漏極通過所述第二電阻接地；
所述第三PMOS管的漏極為該CMOS電壓源的電壓輸出端。
優(yōu)選地，所述第一 PMOS管、第二 PMOS管和第三PMOS管的寬長比相同。
優(yōu)選地，所述第一電阻和第二電阻的類型相同。
優(yōu)選地，所述第一電阻和第二電阻均為多晶硅電阻。
優(yōu)選地，所述第一 NMOS管和第二 NMOS管的寬長比為I :M。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明實(shí)施例提供的低壓低功耗CMOS電壓源，包括電流源和電壓輸出級，其中電流源提供一個與第一電阻成反比，與溫度成正比的電流，該電流鏡像到電壓輸出級，產(chǎn)生一個與第二電阻與第一電阻的比值成正比，與溫度成正比的電壓，該電壓為該CMOS電壓源的輸出電壓，由于電流源和電壓輸出級中的所有管子采用MOS管，所以可以與CMOS工藝兼容， 并且所有MOS管工作于亞閾值區(qū)，所以該CMOS電壓源的工作電壓低。由于該CMOS電壓源的輸出電壓與第二電阻和第一電阻的比值成正比，因此，可以通過調(diào)節(jié)第一電阻和/或第二電阻的阻值來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。另外，由于該CMOS電壓源的輸出電壓與溫度成正比， 即輸出電壓可以感應(yīng)溫度的變化。因此，可以應(yīng)用于對溫度進(jìn)行調(diào)控的場合。


圖I是本發(fā)明提供的低壓低功耗CMOS電壓源實(shí)施例一示意圖2是本發(fā)明提供的低壓低功耗CMOS電壓源實(shí)施例二電路圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
參見圖1，該圖為本發(fā)明提供的低壓低功耗CMOS電壓源實(shí)施例一示意圖。
本實(shí)施例提供的低壓低功耗CMOS電壓源，包括電流源100和電壓輸出級200 ；
所述電流源100包括所述電流源包括電流鏡、第一 NMOS管NI、第二 NMOS管N2和第一電阻Rl，所述電流鏡、第一 NMOS管NI和第二 NMOS管N2中的所有MOS晶體管工作于亞閾值區(qū)；所述第二 NMOS管N2的漏極連接所述電流鏡的第一端；所述第一 NMOS管NI的漏極連接第一 NMOS管NI的柵極和所述電流鏡的第二端；所述第一 NMOS管NI的柵極連接第二 NMOS管N2的柵極；第一 NMOS管NI的源極接地，第二 NMOS管N2的源極通過所述第一電阻 Rl接地；；該電流源產(chǎn)生的電流與所述第一電阻Rl成反比，與溫度成正比；
所述電壓輸出級200包括第二組MOS晶體管和第二電阻，所述第二組MOS晶體管均工作于亞閾值區(qū)；所述電流源100為所述電壓輸出級200提供電流，所述第二電阻與所述電流的乘積為該CMOS電壓源的輸出電壓。
本發(fā)明實(shí)施例提供的低壓低功耗CMOS電壓源，包括電流源100和電壓輸出級200， 其中電流源100提供一個與第一電阻成反比，與溫度成正比的電流，該電流鏡像到電壓輸出級200，產(chǎn)生一個與第二電阻與第一電阻的比值成正比，與溫度成正比的電壓，該電壓為該CMOS電壓源的輸出電壓，由于電流源100和電壓輸出級200中的所有管子采用MOS管，4所以可以與CMOS工藝兼容，并且所有MOS管工作于亞閾值區(qū)，所以該CMOS電壓源的工作電壓低。
由于該CMOS電壓源的輸出電壓與第二電阻和第一電阻的比值成正比，因此，可以通過調(diào)節(jié)第一電阻和/或第二電阻的阻值來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。
另外，由于該CMOS電壓源的輸出電壓與溫度成正比，即輸出電壓可以感應(yīng)溫度的變化。因此，可以應(yīng)用于對溫度進(jìn)行感應(yīng)的場合，例如，當(dāng)?shù)诙娮枧c第一電阻的比值一定時，溫度由20度變?yōu)?0度，該CMOS電壓源的輸出電壓將發(fā)生變化，此時可以感應(yīng)出溫度的變化。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明提供的CMOS電壓源的一種具體實(shí)現(xiàn)方式。
參見圖2，該圖為本發(fā)明提供的低壓低功耗CMOS電壓源實(shí)施例二電路圖。
本實(shí)施例提供的低壓低功耗CMOS電壓源中，所述電流源100包括第一NMOS管NI、 第二 NMOS 管 N2、第一 PMOS 管 P1、第二 PMOS 管 P2 ；
其中，所述第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2連接為電流鏡，所述第一 PMOS管Pl 的柵極連接第二 PMOS管P2的柵極，所述第一 PMOS管Pl的源極連接第二 PMOS管P2的源極并連接電源；
需要說明的是，電流源100中的電流鏡也可以通過其他方式的電流鏡來實(shí)現(xiàn)，不局限于本實(shí)施例提供的Pl和P2。
所述第二 NMOS管N2的漏極連接第一 PMOS管Pl的柵極和漏極；
所述第一 NMOS管NI的漏極連接第一 NMOS管NI的柵極和第一 PMOS管Pl的漏極；
