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CN112650351B - 一种亚阈值电压基准电路 - Google Patents

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CN112650351B CN202011518921.9A CN202011518921A CN112650351B CN 112650351 B CN112650351 B CN 112650351B CN 202011518921 A CN202011518921 A CN 202011518921A CN 112650351 B CN112650351 B CN 112650351B
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Abstract

本发明公开了一种亚阈值电压基准电路，包括：3T亚阈值基准电压电路和自偏置衬底调制NMOS电路，3T亚阈值基准电压电路包括本征NMOS管和与本征NMOS管连接的自偏置共源共栅电路；本征NMOS管和电源电压连接；自偏置共源共栅电路和本征NMOS管均与自偏置衬底调制NMOS电路连接；自偏置衬底调制NMOS电路接地。该亚阈值电压基准电路通过增加自偏置衬底调制NMOS电路和将传统的2T亚阈值基准电压电路中自偏置NMOS管改为自偏共源共栅电路的方式来减小输出参考电压受温度的影响，同时降低电路的功耗。

Description

一种亚阈值电压基准电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种亚阈值电压基准电路。
背景技术
可穿戴电子、医疗电子、无线传感平台等微小型系统集成度高，受功率限制很大，因此它们的构造块必须以非常有限的功率运行。这些系统通常包括模拟和混合信号模块，例如线性稳压器、射频通信模块和片内时钟模块等，以实现独立功能，电压基准是这些模块的关键构建块。在片内时钟模块中，工作在一定范围的工作电压下，时钟精度受温度影响较大，电压基准电路需要在变化的工作电压和温度环境下，提供一路较大、稳定且功耗低的基准电压。
为减少温度对基准电压的影响，一种2T亚阈值基准电压电路被提出，它能够有效的调节减少温度对基准电压的影响，但是却存在基准电压提升时对晶体管阈值电压的依赖大，因而受温度影响增大的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种亚阈值电压基准电路，通过增加自偏置衬底调制NMOS电路和将传统的2T亚阈值基准电压电路中自偏置NMOS管改为自偏共源共栅电路的方式来减小输出参考电压受温度的影响，同时降低电路的功耗。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种亚阈值电压基准电路，包括：3T亚阈值基准电压电路和自偏置衬底调制NMOS电路，所述3T亚阈值基准电压电路包括本征NMOS管和与所述本征NMOS管连接的自偏置共源共栅电路；
所述本征NMOS管和电源连接；所述自偏置共源共栅电路和所述本征 NMOS管均与所述自偏置衬底调制NMOS电路连接；所述自偏置衬底调制 NMOS电路接地。
可选的，所述自偏置共源共栅电路包括第一栅氧NMOS管和第二栅氧 NMOS管；所述第一栅氧NMOS管和所述第二栅氧NMOS管采用共源共栅自偏置的方式连接。
可选的，所述第一栅氧NMOS管的漏极与所述本征NMOS管、所述第一栅氧NMOS管的栅极、所述第二栅氧NMOS管的栅极以及输出参考电压端连接，所述第一栅氧NMOS管的源极和所述第二栅氧NMOS管的漏极连接；
所述第二栅氧NMOS管的源极与所述自偏置衬底调制NMOS电路连接。
可选的，所述本征NMOS管的漏极与电源连接，所述本征NMOS管的源极和所述第一栅氧NMOS管的漏极和栅极连接，所述本征NMOS管的栅极与所述自偏置衬底调制NMOS电路连接。
可选的，所述自偏置衬底调制NMOS电路为自偏置连接的双N阱栅氧 NMOS管。
可选的，所述双N阱栅氧NMOS管的漏极和所述第二栅氧NMOS管的源极连接，所述双N阱栅氧NMOS管的衬底电位端分别与所述第一栅氧 NMOS管的源极、所述第二栅氧NMOS管的漏极连接，所述双N阱栅氧 NMOS管的栅极和所述本征NMOS管的栅极连接，所述双N阱栅氧NMOS 管的源极接地。
可选的，所述本征NMOS管、所述第一栅氧NMOS管、所述第二栅氧 NMOS管和所述双N阱栅氧NMOS管的栅源电压均小于开启阈值电压。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种亚阈值电压基准电路，包括：3T亚阈值基准电压电路和自偏置衬底调制NMOS电路，3T亚阈值基准电压电路包括本征NMOS 管和与本征NMOS管连接的自偏置共源共栅电路；本征NMOS管和电源电压连接；自偏置共源共栅电路和本征NMOS管均与自偏置衬底调制NMOS 电路连接；自偏置衬底调制NMOS电路接地。本发明通过增加自偏置衬底调制NMOS电路和将传统的2T亚阈值基准电压电路中自偏置NMOS管改为自偏共源共栅电路的方式来减小输出参考电压受温度的影响，同时降低电路的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种亚阈值电压基准电路的电路图。
