[发明专利]一种极低功耗带隙基准源

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路领域，特别涉及一种极低功耗亚阈值型电压基准源电路。

背景技术

电压基准是集成电路中不可或缺的构成模块，它的作用是为电路其他模块提供一个对电源电压、温度、工艺等弱相关的基准电压。随着标准CMOS工艺进入深亚微米时代，晶体管的栅氧厚度越来越薄，这就要求电源电压必须随着工艺的进步而下降。同时器件的本征增益也随着工艺的进步而变小。因此，模拟集成电路遇到了越来越大的挑战。此外，基于电池的移动设备迅速增加，由于电池的能量有限，因此功耗问题越来越成为应用于便携式设备的集成电路设计瓶颈。

为了适应工艺的进步和低功耗电路设计的需求，电压基准源必须降低功耗。为了降低基准源系统的功耗，国内外论文专利中已经提出了很多方法。对于如图1所示的基于三极管的传统电压基准源，降低功耗最直接的方法是增加电阻的阻值，从而使核心电路中每条支路的电流降低。对于功耗为纳瓦级的极低功耗电压基准源电路来说，各条支路的电阻阻值一股为兆欧量级，这会占用很大的版图面积，而且因为电阻产生的输出噪声也会增大。因此，采用传统的电压基准源作为极低功耗带隙基准源的设计方案在很多时候是不明智的。基于亚阈值结构的电压基准源来说，由于电路中的大多数MOS管工作于亚阈值区，因此亚阈值结构的电压基准源的功耗一股会在微瓦以下。但这种类型的电压基准源也存在一些缺点，比如亚阈值结构的电路对工艺比较敏感，温度系数不够理想等。

发明内容

本发明的目的是针对现有极低功耗带隙基准源技术中的不足，提供一种极低功耗带隙基准源，本发明利用亚阈值结构，具有较好温度系数，且电路结构简单，可以工作于1V的低电压电源电压下，在消耗很小的静态功耗的情况下实现一种具有二阶温度补偿的电压基准源，特别适用于便携式移动设备等低功耗系统中。

本发明提出的一种极低功耗带隙基准源，其特征在于，该基准源包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压输出电路和缓冲器电路四部分；启动电路与偏置电流产生电路相连，偏置电流产生电路与基准电压输出电路相连，基准电压输出电路连接到缓冲器，同时基准电压输出电路还与启动电路和偏置电流产生电路相连构成反馈电路；其中，启动电路用于保证电路在启动过程时能够脱离非理想工作点并进入正常工作点，并保证在电源电压受到干扰时电路能够不偏离正常工作点，偏置电流产生电路用于产生电流以使基准电压输出电路中的晶体管工作于设定的状态，基准电压输出电路用于输出基准电压；缓冲器单元用于增强电压基准源电路的驱动能力。

本发明的优点和积极效果：相对于现有技术，本发明具有静态功耗低，线性度高，对于工艺偏差敏感度低，实现方法简单等显著优点，特别适用于极低功耗集成电路的应用。通过调整输出级电路中的MOS管尺寸可以实现温度曲线的二阶补偿，从而实现低功耗高精度电压基准源。

附图说明

图1为现有技术的基于三极管的带隙基准源的电路图。

图2本发明的整体结构图。

图3本发明的核心电路的电路图。

具体实施方式

下面将参考附图，结合实施例，对本发明进行详细描述，以更加明确本发明的目的、实施过程和优点。

本发明提供的极低功耗带隙基准源，如图2所示，包括：启动电路单元，偏置电流产生单元，基准电压输出单元和缓冲器单元；启动电路单元用于保证电路在上电后整个电路能够摆脱非正常工作状态而进入正常的工作状态，并保证在电源电压受到干扰时电路能够不偏离正常工作点；偏置电流产生单元用于产生一个合适的电流以使偏基准输出电路中的晶体管工作于设定的区域；基准电压输出单元在偏置电流的作用下，利用工作于亚阈值区和饱和区MOS管的I-V特性来产生一个与温度、工艺弱相关的输出基准电压；缓冲器单元用于增强电压基准源电路的驱动能力。

本发明各组成电路的实施例结构及功能分别详细说明如下：

一股情况下，缓冲器可以使用由运算放大器构成的电压跟随器，即将输出基准电压连接到运算放大器的正端，将运放的输出连接到运算放大器的负端，将运放的输出电压作为输出基准电压。