一种低功耗低线性灵敏度基准电压源

摘要

本发明提供了一种低功耗低线性灵敏度基准电压源，其包括线性灵敏度补偿电路和低功耗基准电压产生电路。本发明通过线性灵敏度补偿电路对低功耗基准电压产生电路中MOS管的漏致势垒降低效应进行一阶线性灵敏度电流补偿，有效降低了输出基准电压的线性灵敏度。本发明通过电路结构设置，低功耗基准电压产生电路中的主要MOS管均工作于弱反型区，可实现基准电压源电路在低供电电压下，低功耗运行。

说明书

技术领域

本发明涉及基准电压源电路系统的设计，尤其涉及的是，一种低功耗低线性灵敏度基准电压源的设计。

背景技术

随着集成电路技术的发展，纳瓦级或皮瓦级功耗的基准电压源电路越来越多的应用于集成电路设计中。纳瓦级或皮瓦级功耗的基准电压源电路通常工作于0.5V甚至更低的供电电压下，为实现基准电压源电路的低功耗正常运行创造条件。当针对低功耗设计的基准电压源电路应用于精密测量仪器电路时，其线性灵敏度通常无法满足电路的需求，进而对精密测量仪器的测量精度产生影响。本发明针对上述问题，提出了一种低功耗下同时具有低线性灵敏的的基准电压源电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗低线性灵敏度基准电压源。

本发明的技术方案如下：

一种低功耗低线性灵敏度基准电压源包括线性灵敏度补偿电路和低功耗基准电压产生电路。线性灵敏度补偿电路包括MOS管M1至M14。低功耗基准电压产生电路包括MOS管M15至M25，电容C1，输出端口Vref。线性灵敏度补偿电路对低功耗基准电压产生电路进行一阶线性灵敏度电流补偿，以取消供电电压变化对低功耗基准电压产生电路中MOS管阈值电压的影响，进而降低电路中偏置电流和输出基准电压的线性灵敏度。低功耗基准电压产生电路中的主要MOS管均工作于弱反型区，可实现低供电电压下，低功耗运行。低功耗基准电压产生电路针对降低线性灵敏度设置了反馈补偿回路，有效降低了电路中MOS管由于沟道长度调制效应引起的输出基准电压线性灵敏度的升高，进一步实现了基准电压稳定精准的输出。

一种低功耗低线性灵敏度基准电压源中，线性灵敏度补偿电路包括MOS管M1至M14。线性灵敏度补偿电路主要是针对低功耗基准电压产生电路中MOS管的漏致势垒降低效应进行一阶线性灵敏度电流补偿。通过调整MOS管M1的导电沟道长度L1及宽长比K1，MOS管M3的宽长比K3，MOS管M6的宽长比K6，MOS管M10的宽长比K10，MOS管M14的宽长比K14，MOS管M22的导电沟道长度L22及宽长比K22，使得L22·K22·K6/k10-L1·k1·k3/k14＝0。在MOS管M1至M14的电路连接结构及上述电路参数设置的基础上，线性灵敏度补偿电路可输出线性灵敏度补偿电流，并通过MOS管M13的漏极与MOS管M22的漏极的连接结构输入到低功耗基准电压产生电路中，以消除由供电电压变化引起的低功耗基准电压产生电路中MOS管的漏致势垒降低效应，进而降低低功耗基准电压产生电路中偏置电流和输出基准电压的线性灵敏度。通过线性灵敏度补偿电路产生补偿电流对低功耗基准电压产生电路进行一阶线性灵敏度电流补偿的方式，避免了MOS管M18和M22导电沟道长度的增加，进而减少了电路芯片占用面积的增大以及PN结漏电流对电路的影响。

