一种低功耗亚阈值基准电压源

本发明涉及集成电路，具体涉及一种低功耗亚阈值基准电压源。

背景技术：

1、基准电压源输出稳定电压，是模拟集成电路的重要基本组成模块，广泛应用于a/d转换器、ldo、电源转换器等电路中。传统带隙基准源输出电压较高，平均静态电流为μa级，晶体管面积较大。低功耗全mos集成基准电压源能有效降低功耗并解决晶体管带来的大面积问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种低功耗亚阈值基准电压源电路，以解决传统带隙基准源高静态电流和大面积的问题，包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压输出电路和使能控制电路。

2、所述启动电路包括nmos管mn1～mn4，pmos管mp1～mp9；其中mn1的栅极连接所述基准电压输出电路的nmos管mn18的漏极，mn1的漏极与mp2的栅极相连，mn1的源极接地；mn2的栅极与mn1漏极连接，mn2的漏极与mp4漏极连接，mn2的源极与mn3的漏极连接；mn3的栅极连接所述使能控制电路输出端en_p，mn3的源极接地；mn4的栅极连接mn1的漏极，mn4的漏极连接mp7的漏极，mn4的源极接地；mp1的栅极连接所述使能控制电路输出端en_n，mp1的漏极连接mp2的源极，mp1的源极接电源；mp2以二极管方式连接；mp3、mp4的栅级相连，mp3的源极接电源，mp3的漏极连接mp4的源极；mp5的栅极连接所述使能控制电路输出端en_n，mp5的源极接电源，mp5的漏极连接mp6的源极；mp6的栅极连接mp4的漏极，mp6的漏极连接mp7的源极；mp7的栅极连接mn4的栅极；mp8的栅极连接所述使能控制电路输出端en_n，mp8的源极接电源，mp8的漏极连接mp9的源极；mp9的栅极连接mp7的漏极，mp9的漏极连接mn5的栅极。

3、所述偏置电流产生电路包括nmos管mn5～mn11，pmos管mp10～mp15，电容c2，c3；其中mn5以二极管方式连接，mn5的漏极连接mp10的漏极，mn5的源极接地；mn6的栅极连接mn5的栅极，mn6的漏极连接mp11的漏极，mn6的源极连接mn7的漏极；mn7的栅极连接所述基准电压输出电路的nmos管mn18的漏极，mn7的源极接地；mn8的栅极连接mn5的栅极，mn8的漏极接mp12的漏极，mn8的源极连接mn10的漏极；mn9的栅极连接mp11的漏极，mn9的源极连接mn10的漏极，mn9的漏极连接mp13的漏极；mn10的栅极连接mn11的栅极，mn10的源极接地；mn11采用二极管方式连接，mn11源极接地；mp10的栅极连接mp11的栅极，mp10的源极接电源；mp11的源极接电源；mp12的栅极连接mp13的栅级，mp12的漏极连接电容c3的下端，mp12的源极接电源；mp13采用二极管方式连接，mp13的源极接电源；mp14的栅极连接所述使能控制电路输出端en_p，mp14的漏极连接mp12的栅极，mp14的源极接电源；mp15的漏极连接mn11的漏极，mp15的栅极连接所述基准电压输出电路的mp16的栅极、mp10的栅极和mp6的栅极，mp15的源极接电源；电容c2的上端连接mn8的栅极，电容c2的下端接地；电容c3的上端接电源。

4、所述基准电压输出电路包括nmos管mn12～mn19，pmos管mp16～mp20，电容c1和电阻r1；其中mn12、mn14、mn16和mn18采用二极管方式连接，mn12的栅极连接mn13的栅极和mp16的漏极，mn12的源极连接mn13的漏极；mn13的源极接地；mn14的栅极连接mn15的栅极和mp17的漏极，mn14的源极连接mn15的漏极；mn15的源极连接mn13的漏极；mn16的栅极连接mn17的栅极和pm18的漏极，mn16的源极连接mn17的漏极；mn17的源极连接mn15的漏极；mn18的栅极连接mp19的漏极，mn18的源极连接mn17的漏极；mn19的栅极连接所述使能控制电路的输出端en_n，mn19的漏极和电阻r1的左端相连，mn19的源极接地；mp16～mp20的栅极相连，mp16～mp20的源极接电源；mp20的漏极连接输出端ibais；电阻r1的右端连接电容c1的上端；电容c1的下端接地。