所述第一 NMOS管NI的柵極連接第二 NMOS管N2的柵極；
第一 NMOS管NI的源極接地，第二匪OS管N2的源極通過所述第一電阻Rl接地。
所述電壓輸出級中的第二組MOS管包括第三PMOS管P3 ；
所述第三PMOS管P3的柵極連接所述第二 PMOS管P2的柵極，第三PMOS管P3的源極連接第二 PMOS管P2的源極；
所述第三PMOS管P3的漏極通過所述第二電阻R2接地；
所述第三PMOS管P3的漏極為該CMOS電壓源的電壓輸出端。
為了本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解和實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例提供的CMOS電壓源， 下面具體分析圖2所示的CMOS電壓源的工作原理。
優(yōu)選地，所述第一 PMOS管P1、第二 PMOS管P2和第三PMOS管P3的寬長比相同。 這樣所述第一 PMOS管P1、第二 PMOS管P2和第三PMOS管P3的漏源電流相等。
可以理解的是，P1、P2和P3的寬長比也可以不相同。
由于P1、P2、P3、N1和N2均工作于亞閾值區(qū)，因此，這五個晶體管的漏源電流適用下面的公式(I):
權(quán)利要求
1.一種低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，包括電流源和電壓輸出級；所述電流源包括電流鏡、第一 NMOS管、第二 NMOS和第一電阻，所述電流鏡、第一 NMOS 管和第二 NMOS管中的所有MOS晶體管工作于亞閾值區(qū)；所述第二 NMOS管的漏極連接所述電流鏡的第一端；所述第一NMOS管的漏極連接第一NMOS管的柵極和所述電流鏡的第二端； 所述第一 NMOS管的柵極連接第二 NMOS管的柵極；第一 NMOS管的源極接地，第二 NMOS管的源極通過所述第一電阻接地；該電流源產(chǎn)生的電流與所述第一電阻成反比，與溫度成正比；所述電壓輸出級包括第二組MOS晶體管和第二電阻，所述第二組MOS晶體管均工作于亞閾值區(qū)；所述電流源為電壓輸出級提供電流，所述第二電阻與所述電流的乘積為該CMOS 電壓源的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，所述電流鏡包括 第一PMOS管和第二 PMOS管；所述第一 PMOS管的柵極連接第二 PMOS管的柵極，所述第一 PMOS管的源極連接第二 PMOS管的源極并連接電源；所述第二 PMOS管的柵極和漏極連接在一起作為該電流鏡的第一端，所述第一 PMOS管的漏極作為該電流鏡的第二端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，所述第二組MOS管包括第三PMOS管；所述第三PMOS管的柵極連接所述第二 PMOS管的柵極，第三PMOS管的源極連接所述電源；所述第三PMOS管的漏極通過所述第二電阻接地；所述第三PMOS管的漏極為該CMOS電壓源的電壓輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，所述第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管的寬長比相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻的類型相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻均為多晶硅電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓低功耗CMOS電壓源，其特征在于，所述第一NMOS管和第二 NMOS管的寬長比為I :M。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低壓低功耗CMOS電壓源，包括電流源和電壓輸出級，電流源提供一個與第一電阻成反比，與溫度成正比的電流，該電流鏡像到電壓輸出級，產(chǎn)生一個與第二電阻與第一電阻的比值成正比，與溫度成正比的電壓，該電壓為該CMOS電壓源的輸出電壓，由于電流源和電壓輸出級中的所有管子采用MOS管，可以與CMOS工藝兼容，所有MOS管工作于亞閾值區(qū)，該CMOS電壓源的工作電壓低。該CMOS電壓源的輸出電壓與第二電阻和第一電阻的比值成正比，可以通過調(diào)節(jié)第一電阻和/或第二電阻的阻值來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。由于該CMOS電壓源的輸出電壓與溫度成正比，即輸出電壓可以感應(yīng)溫度的變化。因此，應(yīng)用于對溫度進(jìn)行調(diào)控的場合。
文檔編號G05F3/26GK102981550SQ20121049231
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者趙喆, 陳嵐, 呂志強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所