线性灵敏度补偿电路中，MOS管M1的源极连接电源VDD，MOS管M1的栅极连接MOS管M4的栅极，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的漏极。MOS管M2的漏极连接MOS管M2的栅极，MOS管M2栅极连接MOS管M1的漏极，MOS管M2的源极连接MOS管M3的漏极。MOS管M3的漏极连接MOS管M3的栅极，MOS管M3的栅极连接MOS管M14的栅极，MOS管M3源极接地。MOS管M4的源极连接电源，MOS管M4的栅极连接MOS管M5的栅极，MOS管M4的漏极连接MOS管M5的源极。MOS管M5的的源极连接MOS管M4的漏极，MOS管M5的栅极连接MOS管M8的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M6的漏极。MOS管M6的漏极连接MOS管M5的栅极，MOS管M6的栅极连接MOS管M10的栅极，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极。MOS管M7的漏极连接MOS管M12的栅极，MOS管M7的栅极连接MOS管M11的栅极，MOS管M7的源极接地。MOS管M8的源极连接电源VDD，MOS管M8的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M8的漏极连接MOS管M9的源极。MOS管M9的源极连接MOS管M9的栅极，MOS管M9的栅极连接MOS管M8的漏极，MOS管M9的漏极连接MOS管M10的漏极。MOS管M10的漏极连接MOS管M10的栅极，MOS管M10的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M10的源极连接MOS管M11的漏极。MOS管M11的漏极连接MOS管M11的栅极，MOS管M11的栅极连接MOS管M10的源极，MOS管M11的源极接地。MOS管M12的漏极连接MOS管M9的漏极，MOS管M12的栅极连接MOS管M6的源极，MOS管M12的源极接地。MOS管M13的漏极连接MOS管M22的漏极，MOS管M13的栅极连接MOS管M10的漏极，MOS管M13的源极连接MOS管M14的漏极。MOS管M14的漏极连接MOS管M13的源极，MOS管M14的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M14的源极接地。

一种低功耗低线性灵敏度基准电压源中，低功耗基准电压产生电路包括MOS管M15至M25，电容C1，输出端口Vref。其中，MOS管M18、M22、M23为薄氧化层金属氧化物MOS管。MOS管M17、M20、M24、M25为厚氧化层金属氧化物MOS管。MOS管M22的导电沟道长度要大于M1的导电沟道长度，以使M22的电压系数大于M1的电压系数。MOS管M22的宽长比要大于M1的宽长比，以使M22漏极输出的偏置电流大于一阶线性灵敏度补偿电流。通过低功耗基准电压源电路结构设置，电路中的主要MOS管均工作于弱反型区。在低功耗基准电压源电路结构设置的基础上，通过选择合适的MOS管M23、M24和M25的宽长比，可对输出的基准电压进行一阶温度补偿，使输出的基准电压基本不受温度变化的影响。由于MOS管M22、M23与M24、M25为不同氧化层厚度的MOS管，MOS管M22、M23、M24、M25的弱反型区斜率因子存在一定差值，在漏致势垒降低效应的影响下，输出基准电压的线性灵敏较高，需要进行线性灵敏度电流补偿。MOS管M18、M19、M20、M21、电容C1连接构成反馈补偿回路，有效降低了电路中MOS管由于沟道长度调制效应引起的输出基准电压线性灵敏度的升高，进一步降低了输出基准电压的线性灵敏度。

低功耗基准电压产生电路中，MOS管M15的源极连接电源VDD，MOS管M15的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极。MOS管M16的漏极连接MOS管M15的漏极，MOS管M16的栅极连接MOS管M23的栅极，MOS管M16的源极连接MOS管M17的漏极。MOS管M17的漏极连接MOS管M16的源极，MOS管M17的栅极连接MOS管M24的源极，MOS管M17的源极接地。MOS管M18的源极连接电源VDD，MOS管M18栅极连接MOS管M22的栅极，MOS管M18的漏极连接MOS管M19的源极。MOS管M19的源极连接MOS管M21的栅极，MOS管M19的栅极连接MOS管M20的栅极，MOS管M19的漏极连接MOS管M20的漏极。MOS管M20的漏极连接MOS管M19的漏极，MOS管M20的栅极连接MOS管M23的源极，MOS管M20的源极接地。MOS管M21的源极连接MOS管M18的栅极，MOS管M21的栅极连接MOS管M18的漏极，MOS管M21的漏极连接电容C1的上端，电容C1的下端接地。MOS管M22的源极连接电源VDD，MOS管M22的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M22的漏极连接MOS管M23的漏极。MOS管M23的漏极连接MOS管M13的漏极，MOS管M23的栅极连接MOS管M23的漏极，MOS管M23的源极连接MOS管M24的漏极。MOS管M24的漏极连接输出端口Vref，MOS管M24的栅极连接MOS管M24的漏极，MOS管M24的源极连接MOS管M25的漏极。MOS管M25的漏极连接MOS管M17的栅极，MOS管M25的栅极连接MOS管M23的栅极，MOS管M25的源极接地。

