一种改进的超低压电压基准源设计.PDF

电子发烧友 电子技术论坛 一种改进的超低压电压基准源设计 游 剑 刘永根 罗萍 张波 李肇基 ( 电子科技大学，电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都，610054) 摘 要：本文利用NMOS 管与 PMOS 管栅源电压的温度特性及衬底偏置效应，设计了一种 带曲率补偿输出电压约为 233mV 的电压基准源。该电路结构简单，电源抑制特性较好，并 与传统带隙基准电压的温度特性相似。利用 0.5- μm CMOS 工艺对电路进行仿真，仿真结果 表明：电源电压为 1V 时，在-40o o o C 至 125 C 温度范围内，基准源的温度系数约为 11ppm/ C ； 在 100Hz 和 10MHz 时电源抑制比分别为-58.6 dB 和-40dB 。 关键词：电压基准 衬底电压 阈值电压 曲率补偿 1 概述 在便携式设备广泛使用的今天，低电源 电压和低功耗已经成为模拟电路设计的主 要主题之一。其中电压基准源是模拟电路设 计中的关键模块，应用广泛。它一般要求低 电源电压敏感性，低温度漂移特性。传统的 基准源电路都是基于带隙基准，利用标准 CMOS 工艺中的垂直 PNP 管[1][7]，但输出电 压一般为 1.2V 左右。随着电路工作电压的 继续下降，基准源的输出电压也需要下降。 图1 本文所设计的低压基准源电路结构 作为可供选择的另一种方案，可以利用阈值 图 1 为改进的基准产生电路，M5-M6 ， 电压的不同温度特性产生电压基准。利用有 R1 及两个 PNP 晶体管 Q1、Q2 产生与绝对 [2]，不同浓度的栅注入引入 [5];M9 和 R2 为 选择的沟道注入 温度成正比的（PTAT ）电流 功函数之差[3] 。但以上均不适用于标准的 M11 提供可变的衬底偏压来消除阈值电压 CMOS 工艺。文献[4]提出了一种新的设计思 的非线性;M11 与 M12 提供ΔVGS 之间的差 路，利用 NMOS 管ΔVGS 的负温度系数乘上 值产生基准电压;R3 和 R4 为栅源电压的比 权重与PMOS 管的ΔVGS 的负温度系数相减 较提供权重。M10 为其提供偏置电流。基准 后得到与温度无关的基准电压，但 MOS 管 电压的表达式为： 阈值电压温度特性具有较大的非线性，故该 R 3 V ( 1) *+V V − （1） ref GS12 GS11 基准输出电压的温度系数一般大于 30ppm/ R 4 oC，只属于一阶温度补偿技术。因此本文利 V KV Vreft12 t11 − + 用衬底电压偏置效应，来减小阈值电压的非 2I 2I （2 ） 线性，改善电压基准源的温度特性，达到二 K − Kμ S Kμ S n n 12 p p 11 阶曲率温度补偿，满足高精度电路的要求。