低功耗電壓源電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種低功耗電壓源電路，其包括第一支路與第二支路，第一支路產生一偏置電壓輸入至第二支路；第一支路由i個二極管連接的場效應管串聯組成；第二支路包括第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管、第四場效應管及第五場效應管，且第二場效應管與第三場效應管串聯連接，第四場效應管與第五場效應管串聯連接；第一場效應管的柵極與第j個場效應管的漏極連接，第一場效應管的源極與第二場效應管連接，第一場效應管的漏極與第五場效應管連接，第二場效應管與第三場效應管的連接點輸出基準電壓；i為大于1的正整數，j∈(2，i?1)，且j為正整數。本發明的低功耗電壓源電路的各個場效應管均工作在亞閾區，靜態電流很低，并能產生與溫度無關的基準電壓，降低了功耗。
【專利說明】
低功耗電壓源電路
技術領域
[0001] 本發明設及集成電路領域，更具體地設及一種低功耗電壓源電路。
【背景技術】
[0002] 傳統電壓源電路一般采用帶隙基準來實現，如圖1所示為現有技術的電壓源電路 的結構圖。場效應14、15、16、17，^極管91，^極管組92及電阻31將產生具有正溫度系數的 電流11(溫度升高電流增大），其中，=極管組Q2由n個=極管并聯而成；由于=極管組Q2的 S極管的個數為S極管Ql的n倍，則可W得出11 = (VTlnnVRl;其中，VT為熱電壓值，與溫度 成線性關系。場效應管M8、S極管Q3及電阻R2組成輸出級。且電流Il經場效應管M5鏡像到場 效應管M8形成電流12,使得11 = 12,電流12流過電阻R2形成正溫度系數電壓Vr2= (VTlnn) X (R2/R1)，該電壓與負溫度系數電壓Vbe3相加即可產生與溫度無關的基準電壓VREF，VREF = VBE3+(VTlnn) X (R2/R1);其中，￥8￡3是；極管Q3的基極-發射極電壓。
[0003] 如上述，帶隙基準電壓源電路主要目的是生成與溫度無關的基準電壓，運需要電 路中各場效應管均工作在飽和區，且各=極管均工作在線性區。從而導致需要消耗較大的 靜態電流W維持運些器件處于正確的工作狀態。若要減小電流，可W通過增大電阻來實現， 則會一定程度上增大面積，為了兼顧器件的工作狀態，電流降低的幅度也是有限的。而根據 所實現的工藝和電路指標的不同，帶隙基準電路一般靜態電流為化A至20yA。運對于一些低 功耗應用來說，yA級的功耗仍然過大。
[0004] 因此，有必要提供一種低功耗電壓源電路來克服上述缺陷。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種低功耗電壓源電路，本發明的低功耗電壓源電路的各個 場效應管均工作在亞闊區，靜態電流很低，并能產生與溫度無關的基準電壓，降低了功耗。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供了一種低功耗電壓源電路，其包括第一支路與第二 支路，所述第一支路產生一偏置電壓輸入至所述第二支路;所述第一支路由i個場效應管串 聯組成，且i個所述場效應管的連接方式均為二極管連接的方式，外部電源輸入第1個所述 場效應管，第i個所述場效應管接地;所述第二支路包括第一場效應管、第二場效應管、第= 場效應管、第四場效應管及第五場效應管，且所述第二場效應管與第=場效應管串聯連接， 所述第四場效應管與第五場效應管串聯連接，外部電源輸入所述第四場效應管，所述第= 場效應管接地;所述第一場效應管的柵極與第j個所述場效應管的漏極連接，所述第一場效 應管的源極與所述第二場效應管連接，所述第一場效應管的漏極與所述第五場效應管連 接，所述第二場效應管與所述第=場效應管的連接點輸出基準電壓；i為大于1的正整數，j ￡(2，1-1)，且^'為正整數。
[0007] 較佳地，所述第二場效應管、第=場效應管、第四場效應管及第五場效應管的連接 方式均為二極管連接方式。
[000引較佳地，所述二極管連接的場效應管的連接方式為:所述場效應管的柵極與漏極 共同連接。