本发明提供了一种低功耗低线性灵敏度基准电压源。本发明通过线性灵敏度补偿电路对低功耗基准电压产生电路中MOS管的漏致势垒降低效应进行一阶线性灵敏度电流补偿，有效降低了输出基准电压的线性灵敏度。本发明通过电路结构设置，低功耗基准电压产生电路中的主要MOS管均工作于弱反型区，可实现低供电电压下，低功耗运行。本发明通过对基准电压产生电路进行一阶线性灵敏度电流补偿，有效减少了电路芯片占用面积的增大以及PN结漏电流对电路的影响。

附图说明

图1为本发明的电路结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。

如图1所示，本发明包括线性灵敏度补偿电路和低功耗基准电压产生电路。线性灵敏度补偿电路包括MOS管M1至M14。低功耗基准电压产生电路包括MOS管M15至M25，电容C1，输出端口Vref。线性灵敏度补偿电路对低功耗基准电压产生电路进行一阶线性灵敏度电流补偿，以取消供电电压变化对低功耗基准电压产生电路中MOS管阈值电压的影响，进而降低电路中偏置电流和输出基准电压的线性灵敏度。低功耗基准电压产生电路中的主要MOS管均工作于弱反型区，可实现低供电电压下，低功耗运行。低功耗基准电压产生电路针对降低线性灵敏度设置了反馈补偿回路，有效降低了电路中MOS管由于沟道长度调制效应引起的输出基准电压线性灵敏度的升高，进一步实现了基准电压稳定精准的输出。

如图1所示，线性灵敏度补偿电路包括MOS管M1至M14。线性灵敏度补偿电路主要是针对低功耗基准电压产生电路中MOS管的漏致势垒降低效应进行一阶线性灵敏度电流补偿。通过调整MOS管M1的导电沟道长度L1及宽长比K1，MOS管M3的宽长比K3，MOS管M6的宽长比K6，MOS管M10的宽长比K10，MOS管M14的宽长比K14，MOS管M22的导电沟道长度L22及宽长比K22，使得L22·K22·K6/k10-L1·k1·k3/k14＝0。在MOS管M1至M14的电路连接结构及上述电路参数设置的基础上，线性灵敏度补偿电路可输出线性灵敏度补偿电流，并通过MOS管M13的漏极与MOS管M22的漏极的连接结构输入到低功耗基准电压产生电路中，以消除由供电电压变化引起的低功耗基准电压产生电路中MOS管的漏致势垒降低效应，进而降低低功耗基准电压产生电路中偏置电流和输出基准电压的线性灵敏度。通过线性灵敏度补偿电路产生补偿电流对低功耗基准电压产生电路进行一阶线性灵敏度电流补偿的方式，避免了MOS管M18和M22导电沟道长度的增加，进而减少了电路芯片占用面积的增大以及PN结漏电流对电路的影响。

