[实用新型]一种带有负反馈的高性能CMOS电压基准源

说明书

本实用新型公开了一种带有负反馈的高性能CMOS电压基准源，涉及集成电路技术领域。该带有负反馈的高性能CMOS电压基准源，包括启动电路模块、电流源模块和有源负载模块，所述启动电路模块、电流源模块和有源负载模块之间依次连接；所述启动电路模块用于将电路保持在适当的工作点，并确保电路始终可以达到稳定状态；电流源模块在不使用特殊器件的情况下，用于产生一个与电子迁移率和温度平方成正比的偏置电流，且偏置电流较小，使得电流消耗的功率较小；有源负载模块通过引入负反馈产生低电压线性度和高电源抑制比的输出基准电压，同时具备低温度系数、低电压线性度、高电源抑制比，低功耗和较好工艺兼容性的优点。

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体为一种带有负反馈的高性能CMOS电压基准源。

背景技术

电压基准源作为当代模拟集成电路的重要组成部分，被广泛的应用于物联网、可穿戴设备和电源管理等领域。作为电源管理模块中最常用的模块，低压差线性稳压器和直流稳压器，均需要利用电压基准源来产生一个与工艺，电源电压和温度变化无关的参考电压，并且电压基准源输出基准电压的精度将直接影响这些模块相关性能的好坏。

常用于衡量电压基准源的几项指标有温度系数、电压线性度、电源抑制比、功耗和温度系数等。温度系数和电压线性度分别用于衡量温度和电压基准源变化对基准电压的影响；电源抑制比用于衡量电路抑制电源噪声的能力；功耗是衡量电路功率损耗的性能参数；变异系数用于衡量工艺影响电路性能的程度。

在电压基准源的设计过程中，为了获得一个与温度无关的输出基准电压，通常需要通过将正负温度系数加权相加，来得到具有温度补偿的输出基准电压。传统的电压基准源主要利用双极性晶体管(BJT)管基极-发射极电压的负温度系数和热电势的正温度系数，线性相加实现零温度系数，得到约为1.2V的参考电压。这使其电源电压将高于1.2V，难以实现低功耗。此外由于传统的电压基准源使用了电阻的电阻和双极性晶体管，这大大地增加了芯片面积。因此，CMOS电压基准源凭借其低功耗和低工艺灵敏度的优点，得到了广泛发展。基于电阻的CMOS电压基准源利用MOS管栅源电压差的正温度系数和阈值电压的负温度系数，线性加权相加得到零温度系数。该电路利用MOS管的亚阈值特性，降低了电路的功耗，但由于电路使用了电阻，芯片面积依旧很大。为了进一步减低芯片面积，基于高阈值电压的CMOS电压基准源被提出。该电压基准源利用高阈值MOS管和标准MOS管的阈值电压差的负温度系数和热电势的正温度系数，线性加权相加得到。由于没有使用电阻，芯片面积较小，但是由于使用了高阈值MOS管，这使得电路的工艺兼容性变差，成本变高。为了获得更好的温度稳定性和工艺兼容性，仅标准阈值电压MOS管的CMOS电压基准源被提出。由于仅使用了标准MOS管，电路获得了较好的工艺兼容性，但是该电路的电压线性度仍旧较差。

基于以上分析，在电压基准源的设计与研究过程中，很难涵盖电压基准源的所有关键特性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带有负反馈的高性能CMOS电压基准源，克服上述电压基准源不能涵盖所有关键性能的缺陷，同时具备低温度系数、低电压线性度、高电源抑制比，低功耗和较好工艺兼容性的优点。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种带有负反馈的高性能CMOS电压基准源，包括启动电路模块、电流源模块和有源负载模块，所述启动电路模块、电流源模块和有源负载模块之间依次连接。

所述启动电路模块用于将电路保持在适当的工作点，并确保电路始终可以达到稳定状态。

所述电流源模块在不使用特殊器件的情况下，用于产生一个与电子迁移率和温度平方成正比的偏置电流，且偏置电流较小，使得电流消耗的功率较小。

所述有源负载模块通过引入负反馈产生低电压线性度和高电源抑制比的输出基准电压。