[发明专利]适应用于无源UHFRFID标签芯片的带隙基准电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体集成电路的带隙基准电压产生器，具体是一种带隙基准电路，可用于无源超高频射频识别UHF RFID标签芯片设计。

背景技术

无源超高频射频识别UHF RFID是包括将唯一的识别信息存储到芯片中，以及使用射频识别、追踪或者管理附着于此芯片的物体的技术。无源UHF RFID具有准确性高、存储量大、抗恶劣环境、安全性高的特点，已广泛应用于生产、物流、交通、防伪等领域中，随着相关技术的不断完善和成熟，无源UHF RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，将成为未来信息社会建设的一项基础技术。

无源UHF RFID系统包括读卡器、天线和电子标签芯片三个部分。电子标签芯片主要包括四个模块：射频模块、模拟模块、数字基带控制模块和非易失性存储器。模拟模块包括带隙基准电路和时钟产生电路以及稳压电路。其中基准电路为射频和模拟电路的各个模块提供与温度特性、电源电压和工艺无关的稳定偏置和参考源，因此其性能决定了无源UHF RFID标签芯片的性能，是芯片的一个核心模块。

现有的带隙基准电路可以简单的分为以下两种基本类型：

第一种类型为：利用带隙基准电路均利用BJT基射极电压差V_be的负温度特性，以及不同电流密度下两个BJT的V_be电压差ΔV_be的正温度特性相互补偿，得到温度系数很小的带隙基准电压。但这种方式的基准电路功耗通常在10uA以上，工作电压也很高，即1.25V以上，不适用于无源UHF RFID标签芯片。为了降低工作电压，又提出了电流模基准电路，如图1，其工作电压能够得到有效的降低，但为了降低功耗，至少需要三个阻值非常高的电阻R₁，R₂和R₃，同时需要至少三个BJT，芯片面积较大。

第二种类型为：利用MOS器件亚阈值特性的带隙基准电路，如图2，这一系列带隙基准电路具有较低的工作电压和功耗，从这两点来看，是满足无源UHF RFID的应用需求的。但其由于产生的基准电压与MOS晶体管的阈值V_th直接相关或者有很大的关联性，因此其输出基准电压随着工艺的偏差变化非常大，在某些工艺下，其偏差可以达到50％以上。

在以上两种带隙基准电路中，第一种仅利用BJT来产生基准电压，其功耗和面积较大，第二种类型仅利用偏置在亚阈值区的MOS器件来产生基准电压，其工艺偏差大，因此这两种类型的带隙基准电路均不能很好的应用于无源UHF RFID标签芯片中。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种适应用于无源UHF RFID标签芯片的带隙基准电路，以减小芯片面积、降低工作电压和功耗及工艺偏差，满足无源UHF RFID标签芯片的要求。

实现本发明目的技术思路是，将上述两种带隙基准电路方式相结合，利用BJT产生负温度系数电流，利用偏置亚阈值区的MOS其漏源电流I_D和栅源电压V_gs呈指数关系的特性产生正温度系数电流，以产生零温度系数的带隙基准电压。其电路结构包括：正温度系数电路(301)，它由2个PMOS管(306，307)、2个NMOS管(309，310)、运算放大器(308)和电阻(311)连接组成，用于产生正温度系数电流的偏置电压，并输出正偏信号B_P分别给基准电压输出电路(303)和负温度系数电路(302)；

负温度系数电路(302)，包括：2个PMOS管(314，317)、BJT管(315)、运算放大器(316)和电阻(318)，用于产生负温度系数电流的偏置电压，并输出负偏信号B_C给基准电压输出电路(303)；第一PMOS管(314)的漏极接BJT管(315)的发射极，为该BJT管提供偏置电流；BJT管(315)的基极与集电极接地，该BJT管(315)的基极与射极产生基射极电压V_be送入运算放大器(316)的同相输入端；电阻(318)、第二PMOS管(317)和运算放大器(316)构成负反馈电路，使得电阻(318)两端的电压差值为与基射极电压V_be相等；