[0009] 較佳地，所述第一場效應管、第二場效應管、第=場效應管、第四場效應管、第五場 效應管及所述第一支路中的i個場效應管均為倒比管。
[0010] 較佳地，所述第一場效應管與第=場效應管為N型場效應管，所述第二場效應管為 P型場效應管;所述第一場效應管的源極與所述第二場效應管的源極連接，所述第二場效應 管的漏極與所述第=場效應管的漏極連接并輸出基準電壓。
[0011] 較佳地，當設定輸出的基準電壓越大，j的取值越小；當設定輸出的基準電壓越小， j的取值越大。
[0012] 較佳地，所述第一支路的i個場效應管均為相同型號的場效應管;且，第1個所述場 效應管的源極與外部電源連接、第i個所述場效應管的漏極接地，或，第1個所述場效應管的 漏極與外部電源連接、第i個所述場效應管的源極接地。
[0013] 較佳地，所述第四場效應管與第五場效應管均為相同型號的場效應管;且，所述第 四場效應管的源極與外部電源連接、所述第五場效應管的漏極與所述第一場效應管的漏極 連接，或，所述第四場效應管的漏極與外部電源連接、所述第五場效應管的源極與所述第一 場效應管的漏極連接。
[0014] 與現有技術相比，本發明的低功耗電壓源電路可通過調節所述第二支路中的第一 場效應管、第二場效應管及第=場效應管的寬長比可使得所述第一支路的各個場效應管均 工作在亞闊區，同樣的，可通過調節所述第一支路的各個場效應管的個數及寬長比而使所 述第二支路的各個場效應管均工作在亞闊區，不僅降低了整個電路的功耗，而且使得輸出 的基準電壓與溫度無關。
[0015] 通過W下的描述并結合附圖，本發明將變得更加清晰，運些附圖用于解釋本發明 的實施例。
【附圖說明】
[0016] 圖1為現有技術的電壓源電路的結構圖。
[0017] 圖2為本發明低功耗電壓源電路一個實施例的結構圖。
[0018] 圖3為本發明一實施例的仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0019] 現在參考附圖描述本發明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。如 上所述，本發明提供了一種低功耗電壓源電路，本發明的低功耗電壓源電路的各個場效應 管均工作在亞闊區，靜態電流很低，并能產生與溫度無關的基準電壓，降低了功耗。
[0020] 請參考圖2,描述本發明低功耗電壓源電路的實施例。圖2為本發明低功耗電壓源 電路一個實施例的結構圖，如圖所示，本發明的低功耗電壓源電路包括第一支路與第二支 路，所述第一支路產生一偏置電壓Vbias輸入至所述第二支路;所述第一支路由i個場效應管 (MSUMS2……MSi)串聯組成，即相鄰兩場效應管的源極與漏極連接，且i個所述場效應管 (MSUMS2……MSi)的連接方式均為二極管連接的方式，外部電源VDD輸入第1個所述場效應 管MSl，第i個所述場效應管MSi接地;所述第二支路包括第一場效應管Ml、第二場效應管M2、 第S場效應管M3、第四場效應管M4及第五場效應管M5,且所述第二場效應管M2與第S場效 應管M3串聯連接，所述第四場效應管M4與第五場效應管M5串聯連接，外部電源VDD輸入所述 第四場效應管M4，所述第S場效應管M3接地;所述第一場效應管Ml的柵極與第j個所述場效 應管的漏極連接，所述第一場效應管Ml的源極與所述第二場效應管M2連接，所述第一場 效應管Ml的漏極與所述第五場效應管M5連接，所述第二場效應M2管與所述第S場效應管M3 的連接點輸出基準電壓VREF;其中i為大于1的正整數，j G (2，i-l)，且j為正整數，且i的取 值可根據整個電路對功耗的要求而具體選擇，當電路需要功耗越低時，i的取值則越大，反 之亦然。另外，作為本發明的一個優選實施方式，所述第二場效應管M2、第S場效應管M3、第 四場效應管M4及第五場效應管的M5連接方式均為二極管連接方式;具體地，所述二極管連 接的場效應管的連接方式為:所述場效應管的柵極與漏極連接，具體如圖2所示，外部電源 VDD輸入所述場效應管的柵極與源極還是漏極連接，則依場效應管為P型還是N型而定。如上 所述，可通過調節所述第二支路中的第一場效應管Ml、第二場效應管M2及第S場效應管M3 的寬長比可使得所述第一支路的各個場效應管均工作在亞闊區，同樣的，可通過調節所述 第一支路的各個場效應管的個數及寬長比而使所述第二支路的各個場效應管均工作在亞 闊區，不僅降低了整個電路的功耗，而且使得輸出的基準電壓VREF與溫度無關。
