[发明专利]全金属氧化物半导体场效应电晶体的电压参考电路

说明书

本发明是一种全金属氧化物半导体场效应电晶体的电压参考电路，包含第一串接支路，用以产生偏压电流，其包含连接于第一连接节点且串接的第一电流源与二极管连接形式的第一N型电晶体；第二串接支路，其包含串接的第二电流源、二极管连接形式的第二N型电晶体及第三N型电晶体，其中第二N型电晶体设于第二电流源与第三N型电晶体之间，且第二N型电晶体与第三N型电晶体连接于第二连接节点；第三串接支路，其包含串接的第三电流源与二极管连接形式的第四N型电晶体，连接于输出节点以提供参考电压；及放大器，其非反向节点连接至第一连接节点，反向节点连接至第二连接节点。第三N型电晶体的临界电压大于第二N型电晶体的临界电压。

技术领域

本发明是有关一种电压参考电路，特别是关于一种超低功率(ultra-low power)全金属氧化物半导体场效应电晶体(all-MOSFET)的电压参考电路。

背景技术

电压参考电路是一种产生固定电压(称为参考电压或Vref)的电子装置。理想上，参考电压不受制程变异(process variation)、电源供应电压及温度的影响。电压参考电路可适用于各种应用，例如电源供应、模拟至数字转换器(ADC)、数字至模拟转换器(DAC)及其他控制系统。

考量功率受到限制的应用(例如物联网(IoT))的功率消耗，需要使用低功率或超低功率的电压参考电路。刘阳(Yang Liu)等人提出“具0.027％/V线灵敏度的0.4伏特宽温度范围全金属氧化物半导体场效应电晶体次临界电压参考(A 0.4-V Wide TemperatureRange All-MOSFET Subthreshold Voltage Reference With 0.027％/V LineSensitivity)”，美国电机电子工程师学会电路与系统会刊II：简报(IEEE Transactionson Circuits and Systems II:Express Briefs)，第65册，第8号，第969～973页，2018年八月，其内容视为本说明书的一部分。刘的电压参考电路仅使用金属氧化物半导体场效应电晶体(MOSFET)，不含双极性接面电晶体(BJT)与电阻器。然而，刘的电压参考电路容易受到制程变异的影响。在一些极端的制程参数(process corner)，刘的电压参考电路所产生的参考电压的百分比误差(percentage error)可高达50％。

因此亟需提出一种新颖的电压参考电路，以产生具有低百分比误差的参考电压。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种全金属氧化物半导体场效应电晶体(all-MOSFET)的电压参考电路，所产生的参考电压具有稳定偏压电流与低百分比误差的参考电压。

根据本发明的实施例，全金属氧化物半导体场效应电晶体的电压参考电路包含第一串接支路、第二串接支路、第三串接支路及放大器。第一串接支路用以产生偏压电流，且包含串接的第一电流源与二极管连接形式的第一N型电晶体，其连接于第一连接节点，且位于电源供应电压与地之间。第二串接支路包含串接的第二电流源、二极管连接形式的第二N型电晶体及第三N型电晶体，其中第二N型电晶体设于第二电流源与第三N型电晶体之间，第二N型电晶体与第三N型电晶体连接于第二连接节点，且第二N型电晶体与第三N型电晶体的闸极连接在一起。第三串接支路包含串接的第三电流源与二极管连接形式的第四N型电晶体，连接于输出节点以提供参考电压，且偏压电流镜射至第三电流源。放大器的非反向节点连接至第一连接节点，且反向节点连接至第二连接节点。第三N型电晶体的临界电压大于第二N型电晶体的临界电压。

较佳地，该第三N型电晶体包含适用于较高电源供应电压的金属氧化物半导体场效应电晶体，该较高电源供应电压高于该全金属氧化物半导体场效应电晶体的电压参考电路的电源供应电压。

较佳地，该第二N型电晶体包含适用于该全金属氧化物半导体场效应电晶体的电压参考电路的电源供应电压。

较佳地，该第一N型电晶体使用具有标准型态临界电压的金属氧化物半导体场效应电晶体，该标准型态临界电压大于中等型态临界电压。