CN112859995B - 一种电压基准电路及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电压基准电路及调节方法，当VDD上电以后，电流先流过串联的两个N沟道耗尽型MOS管所在的支路，此时串联的四个N沟道增强型MOS管上的栅极电压同时建立，支路开始流过电流，调整参数使温度特性相互抵消，从而产生具有零温度系数的基准电压，设置和N沟道增强型MOS管并联的多个FUSE修调位对电压基准进行修调，烧断FUSE时减小所在支路的电流，从而使偏高的基准电压降低为所设计的值。本发明电路结构简单，不需要运算放大器，所以无需专门进行补偿设计，可根据实际电路测试结果对基准电压进行修调，电路功耗很低，静态电流量级为几百nA，适应低功耗的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域，尤其是一种电压基准电路。
背景技术
随着社会生产力的不断发展，各种电子设备控制芯片里的模拟电路所需要的电压基准电路也是形态各异，但这些基准电路产生模块由于沿用了传统的电压基准产生结构，而这种结构的缺点是功耗大，所以造成整个芯片的功耗比较大，在某些需要低功耗的场合下，比如干电池供电，这种传统的结构问题就比较突出了。而且这种基准电路结构复杂，需要运算放大器来保证基准的准确性，为了环路的稳定性，还需要进行一定的补偿，增加了设计的复杂性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电压基准电路及调节方法。本发明在沿用了设计基准电路的一般性思想后，提出了一种结构简单，静态功耗很低的电压基准产生电路，相比于传统的基准电路，在要求低功耗的场合下有很大的优势。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电压基准电路，如图1所示，包括P沟道增强型MOS管PM1，N沟道耗尽型MOS管NM1-NM4，N沟道增强型MOS管NM5-NM11，电容C1-C2，电阻R1-R4， VDD输入端口、EN_OK_N输入端口和GND端口；
所述VDD端口连接外部供电电源，所述EN_OK_N端口连接外部逻辑使能信号， GND端口连接地电位。
所述电阻R1的一端与VDD端口连接，另一端与P沟道增强型MOS管PM1的源极端连接，主要作用为限流。
所述电阻R2的一端与N沟道耗尽型MOS管NM4的源极端相连，另一端与电阻 R3的一端、N沟道增强型MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的栅极连接，主要作用为降压。
所述电阻R3、R4串联，R3的一端与R2、N沟道增强型MOS管NM6、NM8、 NM10、NM11的栅极相连，R3的另一端与R4的一端相连，R4的另一端与GND端口连接，主要作用为作为分压器将产生的基准电压再生成不同数值的基准电压供其他电路模块使用。
所述电容C1的下极板与地连接，上极板与N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极和源极、N沟道耗尽型MOS管NM2的栅极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接；所述电容C2的下极板与地连接，上极板与N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极、N沟道增强型MOS管NM6的漏极、N沟道耗尽型MOS管NM3的源极、FUSE1的一端连接，所述电容C1、C2的主要作用为滤波。
所述P沟道增强型MOS管PM1的源极与R1的另一端相连，栅极与EN_OK_N 逻辑端口相连，漏极与N沟道耗尽型MOS管NM1的漏极、N沟道耗尽型MOS管 NM2的漏极连接，主要作用为基准电路的选通开关。
所述N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极、源极与电容C1的上极板、N沟道耗尽型MOS管NM2的栅极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接，漏极与P沟道增强型MOS管PM1的漏极连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM2的源极与N沟道耗尽型MOS管NM4的漏极连接，栅极与N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极和源极、N 沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接，漏极与P沟道增强型MOS管PM1的漏极连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM3的栅极、源极、N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极、 N沟道增强型MOS管NM6的漏极相连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM4的源极与电阻R2的一端连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM1到NM4的主要作用为产生具有正温度系数特性的电流。
FUSE1的一端与N沟道增强型MOS管NM6的漏极、N沟道耗尽型MOS管NM3 的栅极和源极、N沟道增强型MOS管NM4的栅极、电容C2的上极板连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM5的漏极连接；所述FUSE2的一端与N沟道增强型MOS 管NM6的源极、N沟道增强型MOS管NM5的源极、N沟道增强型MOS管NM8的漏极连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM7的漏极连接；所述FUSE3一端与N 沟道增强型MOS管NM7的源极、N沟道增强型MOS管NM8的源极、N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM9的漏极连接；所述 N沟道增强型MOS管NM5到NM10的主要作用为修调电压基准与设计值的误差。