符号说明：1-3T亚阈值基准电压电路，2-自偏置衬底调制NMOS电路， 3-自偏置共源共栅电路，4-本征NMOS管，5-第一栅氧NMOS管，6-第二栅氧NMOS管，7-双N阱栅氧NMOS管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种亚阈值电压基准电路，旨在减小输出参考电压受温度的影响，同时降低电路的功耗，可应用于电路技术领域。本发明通过增加自偏置衬底调制NMOS电路和将传统的2T亚阈值基准电压电路中自偏置NMOS管改为自偏共源共栅电路的方式来减小输出参考电压受温度的影响，同时降低电路的功耗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种亚阈值电压基准电路的电路图。如图1 所示，本实施例中的一种亚阈值电压基准电路，包括：3T亚阈值基准电压电路1和自偏置衬底调制NMOS电路2，3T亚阈值基准电压电路1包括本征NMOS管4和与所述本征NMOS管4连接的自偏置共源共栅电路3。
本征NMOS管4和电源连接；自偏置共源共栅电路3和本征NMOS管 4均与自偏置衬底调制NMOS电路2连接；自偏置衬底调制NMOS电路2 接地。
本征NMOS管4的阈值电压范围是：-200mV～0mV。
自偏置共源共栅电路3用于产生第一基准电压VB并提供给自偏置衬底调制NMOS电路2作为自偏置衬底调制NMOS电路2的衬底电压。
自偏置衬底调制NMOS电路2用于根据第一基准电压VB产生第二基准电压VA。
作为一种可选的实施方式，自偏置共源共栅电路3包括第一栅氧NMOS 管5和第二栅氧NMOS管6；第一栅氧NMOS管5和第二栅氧NMOS管6 采用共源共栅自偏置的方式连接。
第一栅氧NMOS管5和第二栅氧NMOS管6的阈值电压范围是：300mV～400mV。
本征NMOS管4、第一栅氧NMOS管5和第二栅氧NMOS管6都具有厚栅氧层，本征NMOS管4可提供一个近似为零的阈值电压。
第一栅氧NMOS管5的源极和第二栅氧NMOS管6的漏极的连接端用于产生第一基准电压VB并提供给自偏置衬底调制NMOS电路2作为自偏置衬底调制NMOS电路2的衬底电压，第一基准电压VB的大小只与第一栅氧 NMOS管5和第二栅氧NMOS管6的尺寸有关，受温度和电压的影响小。
第一栅氧NMOS管5和第二栅氧NMOS管6的自偏置端用于输出输出参考电压VREF。
作为一种可选的实施方式，第一栅氧NMOS管5的漏极与本征NMOS 管4、第一栅氧NMOS管5的栅极、第二栅氧NMOS管6的栅极以及输出参考电压端VREF连接，第一栅氧NMOS管5的源极和第二栅氧NMOS管 6的漏极连接。
第二栅氧NMOS管6的源极与自偏置衬底调制NMOS电路2连接。
作为一种可选的实施方式，本征NMOS管4的漏极与电源连接，本征NMOS管4的源极和第一栅氧NMOS管5的漏极和栅极连接，本征NMOS 管4的栅极与自偏置衬底调制NMOS电路2连接。
作为一种可选的实施方式，自偏置衬底调制NMOS电路2为自偏置连接的双N阱栅氧NMOS管7，双N阱栅氧NMOS管7的栅极和漏极相连用于输出第二基准电压VA。
双N阱栅氧NMOS管7的的阈值电压范围是：500mV～600mV。
作为一种可选的实施方式，双N阱栅氧NMOS管7的漏极和第二栅氧 NMOS管6的源极连接，双N阱栅氧NMOS管7的衬底电位端分别与第一栅氧NMOS管5的源极、第二栅氧NMOS管6的漏极连接，双N阱栅氧 NMOS管7的栅极和本征NMOS管4的栅极连接，双N阱栅氧NMOS管7 的源极接地。
作为一种可选的实施方式，本征NMOS管4、第一栅氧NMOS管5、第二栅氧NMOS管6和双N阱栅氧NMOS管7的栅源电压均小于开启阈值电压。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种亚阈值电压基准电路，其特征在于，包括：3T亚阈值基准电压电路和自偏置衬底调制NMOS电路，所述3T亚阈值基准电压电路包括本征NMOS管和与所述本征NMOS管连接的自偏置共源共栅电路；
所述本征NMOS管和电源连接；所述自偏置共源共栅电路和所述本征NMOS管均与所述自偏置衬底调制NMOS电路连接；所述自偏置衬底调制NMOS电路接地；
所述自偏置共源共栅电路包括第一栅氧NMOS管和第二栅氧NMOS管；所述第一栅氧NMOS管和所述第二栅氧NMOS管采用共源共栅自偏置的方式连接；所述第一栅氧NMOS管的漏极与所述本征NMOS管、所述第一栅氧NMOS管的栅极、所述第二栅氧NMOS管的栅极以及输出参考电压端连接，所述第一栅氧NMOS管的源极和所述第二栅氧NMOS管的漏极连接；所述第二栅氧NMOS管的源极与所述自偏置衬底调制NMOS电路连接；第一栅氧NMOS管的源极和第二栅氧NMOS管的漏极的连接端用于产生第一基准电压VB并提供给自偏置衬底调制NMOS电路作为自偏置衬底调制NMOS电路的衬底电压，第一基准电压VB的大小只与第一栅氧NMOS管和第二栅氧NMOS管的尺寸有关；
所述自偏置衬底调制NMOS电路为自偏置连接的双N阱栅氧NMOS管；所述双N阱栅氧NMOS管的漏极和所述第二栅氧NMOS管的源极连接，所述双N阱栅氧NMOS管的衬底电位端分别与所述第一栅氧NMOS管的源极、所述第二栅氧NMOS管的漏极连接，所述双N阱栅氧NMOS管的栅极和所述本征NMOS管的栅极连接，所述双N阱栅氧NMOS管的源极接地。
2.根据权利要求1所述的亚阈值电压基准电路，其特征在于，所述本征NMOS管的漏极与电源连接，所述本征NMOS管的源极均与所述第一栅氧NMOS管的漏极和所述第一栅氧NMOS管的栅极连接，所述本征NMOS管的栅极与所述自偏置衬底调制NMOS电路连接。
3.根据权利要求1所述的亚阈值电压基准电路，其特征在于，所述本征NMOS管、所述第一栅氧NMOS管、所述第二栅氧NMOS管和所述双N阱栅氧NMOS管的栅源电压均小于开启阈值电压。
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