[0021] 具體地，作為本發明的優選實施方式，所述第一場效應管Ml與第S場效應管M3為N 型場效應管，所述第二場效應管M2為P型場效應管;所述第一場效應管Ml的源極與所述第二 場效應管M2的源極連接，所述第二場效應管M2的漏極與所述第S場效應管M3的漏極連接并 輸出基準電壓VREF;其中，所述基準電壓VREF的大小可通過調節j的取值來控制，具體地，當 設定輸出的基準電壓VR邸值越大，j的取值越小；當設定輸出的基準電壓VREF越小，j的取值 越大，從而在實際應用中，可根據實際設定的基準電壓VREF的大小而靈活選擇j的取值。另 夕h本發明的低功耗電壓源電路中的各個所述場效應管均為倒比管，也就是，i個場效應管 (MSUMS2……MSi)、所述第一場效應管Ml、第二場效應管M2、第S場效應管M3、第四場效應 管M4及第五場效應管M5均為倒比管，也即是各場效應管的寬長比的比值均很小。
[0022] 在本實施例中，所述第一支路的i個場效應管(MS1、MS2……MSi)均為相同型號的 場效應管;且，第1個所述場效應管MSl的源極與外部電源VDD連接、第i個所述場效應管MSi 的漏極接地，或，第1個所述場效應管MSl的漏極與外部電源VDD連接、第i個所述場效應管 MSi的源極接地。具體地，當所述第一支路的i個場效應管(MSI、MS2……MSi)均為P型管時， 則第1個所述場效應管MSl的源極與外部電源VDD連接、第i個所述場效應管MSi的漏極接地 (如圖2所示）；而當所述第一支路的i個場效應管(MSUMS2……MSi)均為N型管時，則第1個 所述場效應管MSl的漏極與外部電源VDD連接、第i個所述場效應管MSi的源極接地（圖未 示）。所述第四場效應管M4與第五場效應管M5均為相同型號的場效應管；且，所述第四場效 應管M4的源極與外部電源VDD連接、所述第五場效應管M5的漏極與所述第一場效應管Ml的 漏極連接;或，所述第四場效應管M4的漏極與外部電源VDD連接、所述第五場效管M5的源極 與所述第一場效應管Ml的漏極連接;具體地，當所述第四場效應管M4與第五場效應管M5均 為P型管時，則，所述第四場效應管M4的源極與外部電源VDD連接、所述第五場效應管M5的漏 極與所述第一場效應管Ml的漏極連接（圖未示），而當所述第四場效應管M4與第五場效應管 M5均為N型管時，則，所述第四場效應管M4的漏極與外部電源V孤連接、所述第五場效管M5的 源極與所述第一場效應管Ml的漏極連接，如圖2所示。
[0023] 如上所述，本發明的低功耗電壓源電路的第一支路與第二支路中的各場效應管均 為倒比管，從而通過調節第一支路串聯的場效應管的個數及場效應管的寬長比，可W確保 第二支路中的所有場效應管均工作在亞闊區；相應地，調節第二支路中各場效應管的寬長 比W及電壓Vbias的大小可W使第一支路的各場效應管均工作在亞闊區，因此，整個電路的 靜態電流很低，并能產生與溫度無關的基準電壓VREF，降低了功耗。
[0024] 請再結合參考圖2,描述本發明低功耗電壓源電路的工作原理。
[0025] 如圖2所示，設第一場效應管Ml的源極與第二場效應管M2的源極的節點電位為Vx, 流過第一場效應管Ml、第二場效應管M2、第S場效應管M3的電流為IX。設第一場效應管Ml、 W IVi IV。 第二場效應管M2、第S場效應管M3的寬長比分別為闊值電壓分別為Vthi、 Vth2、Vth3。令Ki'=mC日Xi(m為第i個所述場效應管MSi的遷移率，Coxi為第i個所述場效應管 MSi的氧化層厚度）。根據亞闊區場效應管電流公式可得：
[0026]
[0027]其中m、n2、n3分別為第一場效應管Ml、第二場效應管M2、第S場效應管M3的亞闊值 斜率修正因子。Vt為熱電壓，為一常量。
[002引通過上述公式，可W消去Vx,得到Vref的表達式為：
[0030] 上式中，ni、n2、ri3為常數，與溫度相關的參數包括^%1、'\%2、'\%3、￥1'，運些參數的溫 度系數都是線性的。