所述N沟道增强型MOS管NM5的漏极与FUSE1的一端连接，栅极与N沟道增强型MOS管NM6的栅极、电阻R2和R3的下端连接，源极与N沟道增强型MOS 管NM6的源极连接；所述N沟道增强型MOS管NM6的漏极与N沟道耗尽型MOS 管NM4的栅极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM5 的源极连接；所述N沟道增强型MOS管NM7的漏极与FUSE2的一端连接，栅极N 沟道增强型MOS管NM8的栅极、电阻R2和R3的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM8的漏极与N沟道耗尽型 MOS管NM6的源极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS 管NM10的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM9的漏极与FUSE3连接，栅极 N沟道增强型MOS管NM10的栅极、电阻R2和R3的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM11的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM10的漏极与N沟道耗尽型MOS管NM8的源极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型 MOS管NM11的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM11的漏极与N沟道增强型MOS管NM10的源极连接，栅极与电阻R2和R3的一端连接，源极与地电位连接；所述N沟道增强型MOS管NM5到NM11的主要作用为产生负温度系数的栅源电压。
本发明还提供涉及一种电压基准电路的调节方法，具体步骤为：
当VDD上电以后，电流先流过NM2和NM4所在的支路，此时NM6、NM8、 NM10、NM11上的栅极电压同时建立，MOS管所在的支路开始流过电流，此电流由于流过耗尽管NM1和NM3，具有正温度系数特性，此电流同时也是增强型MOS管 NM6、NM8、NM10、NM11的沟道电流，MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的的栅极互连，所形成的栅源电压本身具有负温度系数特性，根据设计基准电路的一般性原则，调整两个参数，使其匹配足够好，其温度特性相互抵消，从而产生具有零温度系数的基准电压，制造出的基准电路随工艺条件有偏差，根据实际电路测试结果，设置FUSE1、FUSE2、FUSE3修调位对电压基准进行修调，烧断FUSE时会减小NM11 所在支路的电流，从而使偏高的基准电压降低为所设计的值。
本发明的有益效果在于：
1、电路结构简单，不需要运算放大器，所以无需专门进行补偿设计。可根据实际电路测试结果对基准电压进行修调。
2、该基准产生电路功耗很低，静态电流量级为几百nA，适应低功耗的应用需求。
附图说明
图1是本发明的一种电压基准电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下结合附图1对本发明进行进一步详细说明。如图1所示，一种简单实用且低功耗的电压基准电路，包括P沟道增强型MOS管PM1，N沟道耗尽型MOS管 NM1-NM4，N沟道增强型MOS管NM5-NM11，电容C1-C2，电阻R1-R4，VDD输入端口、EN_OK_N输入端口和GND端口。所述VDD端口连接外部供电电源，所述 EN_OK_N端口连接外部逻辑使能信号，GND端口连接地电位。
所述VDD端口连接外部供电电源，所述EN_OK_N端口连接外部逻辑使能信号， GND端口连接地电位。
所述电阻R1的一端与VDD端口连接，另一端与P沟道增强型MOS管PM1的源极端连接，主要作用为限流。
所述电阻R2的一端与N沟道耗尽型MOS管NM4的源极端相连，另一端与电阻 R3的一端、N沟道增强型MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的栅极连接，主要作用为降压。
所述电阻R3、R4串联，R3的一端与R2、N沟道增强型MOS管NM6、NM8、 NM10、NM11的栅极相连，R3的另一端与R4的一端相连，R4的另一端与GND端口连接，主要作用为作为分压器将产生的基准电压再生成不同数值的基准电压供其他电路模块使用。
所述电容C1的下极板与地连接，上极板与N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极和源极、N沟道耗尽型MOS管NM2的栅极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接；所述电容C2的下极板与地连接，上极板与N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极、N沟道增强型MOS管NM6的漏极、N沟道耗尽型MOS管NM3的源极、FUSE1的一端连接，所述电容C1、C2的主要作用为滤波。
所述P沟道增强型MOS管PM1的源极与R1的另一端相连，栅极与EN_OK_N 逻辑端口相连，漏极与N沟道耗尽型MOS管NM1的漏极、N沟道耗尽型MOS管 NM2的漏极连接，主要作用为基准电路的选通开关。