5、所述使能控制电路包括nmos管mn20和mn21，pmos管mp21和mp22；mn20和mp21构成反相器in1，mn21和mp22构成反相器in2；其中mn20的栅极连接mp21的栅极，mn20的漏极连接mp21的漏极，mn20的源极接地；mn21的栅极连接mp22的栅极，mn21的漏极连接mp22的漏极，mn21的源极接地；mp21的栅极接入外部控制信号en，mp21的漏极作为反相器in1的输出端en_n，mp21的源极接电源；mp22的栅极连接mp21的漏极，mp22的漏极作为反相器in2的输出端en_p，mp22的源极接电源。

6、优选地，所述电路中不采用三极管，而采用工作在亚阈值区的nmos管产生零温度系数的基准电压。

7、优选地，所述启动电路第一输出端vb与偏置电流产生电路的输出端相连接，第二输出端vp与偏置电流产生电路第二输入端连接，启动电路采用双输出端同时控制偏置电流产生电路，消除电路简并点，加速电路启动。

8、优选地，通过调节所述偏置电流产生电路的nmos管mn5和mn6的宽长比w/l＝8:9，实现输出偏置电流i2小于25na。所述启动电路pmos管mp2宽长比w/l＝8000:3，稳态电流消耗小于70na。所述电路nmos管mn5、mn6和mn12～mn18工作在亚阈值区，电路工作电流低于180na。

9、本发明中的一种低功耗亚阈值基准电压源电路不采用三极管，而采用工作在亚阈值区的nmos管产生零温度系数的基准电压；电路中大部分nmos管工作于亚阈值区，降低功耗；启动电路采用双输出端控制偏置电流产生电路，消除电路简并点，加速电路启动。

技术特征：

1.一种低功耗亚阈值基准电压源电路，其特征在于：电路结构包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压输出电路和使能控制电路，所述启动电路包括nmos管mn1～mn4，pmos管mp1～mp9；其中mn1的栅极连接所述基准电压输出电路的nmos管mn18的漏极，mn1的漏极与mp2的栅极相连，mn1的源极接地；mn2的栅极与mn1漏极连接，mn2的漏极与mp4漏极连接，mn2的源极与mn3的漏极连接；mn3的栅极连接所述使能控制电路输出端en_p，mn3的源极接地；mn4的栅极连接mn1的漏极，mn4的漏极连接mp7的漏极，mn4的源极接地；mp1的栅极连接所述使能控制电路输出端en_n，mp1的漏极连接mp2的源极，mp1的源极接电源；mp2以二极管方式连接；mp3、mp4的栅级相连，mp3的源极接电源，mp3的漏极连接mp4的源极；mp5的栅极连接所述使能控制电路输出端en_n，mp5的源极接电源，mp5的漏极连接mp6的源极；mp6的栅极连接mp4的漏极，mp6的漏极连接mp7的源极；mp7的栅极连接mn4的栅极；mp8的栅极连接所述使能控制电路输出端en_n，mp8的源极接电源，mp8的漏极连接mp9的源极；mp9的栅极连接mp7的漏极，mp9的漏极连接mn5的栅极，

2.根据权利要求1所述的一种低功耗亚阈值基准电源电路，其特征在于：所述电路中不采用三极管，而采用工作在亚阈值区的nmos管产生零温度系数的基准电压。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗亚阈值基准电源电路，其特征在于：所述启动电路第一输出端vb与偏置电流产生电路的输出端相连接，第二输出端vp与偏置电流产生电路第二输入端连接，启动电路采用双输出端同时控制偏置电流产生电路，消除电路简并点，加速电路启动。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗亚阈值基准电压源电路，其特征在于：通过调节所述偏置电流产生电路的nmos管mn5和mn6的宽长比w/l＝8:9，实现输出偏置电流i2小于25na。所述启动电路pmos管mp2宽长比w/l＝8000:3，稳态电流消耗小于70na。所述电路nmos管mn5、mn6和mn12～mn18工作在亚阈值区，电路工作电流小于180na。

技术总结本发明公开了一种低功耗亚阈值基准电压源电路。该电路结构包括启动电路、偏置电流产生电路、基准电压输出电路和使能控制电路。启动电路通过检测输出点电压变化，加快偏置电流产生电路充放电速度，防止电路进入简并点状态，从而加速电路启动。偏置电流产生电路利用工作在亚阈值区的NMOS管输出nA级基准电流。基准电压输出电路检测基准电流，产生与温度无关的基准电压，使能控制电路控制整体电路开关。电路中偏置电流产生电路和基准电压输出电路中NMOS管工作于亚阈值区，实现低功耗。技术研发人员：谢海情,王昌志,赵欣领,梁文萱,何奕成,苏嘉豪,易石基受保护的技术使用者：长沙理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15