[发明专利]电压基准源电路

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，尤其涉及一种基于MOS器件的低温度系数的电压基准源电路。

背景技术

在集成电路设计领域，实现一个不受温度影响的基准电压源电路，常见的方法有：掩埋齐纳基准源电路、外加离子注入场效应管基准源电路和带隙基准源电路。带隙基准源电路是当前公认的基准源电路设计技术，其主要工作原理是：工作在不相等电流密度下的两个双极型晶体管的基极—发射极电压差ΔV_BE是一个与绝对温度成正比的量，而双极型晶体管的V_BE具有负温度系数特性，利用这两种具有相反温度系数的电压量进行温度补偿，就能够实现不受温度因素影响的基准电压源电路。

近十年来，随着CMOS技术与工艺的发展，人们逐渐开始研究基于MOS器件的基准源电路。基于MOS器件的基准源电路，其实现输出基准电压不受温度影响的温度补偿难度要比带隙基准源高得多。在CMOS工艺中，MOS器件漏极电流的温度特性会受到阈值电压、载流子迁移率等因素的显著影响。阈值电压在一定温度范围内随着温度的增加而线性地减少，载流子迁移率随温度的影响比较复杂（可以近似看做∝T^-3/2）。2001年，I M Filanovsky等人利用MOS器件阈值电压和载流子迁移率的温度特性相互补偿，实现了一种基于MOS器件的电压基准源电路（I MFilanovsky,A Allam.Mutual compensation of mobility and threshold voltage temperature effects with applications in CMOS circuits[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Fundamental Theory and Applications,2001,48(7):876-884）。2003年，L Ka Nang等人利用CMOS工艺库中标准PMOS和NMOS器件设计了一种基于MOS技术的电压基准源电路，该基准源电路主要利用了PMOS器件和NMOS器件的阈值电压的温度特性相互抵消（L Ka Nang,P K T Mok.A CMOS voltage reference based on weightedΔV_GS for CMOS low-dropout linear regulators[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2003,38(1):146-150）。2007年，G De Vita等人，利用阈值电压和热电压的温度补偿效应，实现了一种基于MOS器件的电压基准源电路，在该基准源电路中，其偏置电流产生电路使用了CMOS工艺库所提供的高阈值电压MOS器件（V_TH=0.7V）（G De Vita,G Iannaccone.A Sub-1-V10ppm/℃Nanopower Voltage Reference Generator[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2007,42(7):1536-1542）。2011年，L Magnelli等人也提出了一种基于阈值电压和热电压温度补偿的电压基准源电路，其偏置电流产生电路同样也使用了多种阈值电压的MOS器件（L Magnelli,F Crupi,P Corsonello,C Pace,G Iannaccone.A2.6nW,0.45V Temperature-Compensated Subthreshold CMOS Voltage Reference[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2011,46(2):465-474）。