所述N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极、源极与电容C1的上极板、N沟道耗尽型MOS管NM2的栅极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接，漏极与P沟道增强型MOS管PM1的漏极连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM2的源极与N沟道耗尽型MOS管NM4的漏极连接，栅极与N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极和源极、N 沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接，漏极与P沟道增强型MOS管PM1的漏极连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM3的栅极、源极、N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极、 N沟道增强型MOS管NM6的漏极相连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM4的源极与电阻R2的一端连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM1到NM4的主要作用为产生具有正温度系数特性的电流。
所述FUSE1的一端与N沟道增强型MOS管NM6的漏极、N沟道耗尽型MOS 管NM3的栅极和源极、N沟道增强型MOS管NM4的栅极、电容C2的上极板连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM5的漏极连接；所述FUSE2的一端与N沟道增强型MOS管NM6的源极、N沟道增强型MOS管NM5的源极、N沟道增强型MOS管 NM8的漏极连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM7的漏极连接；所述FUSE3一端与N沟道增强型MOS管NM7的源极、N沟道增强型MOS管NM8的源极、N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM9的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM5到NM10的主要作用为修调电压基准与设计值的误差。
所述N沟道增强型MOS管NM5的漏极与FUSE1的一端连接，栅极与N沟道增强型MOS管NM6的栅极、电阻R2和R3的下端连接，源极与N沟道增强型MOS 管NM6的源极连接；所述N沟道增强型MOS管NM6的漏极与N沟道耗尽型MOS 管NM4的栅极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM5 的源极连接；所述N沟道增强型MOS管NM7的漏极与FUSE2的一端连接，栅极N 沟道增强型MOS管NM8的栅极、电阻R2和R3的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM8的漏极与N沟道耗尽型 MOS管NM6的源极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS 管NM10的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM9的漏极与FUSE3连接，栅极 N沟道增强型MOS管NM10的栅极、电阻R2和R3的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM11的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM10的漏极与N沟道耗尽型MOS管NM8的源极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型 MOS管NM11的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM11的漏极与N沟道增强型MOS管NM10的源极连接，栅极与电阻R2和R3的一端连接，源极与地电位连接；所述N沟道增强型MOS管NM5到NM11的主要作用为产生负温度系数的栅源电压。
结合图1所示，整个电路的调节方法为：当VDD上电以后，电流先流过NM2和 NM4所在的支路，这时NM6、NM8、NM10、NM11上的栅极电压同时建立，MOS 管NM6、NM8、NM10、NM11所在的支路开始流过电流，此电流由于流过耗尽管NM1 和NM3，具有正温度系数特性，此电流同时也是增强型MOS管NM6、NM8、NM10、 NM11的沟道电流，MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的栅极互连，所形成的栅源电压本身具有负温度系数特性，根据设计基准电路的一般性原则，调整这两个参数，使其匹配足够好，其温度特性相互抵消，从而产生具有零温度系数的基准电压。制造出的基准电路随工艺条件有偏差，根据实际电路测试结果，设置FUSE1、FUSE2、FUSE3 修调位对电压基准进行修调，烧断FUSE时会减小NM11所在支路的电流，从而使偏高的基准电压降低为所设计的值。
综上，本发明技术提出了一种简单实用且低功耗的电压基准电路，可以有效的产生在一定范围内不随外界温度和输入电源电压变化的电压基准。这种结构设计简单，功耗需求低，能很好的适应低功耗的应用需求。
上述解释说明仅为本发明的较佳实施例，和其中技术原理的基本阐述。工作于本技术领域的工程人员应明白，本发明中所涉及的技术范围，并不限制于以上技术的解释说明方案，同时也包括在所述本发明的技术范围内，由上述发明技术方案或等同方案进行任意组合而形成的其它发明方案，例如与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术进行替换更改而形成的技术方案。
Claims (2)
1.一种电压基准电路，包括P沟道增强型MOS管PM1，N沟道耗尽型MOS管NM1-NM4，N沟道增强型MOS管NM5-NM11，电容C1-C2，电阻R1-R4，VDD输入端口、EN_OK_N输入端口和GND端口，其特征在于：
所述VDD端口连接外部供电电源，所述EN_OK_N端口连接外部逻辑使能信号，GND端口连接地电位；
所述电阻R1的一端与VDD端口连接，另一端与P沟道增强型MOS管PM1的源极端连接；
所述电阻R2的一端与N沟道耗尽型MOS管NM4的源极端相连，另一端与电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的栅极连接；
