一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出CMOS基准电压源的制作方法

本发明涉及集成电路设计领域，设计了一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源电路。

背景技术：

1、随着物联网、可穿戴设备和传感器网络的迅速发展，设备数量和种类不断增加，电源的供给成为了一个问题。在这些设备中，能量收集系统作为一种新型的电源解决方案应运而生。它能够从环境中获取微弱的能量，并将其转化为电能，但这种能量收集系统却面临着一个限制，即能量和功率密度的有限性。

2、在能量收集系统中，基准电压源电路起着至关重要的作用，为其它模拟电路模块提供电压偏置。它们需要一直处于正常状态，以确保在需要时能够唤醒其他模拟电路模块。然而，在设备的休眠模式下，这些基准电路却消耗了大量功率，导致了能量的浪费。为了解决这一问题，降低基准电压源电路的静态电流消耗并实现低电源电压变得至关重要。此外，由于物联网、可穿戴设备和传感器网络中往往具有多个需要用到基准电压源的电路模块如afe、ldo等，因此，如何在一个小面积的基准源电路中实现多个基准电压输出是需要研究的问题。

3、在先前的研究中,可大致将基准电压源电路可分为带隙基准电压源、混合基准电压源和cmos基准电压源。由于使用了bjt晶体管和钳位放大器，传统带隙基准电压源具有优异的pvt不灵敏度，然而，其功耗和最小供电电压对于能量收集系统来说都过高。工作在亚阈值区的“2t”结构cmos基准电压源的提出，使功耗降至皮瓦级，但其基准电压值随温度变化的幅度较大，精度更低。

4、针对上述问题，一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源电路提供了在较小的面积和低电源电压的约束下，实现宽温度范围、低功耗、小面积、双输出的方法。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、本发明针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，其特征在于：其包括漏电流补偿电路、有源负载、自偏置电流源、二极管连接型器件分压电路。其中，自偏置电流源包括第一自偏置电流源、第二自偏置电流源。所述漏电流补偿电路通过利用流经栅极泄露晶体管的电流补偿漏电流，加强温度补偿，优化了温度系数；所述有源负载使用不同阈值mos管，实现了对温度、工艺、电源电压不敏感的基准电压的产生。所述自偏置电流源使电路工作在亚阈值区，并为支路提供漏电流；所述二极管连接型器件分压电路通过利用在亚阈值区工作的二极管连接到了型nmos管，在不分流及不使用运放和电阻的情况下实现了基准电压的分压输出。本发明基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压，实现了具有宽温度范围、低功耗、小面积及双输出的基准电压源。

6、进一步地，所述漏电流补偿电路的m7管的栅极接到了m5的漏极，源极与漏极连接在一起，共同接到了m6的源极。

7、进一步地，所述有源负载中m5管的栅极接到了地，漏极接到了m4的源极，源极接到了m6的源极，并得到了一个与电源电压弱相关的电压基准,所述m6的栅极与漏极连接在一起，共同接到了地，源极接到了m5的源极。

8、进一步地，所述自偏置电流源中的第一自偏置电流源m1管的栅极接地，漏极接电源电压，源极接到了m2的漏极，所述第二自偏置电流源m4管的栅极接地，漏极接电源电压，源极接到了m5的漏极。

9、进一步地，所述二极管连接型器件分压电路中的m2管的栅极接到了m6的源极，漏极接到了m1的源极，源极接到了m3的漏极，所述m3管的栅极与漏极连接在一起，共同连接到了m2的源极，并得到了一个经过分压后的基准电压，源极接到了地。

10、进一步地，所述电路通过利用栅极泄露晶体管的栅极泄漏电流，对有源负载中的晶体管进行漏电流补偿，加强温度补偿，优化温度系数，从而在宽温度范围内得到了低温度系数。

