[发明专利]一种低功耗电压基准电路

权利要求书

1.一种低功耗电压基准电路，包括：电流基准源、第一电流镜、第二电流镜和输出电压基准电路模块，所述电流基准源连接第一电流镜，所述第一电流镜连接第二电流镜和输出电压基准电路模块，所述第二电流镜连接输出电压基准电路模块，其特征在于：所述电流基准源由NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4串联组成，电流基准源为第一电流镜、第二电流镜和输出电压基准电路模块提供偏置电流，第一电流镜由PMOS管PM1、PM2、PM3并联组成，第二电流镜由NMOS管NM5、NM7、NM9并联组成，输出电压基准电路模块由NMOS管NM6、NM8和电压基准输出端Vref组成，NM1、NM2、NM3、NM4各自的栅极连接的同时NM1的栅极接地，NM1、NM2、NM3、NM4各自相邻的源极和漏极连接的同时NM4的漏极连接PM1的源极，PM1、PM2、PM3的栅极相连接，PM1、PM2、PM3的源极接电源，PM2的漏极连接NM5的漏极，NM5的源极接地，PM3的漏极连接三极管Q1的发射极，三极管Q1接成二极管的结构，即三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极相连并接地，三极管Q1的发射极还连接有NM6的栅极，NM6的源极连接NM7的漏极和NM8的栅极，NM7的源极接地，NM8的源极连接电压基准输出端Vref和NM9的漏极，NM9的源极接地，NM6的漏极和NM8的漏极接电源。

2.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM6、NM8为耗尽型MOS管，其他MOS管NM5、NM7、NM9均为增强型MOS管。

3.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：所有的MOS管均工作在亚阈值区。

4.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：由MOS管的电流公式可以得出一个工作在亚阈值区的耗尽型MOS管的栅极与源极之间的电压VGS的表达式(S2)为：

其中，Vth为耗尽型NMOS管的阈值电压且为负值，n为亚阈值斜率修正因子，VT为热电压，ID为此时流过此耗尽型NMOS管NM1的电流，W为耗尽型NMOS管的导电沟道宽度，L为耗尽型NMOS管的导电沟道长度，μ_n为电子迁移率，C_OX为单位面积栅氧电容。

5.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：PMOS管PM1、PM2、PM3的宽长比之比为1：K：1，NMOS管NM5、NM7、NM9的宽长比之比为1：N：M。

6.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：由于NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4、NM6、NM8耗尽型的NMOS管阈值电压为负值，耗尽管的栅源接在电源地同样使得MOS管导通，产生偏置电流。

7.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：NM6的栅极电压即为三极管Q1的发射极-基极之间的电压VBE，故电压基准输出端Vref的值的公式表示为VBE-VGS6-VGS8,VGS6为NMOS管NM6栅极与源极之间的电压，VGS8为NMOS管NM8栅极与源极之间的电压，假设NM1、NM2、NM3、NM4所产生的偏置电流为I，则根据各个电流镜之间的比例，最终可以求出Vref的表达式如(S3)所示：

由式(S3)可以看到，第一项VBE与温度呈负相关，第二项和第三项|Vth6|、|Vth8|与温度呈正相关，最后一项是与温度呈高阶项关系，因此通过调节N、M、K的值和NMOS管NM6、NM8的宽长比，可以使得最后一项给VBE的温度系数做了高阶补偿，从而得到了一个近似与温度无关的基准电压。

8.如权利要求1所述的低功耗电压基准电路，其特征在于：电流基准源的NMOS管串联的数量越多产生的偏置电流越小。