如图1所示，MOS管M1的源极连接电源VDD，MOS管M1的栅极连接MOS管M4的栅极，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的漏极。MOS管M2的漏极连接MOS管M2的栅极，MOS管M2栅极连接MOS管M1的漏极，MOS管M2的源极连接MOS管M3的漏极。MOS管M3的漏极连接MOS管M3的栅极，MOS管M3的栅极连接MOS管M14的栅极，MOS管M3源极接地。MOS管M4的源极连接电源，MOS管M4的栅极连接MOS管M5的栅极，MOS管M4的漏极连接MOS管M5的源极。MOS管M5的的源极连接MOS管M4的漏极，MOS管M5的栅极连接MOS管M8的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M6的漏极。MOS管M6的漏极连接MOS管M5的栅极，MOS管M6的栅极连接MOS管M10的栅极，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极。MOS管M7的漏极连接MOS管M12的栅极，MOS管M7的栅极连接MOS管M11的栅极，MOS管M7的源极接地。MOS管M8的源极连接电源VDD，MOS管M8的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M8的漏极连接MOS管M9的源极。MOS管M9的源极连接MOS管M9的栅极，MOS管M9的栅极连接MOS管M8的漏极，MOS管M9的漏极连接MOS管M10的漏极。MOS管M10的漏极连接MOS管M10的栅极，MOS管M10的栅极连接MOS管M13的栅极，MOS管M10的源极连接MOS管M11的漏极。MOS管M11的漏极连接MOS管M11的栅极，MOS管M11的栅极连接MOS管M10的源极，MOS管M11的源极接地。MOS管M12的漏极连接MOS管M9的漏极，MOS管M12的栅极连接MOS管M6的源极，MOS管M12的源极接地。MOS管M13的漏极连接MOS管M22的漏极，MOS管M13的栅极连接MOS管M10的漏极，MOS管M13的源极连接MOS管M14的漏极。MOS管M14的漏极连接MOS管M13的源极，MOS管M14的栅极连接MOS管M3的漏极，MOS管M14的源极接地。

如图1所示，低功耗基准电压产生电路包括MOS管M15至M25，电容C1，输出端口Vref。其中，MOS管M18、M22、M23为薄氧化层金属氧化物MOS管。MOS管M17、M20、M24、M25为厚氧化层金属氧化物MOS管。MOS管M22的导电沟道长度要大于M1的导电沟道长度，以使M22的电压系数大于M1的电压系数。MOS管M22的宽长比要大于M1的宽长比，以使M22漏极输出的偏置电流大于一阶线性灵敏度补偿电流。通过低功耗基准电压源电路结构设置，电路中的主要MOS管均工作于弱反型区。在低功耗基准电压源电路结构设置的基础上，通过选择合适的MOS管M23、M24和M25的宽长比，可对输出的基准电压进行一阶温度补偿，使输出的基准电压基本不受温度变化的影响。由于MOS管M22、M23与M24、M25为不同氧化层厚度的MOS管，MOS管M22、M23、M24、M25的弱反型区斜率因子存在一定差值，在漏致势垒降低效应的影响下，输出基准电压的线性灵敏较高，需要进行线性灵敏度电流补偿。MOS管M18、M19、M20、M21、电容C1连接构成反馈补偿回路，有效降低了电路中MOS管由于沟道长度调制效应引起的输出基准电压线性灵敏度的升高，进一步降低了输出基准电压的线性灵敏度。

如图1所示，MOS管M15的源极连接电源VDD，MOS管M15的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M15的漏极连接MOS管M16的漏极。MOS管M16的漏极连接MOS管M15的漏极，MOS管M16的栅极连接MOS管M23的栅极，MOS管M16的源极连接MOS管M17的漏极。MOS管M17的漏极连接MOS管M16的源极，MOS管M17的栅极连接MOS管M24的源极，MOS管M17的源极接地。MOS管M18的源极连接电源VDD，MOS管M18栅极连接MOS管M22的栅极，MOS管M18的漏极连接MOS管M19的源极。MOS管M19的源极连接MOS管M21的栅极，MOS管M19的栅极连接MOS管M20的栅极，MOS管M19的漏极连接MOS管M20的漏极。MOS管M20的漏极连接MOS管M19的漏极，MOS管M20的栅极连接MOS管M23的源极，MOS管M20的源极接地。MOS管M21的源极连接MOS管M18的栅极，MOS管M21的栅极连接MOS管M18的漏极，MOS管M21的漏极连接电容C1的上端，电容C1的下端接地。MOS管M22的源极连接电源VDD，MOS管M22的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M22的漏极连接MOS管M23的漏极。MOS管M23的漏极连接MOS管M13的漏极，MOS管M23的栅极连接MOS管M23的漏极，MOS管M23的源极连接MOS管M24的漏极。MOS管M24的漏极连接输出端口Vref，MOS管M24的栅极连接MOS管M24的漏极，MOS管M24的源极连接MOS管M25的漏极。MOS管M25的漏极连接MOS管M17的栅极，MOS管M25的栅极连接MOS管M23的栅极，MOS管M25的源极接地。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明其所附权利要求的保护范围。