[发明专利]一种非带隙无电阻CMOS基准源

说明书

技术领域

本发明属于模拟电路技术领域，具体涉及一种基于NMOS管和PMOS管的阈值电压温度特性进行补偿的非带隙无电阻CMOS电压基准源。

背景技术

电压基准源广泛地运用于各种模拟集成电路和混合信号集成电路领域，其作用是提供一个不随温度和供电电压变化的参考电压。

模拟电路发展至今，带隙基准源是如今最成熟的基准源架构，其主要是利用三级管的基极-发射级电压随温度的变化特性产生的。标准的带隙基准源需要使用大量的三级管和电阻器件，这些器件会占用大量的版图面积，同时引入额外的噪声。带隙基准架构因自身的工作原理，输出电压一般稳定在1.2V左右，而在低功耗应用领域，供电电压已经降到1V以下，这使得带隙基准电压很难在这些领域下应用。针对这些问题，CMOS基准源被提出来。绝大部分的CMOS基准源是利用MOS器件工作在亚阈值区下的漏极电流随栅-源电压的变化关系得来的。单一地利用亚阈值MOS管进行正温电压补偿，需要很大尺寸比的MOS器件来实现，这会消耗大量的MOS管，增大电路的设计难度。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种无需PN结和电阻的CMOS基准源，该基准源利用MOS器件阈值电压的负温特性，构建温度稳定的无电阻基准电压。

本发明的技术方案为：

一种非带隙无电阻CMOS基准源，包括阈值电压提取电路和基准电压产生电路，其特征在于，所述阈值电压提取电路包括NMOS阈值电压提取电路和PMOS阈值电压提取电路，所述阈值电压提取电路将提取到的NMOS阈值电压V_THN和PMOS阈值电压V_THP输入基准电压产生电路后产生基准电压V_REF；

所述PMOS阈值电压提取电路包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5和第六PMOS管MP6；其中，第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3的尺寸比为2:1，第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5和第六PMOS管MP6的尺寸比为3:1:1；

第二NMOS管MN2的漏极接第四PMOS管MP4的栅极、第五PMOS管MP5的漏极和第六PMOS管MP6的源极，其栅极接第三NMOS管MN3的栅极、第一NMOS管MN1的栅极和漏极以及第三PMOS管MP3的漏极；第五PMOS管MP5的栅极接第六PMOS管MP6的栅极和漏极以及第三NMOS管MN3的漏极，第五PMOS管MP5的源极接第四PMOS管MP4的漏极、第三PMOS管MP3的栅极和第二PMOS管MP2的栅极；第一PMOS管MP1的栅极和漏极相连并连接第二PMOS管MP2的漏极，其连接点作为PMOS阈值电压提取电路的输出端输出PMOS阈值电压V_THP；第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3和第一PMOS管MP1的源极接地GND，第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4的源极接电源电压VDD；

所述NMOS阈值电压提取电路包括第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8和第九PMOS管MP9；其中，第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6和第七NMOS管MN7的尺寸比为1:1:2，第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8和第九PMOS管MP9的尺寸比为1:2:1；

第四NMOS管MN4的栅极接PMOS阈值电压提取电路中第一NMOS管NM1的栅极，其漏极接第七PMOS管MP7的栅极和漏极、第八PMOS管MP8的栅极以及第九PMOS管MP9的栅极；第五NMOS管MN5的源极接第六NMOS管MN6的漏极、第七NMOS管MN7的栅极和第八PMOS管MP8的漏极，其栅极和漏极短接并接第九PMOS管MP9的漏极和第六NMOS管MN6的栅极；第六NMOS管MN6的源极和第七NMOS管MN7的漏极相连，其连接点作为NMOS阈值电压提取电路的输出端输出NMOS阈值电压V_THN；第四NMOS管MN4和第七NMOS管的源极接地GND，第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8和第九PMOS管MP9的源极接电源电压VDD；第九PMOS管MP9的栅极输出偏置电压V_B。