所述电阻R3、R4串联，R3的一端与R2、N沟道增强型MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的栅极相连，R3的另一端与R4的一端相连，R4的另一端与GND端口连接，作为分压器将产生的基准电压再生成不同数值的基准电压供其他电路模块使用；
所述电容C1的下极板与地连接，上极板与N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极和源极、N沟道耗尽型MOS管NM2的栅极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接；所述电容C2的下极板与地连接，上极板与N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极、N沟道增强型MOS管NM6的漏极、N沟道耗尽型MOS管NM3的源极、FUSE1的一端连接；
所述P沟道增强型MOS管PM1的源极与R1的另一端相连，栅极与EN_OK_N逻辑端口相连，漏极与N沟道耗尽型MOS管NM1的漏极、N沟道耗尽型MOS管NM2的漏极连接；
所述N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极、源极与电容C1的上极板、N沟道耗尽型MOS管NM2的栅极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接，漏极与P沟道增强型MOS管PM1的漏极连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM2的源极与N沟道耗尽型MOS管NM4的漏极连接，栅极与N沟道耗尽型MOS管NM1的栅极和源极、N沟道耗尽型MOS管NM3的漏极连接，漏极与P沟道增强型MOS管PM1的漏极连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM3的栅极、源极、N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极、N沟道增强型MOS管NM6的漏极相连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM4的源极与电阻R2的一端连接；所述N沟道耗尽型MOS管NM1到NM4产生具有正温度系数特性的电流；
所述FUSE1的一端与N沟道增强型MOS管NM6的漏极、N沟道耗尽型MOS管NM3的栅极和源极、N沟道增强型MOS管NM4的栅极、电容C2的上极板连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM5的漏极连接；FUSE2的一端与N沟道增强型MOS管NM6的源极、N沟道增强型MOS管NM5的源极、N沟道增强型MOS管NM8的漏极连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM7的漏极连接；FUSE3一端与N沟道增强型MOS管NM7的源极、N沟道增强型MOS管NM8的源极、N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接，另一端与N沟道增强型MOS管NM9的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM5到NM10的修调电压基准与设计值的误差；
所述N沟道增强型MOS管NM5的漏极与FUSE1的一端连接，栅极与N沟道增强型MOS管NM6的栅极、电阻R2和R3的下端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM6的源极连接；所述N沟道增强型MOS管NM6的漏极与N沟道耗尽型MOS管NM4的栅极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM5的源极连接；所述N沟道增强型MOS管NM7的漏极与FUSE2的一端连接，栅极N沟道增强型MOS管NM8的栅极、电阻R2和R3的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM8的漏极与N沟道耗尽型MOS管NM6的源极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM10的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM9的漏极与FUSE3连接，栅极N沟道增强型MOS管NM10的栅极、电阻R2和R3的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM11的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM10的漏极与N沟道耗尽型MOS管NM8的源极连接，栅极与电阻R2的一端连接，源极与N沟道增强型MOS管NM11的漏极连接；所述N沟道增强型MOS管NM11的漏极与N沟道增强型MOS管NM10的源极连接，栅极与电阻R2和R3的一端连接，源极与地电位连接；所述N沟道增强型MOS管NM5到NM11产生负温度系数的栅源电压。
2.一种利用权利要求1所述电压基准电路的调节方法，其特征在于包括下述步骤：
当VDD上电以后，电流先流过NM2和NM4所在的支路，此时NM6、NM8、NM10、NM11上的栅极电压同时建立，MOS管所在的支路开始流过电流，此电流由于流过耗尽管NM1和NM3，具有正温度系数特性，此电流同时也是增强型MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的沟道电流，MOS管NM6、NM8、NM10、NM11的的栅极互连，所形成的栅源电压本身具有负温度系数特性，调整两个参数，使参数匹配，温度特性相互抵消，从而产生具有零温度系数的基准电压，设置FUSE1、FUSE2、FUSE3修调位对电压基准进行修调，烧断FUSE时，减小NM11所在支路的电流，从而使偏高的基准电压降低为所设计的值。
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