CN110308757A - 一种低功耗低电源电压参考电路 - Google Patents

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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

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Abstract

本发明提供一种结构简单的低功耗、低电压的非带隙结构的参考电压电路，包括自偏置电流源电路和参考电压产生NMOS电路；利用MOS管的阈值电压的负温度系数与MOS管的过驱动电压的正温度系数相抵消实现参考电压的低温度系数；解决了传统带隙基准结构复杂、功耗较大、工作电压高的问题。

Description

一种低功耗低电源电压参考电路
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，主要用于低功耗、低电压的应用。
背景技术
当前集成电路设计中，参考电压常由带隙基准电路产生，带隙基准电路可以产生与温度无关的参考电压，但常规的带隙基准输出电压为1.2V左右，为保证带隙基准的稳定工作一般需要大于1.5V；BANBA结构带隙基准工作电压较低，但为满足低电源电压应用，需要使用运放电路，难以实现低功耗设计，且电源电压要求高于0.9V。
发明内容
MOS管的阈值电压为负温度系数；MOS管的过驱动电压为正温度系数，通过选取合适的偏置电流和MOS管尺寸可以产生与温度无关的参考电压；
本发明基于以上思想，设计了一种参考电路，可以产生与温度无关的参考电压，主要的技术点有两个方面：
1．利用MOS管的阈值电压的负温度系数与MOS管的过驱动电压的正温度系数相抵消，产生与温度无关的参考电压；
2．采用自偏置电流源偏置，参考电路最低可以工作到0.7V电源电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 本发明的一种低功耗低电源电压参考电路；
图2本发明公开的一种低功耗低电源电压参考电路仿真结果。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明发明公开的一种低功耗低电源电压参考电路的结构和工作过程。
图1是本发明的一种低功耗低电源电压参考电路，利用MOS管的阈值电压的负温度系数与MOS管的过驱动电压的正温度系数相抵消，产生与温度无关的参考电压；自偏置电流源由电阻R、NMOS M1、M2、PMOS M3、M4、M5组成；该结构由自偏置电流源和参考电压产生NMOS组成；电阻R的一端接地，另一端接NMOS M1的源极；NMOS M1的源极接电阻R的一端，栅极接NMOS M2的栅极、漏极和PMOS M4的漏极，漏极接PMOS M3的栅极、漏极和PMOS M4、M5的栅极；NMOS M2的源极接地，栅极、漏极一起接NMOS M1的栅极和PMOS M4的漏极；PMOS M3的源极接VDD，栅极、漏极一起接PMOS M4、M5的栅极和NMOS M1的漏极；PMOS M4的源极接VDD，栅极接PMOS M3的栅极、漏极和PMOS M5的栅极和NMOS管M1的漏极，漏极接NMOS M2的栅极、漏极和NMOS M1的栅极；PMOS M5的源极接VDD，栅极接PMOS M3的栅极、漏极和PMOS M4的栅极和NMOS管M1的漏极，漏极接参考电压产生NMOS M6的栅极、漏极并作为参考电路的输出结点VREF；参考电压产生NMOS M6的栅极、漏极一起接PMOS M5的漏极并作为参考电路的输出结点VREF，源极接地。
NMOS M6工作在饱和区，NMOS管的V-I特性表达式可以用[Equ.1]表示；则VGS可以用[Equ.2]表示；自偏置电流源的输出电流可以用[Equ.3]表示（其中M1的m值为M2的k倍）；将[Equ.3]带入[Equ.2]可以得到[Equ.4]；VTH为负温度系数，迁移率un为负温度系数，则过驱动电压VOV为正温度系数，通过选择合适电阻R、k及宽长比，可以实现VOV与VTH之间的温度系数相互抵消。
[Equ.1]
[Equ.2]
[Equ.3]
[Equ.4]
图2是本发明公开的一种低功耗低电源电压参考电路仿真结果，在VDD=0.7V条件下，参考电压输出为0.56V，典型功耗为150nA，-40~85℃温度范围内，输出电压变化3.2mV，温度系数为45ppm/℃。
综上所述，本发明利用MOS管的阈值电压的负温度系数与MOS管的过驱动电压的正温度系数相抵消，产生与温度无关的参考电压，采用自偏置电流源结构，不需要运放等复杂电路，功耗极低，并可以工作到低至0.7V的电源电压，是一种适用于低功耗低电源电压应用的参考电路。

Claims (1)

1.一种电路结构，利用MOS管的阈值电压的负温度系数与MOS管的过驱动电压的正温度系数相抵消，产生与温度无关的参考电压；自偏置电流源由电阻R、NMOS M1、M2、PMOS M3、M4、M5组成；该结构由自偏置电流源和参考电压产生NMOS组成；电阻R的一端接地，另一端接NMOS M1的源极；NMOS M1的源极接电阻R的一端，栅极接NMOS M2的栅极、漏极和PMOS M4的漏极，漏极接PMOS M3的栅极、漏极和PMOS M4、M5的栅极；NMOS M2的源极接地，栅极、漏极一起接NMOS M1的栅极和PMOS M4的漏极；PMOS M3的源极接VDD，栅极、漏极一起接PMOS M4、M5的栅极和NMOS M1的漏极；PMOS M4的源极接VDD，栅极接PMOS M3的栅极、漏极和PMOS M5的栅极和NMOS管M1的漏极，漏极接NMOS M2的栅极、漏极和NMOS M1的栅极；PMOS M5的源极接VDD，栅极接PMOS M3的栅极、漏极和PMOS M4的栅极和NMOS管M1的漏极，漏极接参考电压产生NMOS M6的栅极、漏极并作为参考电路的输出结点VREF；参考电压产生NMOS M6的栅极、漏极一起接PMOS M5的漏极并作为参考电路的输出结点VREF，源极接地。
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