高稳定性全CMOS基准电压源制造技术

高稳定性全CMOS基准电压源，包括偏置电流产生电路(1)、参考电流电路(2)、差分电路(3)、输出电路(4)和启动电路(5)；能输出与电源无关的、具有正温度系数和正电源系数的、负电源系数的三路电流，该三路输出电流通过三个MOS管镜像输出后并联，并通过输出电路(4)输出具有低的温度和电源电压系数的基准电压；启动电路(5)防止该初始电压偏置在高电位时不能启动的情况。本发明专利技术采用了全CMOS器件，结构简单，有效利用了芯片空间，降低了功耗；通过三路基准输出电流相加，并合理设置输出镜像管的宽长比，得到符合应用要求的电流输出，并输出具有低的温度和电源电压系数的基准电压，输出精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及调节电变量或辞变量系统中应用具有自调节性能的非控制 元件或非控制元件的组合来调节电变量的非回授系统，尤其是涉及用场效应型晶体管来调 节直流电压或电流的电路，特别是涉及对电源电压波动和温度高稳定性的全CMOS基准电 压源。
技术介绍
在目前的高性能模拟、数字和电源管理系统中，系统的正确工作都离不 开独立于温度和电源变化的稳定基准电压源，基准源电路的稳定性直接关系到整个电路的 性能。为了提高基准电压的精度，现有技术已经出现了许多经过温度补偿的高性能基准源 电路来解决此问题。目前常用的基准电压源是带隙基准电压源，采用双极型器件实现。带隙基准电压 源大部分是利用双结晶体管BJT电流和电压的指数关系，使基准源电压通常具有与温度无 关的特性，这是因为Vbe和Vt具有相反的温度系数TCF，通过对Vbe和Vt进行适当的权加求 和，就可以得到零温度系数的输出电压。传统的带隙式基准电压源就是利用这个原理，使基 准电压的温度系数在某一特定温度值时相抵消，达到零温度系数，而在该特定温度值附近， 基准电压随温度的变化很小。而一般的带隙基准电路的基准电压都大于带隙电压，难以实 现低压，并且在标准CMOS工艺中双极型晶体管是利用衬底PNP管实现的，为了利用Δ Vbe的 温度特性，需要根据设计将多个PNP管并联，占用了宝贵的芯片面积。现有技术多数CMOS基准电路对温度和电源的变化一般都是非线性的，并且多随 温度或电源电压单调变化。常见的有两种CMOS基准电路，第一种即常见的与电源无关的偏 置，一般是利用电流镜镜像的两路电流分别接两个宽长比成一定比例的MOS管，其中一路 加一个电阻，利用电阻上的电压等于两个MOS管的栅源电压差，来获得与电源电压无关的 电流输出，但这种电流仍然受温度的影响，并且一般不是单调变化；第二种即常用的PTAT 参考电流源输出的电流与绝对温度成正比，这种电流通过设置合理温度系数的电阻便可以 得到随温度线性变化的电流，再进行电源电压的调节，得到的电流对温度和电源的依赖都 比较小，但仍不是很精确。前述两种CMOS基准电路各有优点，但由于可调节处数量的限制， 导致其不可能有太高的精度。由于该两种所述CMOS基准电路对电源电压的变化都是正系 数的(即使第一种电路也随电源电压有较小的正变化)，因此必须设计一种能使CMOS基准 电路输出电流随电源电压负变化的电路，用于平衡CMOS基准电路的输出。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而对现 有技术做进一步的改进，通过对普通的CMOS基准电压源增加一路随电源电压负变化的 CMOS电流，使总输出电压的温度和电源系数同时满足要求，从而设计出一种电路结构简单、 功耗低、输出精度高的全CMOS型基准电压源。本专利技术为解决所述技术问题而提出的技术方案是，设计一种全CMOS基准电压源， 尤其是，包括提供与电源无关的电压电流源的偏置电流产生电路、提供具有正电源系数和 正温度系数的参考电流源的参考电流电路、提供具有负电源系数并且在低温时有正温度系 数和在高温时有负温度系数的差分电流源的差分电路、具有NMOS场效应晶体管和电阻串 联的输出电路，以及防止电路因初始电压偏置在高电位而无法启动工作的启动电路；所述电流源分别产生三路电流，通过三个精心设置宽长比的镜像MOS场效应晶体管将所述三路 电流并联相加，使总电流对电源电压的敏感性和受温度的影响降至最低，再通过输出电路 的电阻输出基准电压。