11、进一步地，所述该电路利用了pmos管与nmos管之间阈值电压差的温度特性与热电压的温度特性，实现了温度补偿，从而得到一个基准电压。

12、进一步地，所述该电路利用了两个nmos管在亚阈值区的电流特性，由两个nmos管的电流相等，实现了电压分压，从而得到另一个分压后具有更低电压值的基准电压。

13、与现有技术相比，本发明提供的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，具备以下有益效果：

14、1、本发明主要由四部分组成，分别为漏电流补偿电路、有源负载、自偏置电流源、二极管连接型器件分压电路。其中漏电流补偿电路的主要功能为利用栅极泄露晶体管的栅漏电流补偿有源负载中晶体管的漏电流，以此加强温度补偿，优化电路的温度系数；有源负载的主要功能为产生一个对温度、工艺、电源电压不敏感的基准电压；偏置电流源的主要功能为使电路工作在亚阈值区，并为支路提供漏电流；二极管连接型器件分压电路的主要功能为在不分流及不使用运放和电阻的情况下实现基准电压的分压输出。

15、2、本发明基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压，且仅使用7个晶体管，在皮瓦级功耗和小面积约束下实现了在宽温度范围内具有低温度系数及双输出的基准电压源。

技术特征：

1.一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，其特征在于：其包括漏电流补偿电路、有源负载、自偏置电流源、二极管连接型器件分压电路，其中，自偏置电流源包括第一自偏置电流源、第二自偏置电流源。所述漏电流补偿电路通过利用栅极泄露晶体管的栅漏电流补偿有源负载中晶体管的漏电流，加强温度补偿；所述有源负载使用不同阈值mos管用于实现对温度、工艺、电源电压不敏感的基准电压的产生；所述自偏置电流源使电路工作在亚阈值区，并为支路提供漏电流；所述二极管连接型器件分压电路通过利用在亚阈值区工作的二极管连接到了型nmos管，在不分流及不使用运放和电阻的情况下实现基准电压的分压输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，其特征在于：所述漏电流补偿电路的m7管的栅极接到了m5的漏极，源极与漏极连接在一起，共同接到了m6的源极。

3.根据权利要求2所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，其特征在于：所述有源负载中m5管的栅极接到了地，漏极接到了m4的源极，源极接到了m6的源极，并得到了一个与电源电压弱相关的电压基准,所述m6的栅极与漏极连接在一起，共同接到了地，源极接到了m5的源极。

4.根据权利要求1所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，其特征在于：所述自偏置电流源中的第一自偏置电流源m1管的栅极接地，漏极接电源电压，源极接到了m2的漏极，所述第二自偏置电流源m4管的栅极接地，漏极接电源电压，源极接到了m5的漏极。

5.根据权利要求1所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源，其特征在于：所述二极管连接型器件分压电路中的m2管的栅极接到了m6的源极，漏极接到了m1的源极，源极接到了m3的漏极，所述m3管的栅极与漏极连接在一起，共同连接到了m2的源极，并得到了一个经过分压后的基准电压，源极接到了地。

6.根据权利要求2所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源,其特征在于:所述电路通过利用栅极泄露晶体管的栅极泄漏电流，对有源负载中的晶体管进行漏电流补偿，加强温度补偿，优化温度系数，从而在宽温度范围内得到了低温度系数。

7.根据权利要求3所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源,其特征在于:所述该电路利用了pmos管与nmos管之间阈值电压差的温度特性与热电压的温度特性，实现了温度补偿，从而得到一个基准电压。

8.根据权利要求5所述的一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出cmos基准电压源,其特征在于:所述该电路利用了两个nmos管在亚阈值区的电流特性，由两个nmos管的电流相等，实现了电压分压，从而得到另一个分压后具有更低电压值的基准电压。

技术总结本发明提供了一种基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压的双输出CMOS基准电压源，由四个部分组成：漏电流补偿电路、有源负载、自偏置电流源、二极管连接型器件分压电路。其中，自偏置电流源包括第一自偏置电流源、第二自偏置电流源。所述漏电流补偿电路通过利用流经栅极泄露晶体管的电流补偿漏电流，加强温度补偿，优化了温度系数；所述有源负载使用不同阈值MOS管，实现了对温度、工艺、电源电压不敏感的基准电压的产生。所述自偏置电流源使电路工作在亚阈值区，并为支路提供漏电流；所述二极管连接型器件分压电路通过利用在亚阈值区工作的二极管连接到了型NMOS管，在不分流及不使用运放和电阻的情况下实现了基准电压的分压输出。本发明基于漏电流补偿及二极管连接型器件分压，实现了具有宽温度范围、低功耗、小面积及双输出的基准电压源。技术研发人员：黄钰莹受保护的技术使用者：黄钰莹技术研发日：技术公布日：2024/7/25