[发明专利]一种低功耗电压基准电路

说明书

本发明提出了一种低功耗电压基准电路，是一种无环路、无须启动电路、无须运放、无须电阻的低功耗电压基准电路，该电路可以产生一个与温度几乎无关的基准电压，相对于传统带隙基准电路而言，本发明未使用到电阻，版图面积大大减小，无环路不存在稳定性的问题，无需启动电路使得电路结构得到简化，未使用运算放大器使得电路的功耗变得更低。本发明提出的电压基准电路适合用于低功耗芯片之内。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，更具体地，涉及一种低功耗电压基准电路。

背景技术

为了保证芯片在规定的温度范围内仍然能保持正常的工作状态，几乎所有的集成电路中都需要使用到一个与温度无关的基准电压。常用的方法是采用带隙基准源来实现，其原理是运用两个温度系数相反的电压相加得到一个近似为零温的带隙基准电压，但是，在低功耗芯片当中，传统的带隙基准源结构存在众多的缺点，需要提出新的适合应用于低功耗环境的电压基准源。

传统结构的带隙基准电路如图1所示，PMOS管P1、P2、P3作为电流镜使用且尺寸一致，AMP为运算放大器，用于钳位同相端与反相端的电压值，电阻R1A与电阻R1B的阻值相等阻值为R1，三极管Q1的发射极面积是三极管Q2发射极面积的K倍。

运算放大器AMP工作在深度负反馈的状态，使得电压VA＝VB，使得流过电阻R0的电流为一个与温度呈正相关的电流，通过调节电阻R0、R1A和R1B、R2的阻值R0、R1、R2，可以输出一个与温度无关的基准电压。因此，基准电压Vref的表达式如式(S1)所示：

在低功耗的应用环境中，带隙基准源存在众多缺点：运算放大器需要单独提供偏置电流，且同相端与反相端之间存在失调电压，会使得在理论的计算时产生一定偏差，其次，低功耗时各个支路上的电流都非常小，只有纳安级，因此使用到的电阻的阻值必然会很大，使得版图面积增大，电阻失配也更加明显再者，电路中存在环路，有不稳定的风险，最后，该电路存在简并点，需要增加额外的启动电路。因此，该传统的带隙基准结构已经不再适用于低功耗的应用环境，需要提出新的电路结构，来解决以上存在的问题。

发明内容

本发明提出了一种无环路、无须启动电路、无须运放、无须电阻的低功耗电压基准电路，该电路可以产生一个与温度几乎无关的基准电压，相对于传统带隙基准电路而言，本发明未使用到电阻，版图面积大大减小，无环路不存在稳定性的问题，无需启动电路使得电路结构得到简化，未使用运算放大器使得电路的功耗变得更低。本发明提出的电压基准电路适合用于低功耗芯片之内。

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。

进一步的，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。