[0031] 從上式的分子可W看出，通過調整第一場效應管Ml、第二場效應管M2、第S場效應 管M3的寬長比，可W實現VREF溫度系數為零。如圖2所示，電壓VBIAS是i個二極管連接的場 效應管某一個節點的電位，如圖所示為第j個所述場效應管MSj的漏極電壓，它的溫度系數 接近零，從而可W輸出與溫度無關的基準電壓VREF。
[0032] 如圖3所示的仿真波形圖為采用0.1如m的CMOS工藝實現的圖2所示實施例直流仿 真結果。其中，外部電源電壓VDD = 3V。在-40°C~125°C范圍內，基準電壓VREF變化僅為 2.42ppm〇
[0033] W上結合最佳實施例對本發明進行了描述，但本發明并不局限于W上掲示的實施 例，而應當涵蓋各種根據本發明的本質進行的修改、等效組合。
【主權項】
1. 一種低功耗電壓源電路，其特征在于，包括第一支路與第二支路，所述第一支路產生 一偏置電壓輸入至所述第二支路;所述第一支路由i個場效應管串聯組成，且i個所述場效 應管的連接方式均為二極管連接的方式，外部電源輸入第1個所述場效應管，第i個所述場 效應管接地;所述第二支路包括第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管、第四場效應 管及第五場效應管，且所述第二場效應管與第三場效應管串聯連接，所述第四場效應管與 第五場效應管串聯連接，外部電源輸入所述第四場效應管，所述第三場效應管接地;所述第 一場效應管的柵極與第j個所述場效應管的漏極連接，所述第一場效應管的源極與所述第 二場效應管連接，所述第一場效應管的漏極與所述第五場效應管連接，所述第二場效應管 與所述第三場效應管的連接點輸出基準電壓；i為大于1的正整數，」^(2，1-1)，且」為正整 數。2. 如權利要求1所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，所述第二場效應管、第三場效 應管、第四場效應管及第五場效應管的連接方式均為二極管連接方式。3. 如權利要求2所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，所述二極管連接的場效應管的 連接方式為:所述場效應管的柵極與漏極共同連接。4. 如權利要求3所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，所述第一場效應管、第二場效 應管、第三場效應管、第四場效應管、第五場效應管及所述第一支路中的i個場效應管均為 倒比管。5. 如權利要求3所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，所述第一場效應管與第三場效 應管為N型場效應管，所述第二場效應管為P型場效應管;所述第一場效應管的源極與所述 第二場效應管的源極連接，所述第二場效應管的漏極與所述第三場效應管的漏極連接并輸 出基準電壓。6. 如權利要求3所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，當設定輸出的基準電壓越大，j 的取值越小；當設定輸出的基準電壓越小，j的取值越大。7. 如權利要求3所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，所述第一支路的i個場效應管 均為相同型號的場效應管;且，第1個所述場效應管的源極與外部電源連接、第i個所述場效 應管的漏極接地，或，第1個所述場效應管的漏極與外部電源連接、第i個所述場效應管的源 極接地。8. 如權利要求3所述的低功耗電壓源電路，其特征在于，所述第四場效應管與第五場效 應管均為相同型號的場效應管;且，所述第四場效應管的源極與外部電源連接、所述第五場 效應管的漏極與所述第一場效應管的漏極連接，或，所述第四場效應管的漏極與外部電源 連接、所述第五場效應管的源極與所述第一場效應管的漏極連接。
【文檔編號】G05F3/26GK106020330SQ201610584914
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發明人】蔡化
【申請人】四川和芯微電子股份有限公司