所述偏置电流产生电路、参考电流电路、差分电路和启动电路的直流电输入端均 和直流电源VDD连接；所述偏置电流产生电路具有一路输入端和第一、二、三路输出端，所 述参考电流电路具有一路输入端和一路输出端，所述差分电路具有第一、二、三路输入端和 一路输出端，所述输出电路、启动电路均具有一路输入端和一路输出端；所述偏置电流产生 电路、参考电流电路的输入端，差分电路的第一路输入端均和启动电路的输出端连接，防止 该三个电路因初始电压偏置在高电位时不能启动的情况；所述偏置电流产生电路的第二、 三路输出端分别和差分电路的第二、三输入端连接；所述偏置电流产生电路的第一路输出 端、参考电流电路和差分电路的输出端分别产生三路电流，该三路输出电流通过三个镜像 MOS管输出后，并联连接输出至输出电路的输入端，再由输出电路的输出端输出具有低的 温度和电源电压系数的基准电压；所述偏置电流产生电路输出与电源无关的电流，所述参 考电流电路输出具有正温度系数和正电源系数的电流，所述差分电路输出负电源系数的电 流；所述输出电路的输出端还和启动电路的输入端连接。所述偏置电流产生电路包括至少七个MOS管和一个电阻R5 ；PMOS管P8、P9、P1和 P2的源极均和直流电VDD连接，NMOS管N9、NlO和N4的源极均接电源地；PMOS管P8、P9 连接组成一个电流镜，P8和P9的源极相连并作为偏置电流产生电路的直流电输入端；电阻 R5 一端分别和PMOS管P8的漏极、NMOS管NlO栅极连接并引出偏置电流产生电路的第二 路输出端，其另一端分别和NMOS管NlO的漏极、NMOS管N9的栅极连接；PMOS管P8的栅极 和P9的栅极、漏极连接输出不随直流电源VDD变化的电流Il ；PMOS管Pl和P2的栅极相连 引出所述偏置电流产生电路的输入端，同时分别与所述启动电路的输出端、P9的漏极相连； NMOS管N4的漏极和栅极均与Pl的漏极连接，N4的栅极引出所述偏置电流产生电路的第三 路输出端；PMOS管P2的漏极引出所述偏置电流产生电路的第一路输出端以输出电流13。所述参考电流电路包括至少六个MOS管和一个电阻R4 ；PMOS管P6、P7和P3的源 极均和直流电源VDD连接，NMOS管N6和N7串联，N7的源极接电源地，NMOS管N8的源极串 联电阻R4接电源地；PMOS管P6、P7连接组成一个电流镜，P6的栅极和P7的栅极、漏极连 接；PMOS管P3的栅极和P7的漏极相连引出输入端和所述启动电路的输出端相连；NMOS管 N6的漏极和PMOS管P6的漏极、N8的栅极连接，N6、N7的栅极和N8的栅极连接，N6的源极 和N7的漏极连接；PMOS管P3的漏极引出所述参考电流电路的输出端以输出电流14。所述差分电路包括至少五个MOS管和两个电阻R1、R2 ；PMOS管P4、P5的源极均和 直流电源VDD连接，NMOS管N3的源极接电源地；PMOS管P4、P5连接组成一个电流镜，P4、P5 的栅极连接引出第一路输入端和P4的漏极、所述启动电路的输出端连接；P4的漏极和NMOS 管附的漏极连接；NMOS管m、N2的源极连接并和NMOS管N3的漏极连接，N1、N3的栅极分 别引出第二、三路输入端并分别和所述偏置电流产生电路的第二输出端、第三输出端连接； 电阻Rl和R2串联组成分压器，电阻Rl —端和直流电源VDD、NMOS管N2的漏极连接；电阻 R2的一端接电源地，另一端和电阻R1、NM0S管N2的栅极连接；P5的漏极引出所述差分电路 的输出端以输出电流15。所述输出电路包括至少一个MOS管和一个电阻R3 ；NMOS管N5和电阻R3串联连接，其源极连接电阻R3接电源地；N5的栅极引出所述输出电路的输入端，并和所述偏置电 流产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高稳定性全ＣＭＯＳ基准电压源，其特征在于：包括提供与电源无关的电压电流源（Ｂ１）的偏置电流产生电路（１）、提供具有正电源系数和正温度系数的参考电流源（Ｂ２）的参考电流电路（２）、提供具有负电源系数并且在低温时有正温度系数和在高温时有负温度系数的差分电流源（Ｂ３）的差分电路（３）、具有ＮＭＯＳ场效应晶体管和电阻串联的输出电路（４），以及防止电路因初始电压偏置在高电位而无法启动工作的启动电路（５）；所述电流源（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）分别产生三路电流，通过三个精心设置宽长比的镜像ＭＯＳ场效应晶体管将所述三路电流并联相加，使总电流对电源电压的敏感性和受温度的影响降至最低，再通过输出电路（４）的电阻输出基准电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李东岳，黄水龙，王小松，刘磊，张海英，陈作添，李勇强，
申请(专利权)人：国民技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94