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    一種基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路制造技術

    技術編號:13770013 閱讀:111 留言:0更新日期:2016-09-29 08:02
    本發明專利技術公開了一種基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路,所敘基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路包括:啟動電路單元、電流產生電路單元和有源負載電路單元;啟動電路單元,用于提供一個啟動電流,使電路進入正常工作狀態;電流產生電路單元,用于產生一個與輸入電源電壓無關的電流,由于部分MOS管工作在亞閾值狀態,工作電流小,可以降低電路的功耗;輸出有源負載電路單元,利用體偏置技術實現輸出零溫度系數和低輸出電壓。該電路具有低功耗、低溫度系數、較寬的工作電壓范圍和面積小等特性。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及一種低功耗、低溫度系數、較寬工作范圍、面積小的基準源電路,更具體地,涉及一種基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路
    技術介紹
    隨著現代技術的發展,集成電路已經成為電路發展的趨勢。基準源是集成電路的重要組成部分,他廣泛的應用于電源管理芯片、鎖相環、數模轉換、和存儲器等多種芯片,為整個芯片提供基準電壓。一個不隨溫度、電源電壓,甚至工藝變化的基準源的精準性和穩定性,直接關系到整個芯片的性能。集成電路不斷擴大,電路結構也日趨復雜,更多的電路模塊被集成在一起,則對于基準源的抗干擾性能要求越來越高。此外,芯片與各個電路的精度要求越來越高,對于基準源的精度要求也在提高。其次,低功耗節能是對所有電子產品的要求,基準源自然也需要做這方面的改進。故綜合這些要求和標準,基準源電路設計時主要考慮以下幾個性能指標:溫度系數、工作電壓范圍、電源抑制比以及功耗。溫度系數越低即基準源電路的輸出電壓受溫度影響越小,電壓越穩定。較大的工作范圍可使基準源電路更容易達到目標的輸出電壓值。電源抑制比則是衡量輸出電壓隨著輸入電源電壓改變的變化量。基準源電路設計要盡量降低其工作電流,進而實現低功耗。亞閾值效應能使MOSFET以極低的靜態電流在低于閾值偏壓的偏置電壓下工作。所以有以下的優點:首先,電路消耗的電流極小,可以極大的降低整個電路的功耗。其次,電路無需滿足VREF>VTH,可以使輸出基準電壓很小,可以使引入該基準電壓的電路工作在更低的電壓下,滿足低電壓降低功耗。圖1是一個有特殊閾值MOS管的基準源電路結構。該電路包括啟動電路、電流生成電路和有源負載電路。輸出參考電壓等于兩個工作在亞閾值狀態的NMOS管M4和M5的柵-源電壓之差,為了保證具有負線性溫度參數的VTH不會在求差的過程中被抵消,故M4和M5采用兩種不同類型的MOS管。其中,M4是一個中閾值電壓的MOS管,而M5是一個標準閾值電壓的MOS管。和M4相比,M5有著不同的溫度系數和更高的閾值電壓。故參考電壓可以表示為: V r e f = V G S 5 - V G S 4 = [ V * T H 5 + ηV T l n ( I 5 K 5 μ n C o x V T 2 ) ] - [ V * T H 4 + ηV T l n ( I 4 K 4 μ n C o x V T 2 ) ] - - - ( 1 ) ]]>式(1)中存在V*TH是一個與溫度成線性關系的負溫度系數項,且μn是一個與溫度相關量,故電流I4和I5需要含有μn和VT2保證實現Vref的溫度系數的線性補償。工作在亞閾值區域的MOS管,當VDD≥4VT時,MOS管的I-V特性可以近似為: I D = KI 0 exp ( V G S - V T H ηV T ) 本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路,其特征在于,包括:啟動電路單元、電流產生電路單元和有源負載電路單元;啟動電路單元,用于提供一個啟動電流,使電路進入正常工作狀態;電流產生電路單元,用于產生一個與輸入電源電壓無關的電流;輸出有源負載電路單元,利用體偏置方式實現輸出零溫度系數和低輸出電壓。

    【技術特征摘要】
    1.一種基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路,其特征在于,包括:啟動電路單元、電流產生電路單元和有源負載電路單元;啟動電路單元,用于提供一個啟動電流,使電路進入正常工作狀態;電流產生電路單元,用于產生一個與輸入電源電壓無關的電流;輸出有源負載電路單元,利用體偏置方式實現輸出零溫度系數和低輸出電壓。2.根據權利要求1所述的基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路,其特征在于,所述的啟動電路單元包括MOS管MS1、MS2、MS3、MS4、MS5和 Mc;所述MS1和MS2以電流鏡對連接,MS1的源極和MS2的源極接地,MS1的漏極,MS5的漏極和MS1的柵極連接,MS2的漏極與MS3、MS4柵極連接,MS3和MS4的柵極與Mc的柵極連接,MS4的漏極與MS5的柵極相連接,Mc的漏極和MS5的源極及電源連接,Mc漏極與源極連接,MS3的漏極和MS3的源極分別為第一、第二啟動信號輸出端,MS4的漏極和MS4的源極分別為第三、第四啟動信號輸出端,向電流產生電路提供啟動信號;所述MS5、Mc為PMOS管,其他均為NMOS管。3.根據權利要求1所述的基于亞閾值的低功耗全CMOS基準源電路,其特征在于,所述的電流產生電路包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、PM1、PM2、PM3和PM4,MOS管PM1和PM2以電流鏡結構連接,PM1的源極與PM2的源極接電源,PM1的柵極、PM2的柵極和PM1的漏極連接,PM1的漏極并與啟動電路單元...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:譚洪舟唐詩豪曾衍瀚王陽李毓鰲張鑫
    申請(專利權)人:中山大學廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院中山大學花都產業科技研究院
    類型:發明
    國別省市:廣東;44

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