[发明专利]一种超低功耗低电压低温漂的亚阈值基准电压产生电路

说明书

本发明提出了一种超低功耗低电压低温漂的亚阈值基准电压产生电路，属于电源管理技术领域。包括了启动电路、电流基准电路、V_PTAT电路、V_CTAT电路。启动电路的作用是为了防止零电流传输的情况，电路正常工作以后，首先，利用电流基准的核心结构，包括高阈值的MOS管和低阈值的MOS管，产生一个纳安级的基准电流，利用电流镜为V_PTAT电路和V_CTAT电路提供偏置。负温度系数的电压是利用具有不同阈值电压的MOS管的栅源电压差来产生，正温度系数的电压利用具有相同阈值电压的MOS管的栅源电压差来产生。两种不同温度系数的电压相互叠加补偿产生基准电压。本发明在实现超低功耗以及减小版图面积的前提下，能够完成低压输出以及低温漂的设计指标。

技术领域

本发明属于电压管理技术领域。具体涉及一种超低功耗低电压低温漂的亚阈值基准电压产生电路的设计。

背景技术

随着人工智能技术的发展，可穿戴设备和植入式医疗产品已经受到消费者广泛的关注。由于在可穿戴以及可植入设备中，电池的尺寸和容量有限，如何降低电源管理芯片的功耗变得非常重要。其中，电压参考电路作为芯片中的重要模块之一其主要功能是为后续电路提供精准的电压参考。所以设计一个性能良好的电压基准就显得尤为关键，随着集成电路制造技术的不断进步，工艺特征尺寸变得越来越小。使得对芯片功耗的研究更加关注MOS管的亚阈值区导电特性。因此，工作在亚阈值区的电压基准成为了近年来的研究热点。

传统的亚阈值基准电压产生电路主要依靠单个MOS管来实现，受工艺偏差以及自身补偿的限制，不易实现低温漂，尤其是在功耗、输出电压以及电源电压等条件的约束下，传统的亚阈值电压基准很难满足所有的要求。所以如何完成输出电压低、低温漂以及超低功耗的电压基准成为本发明的研究重点。

如图1所示是现有技术中一个典型的亚阈值基准电压产生电路，为了确保MOS管工作在亚阈值区，一般来说，偏置电流I必须是纳安级别的，首先必须了解MOS管工作在亚阈值区的特性，

其中，I_D表示的是MOS管的漏极电流。μ＝μ₀(T₀/T)^m代表MOS管的电子迁移率，T₀是参考温度，μ₀是参考温度T₀下的电子迁移率，T代表的是绝对温度，m是温度指数，C_OX＝ε_OX/t_OX，代表的是单位面积栅氧化层电容，ε_OX表示的是氧化物介电常数，t_OX是氧化层的厚度，η是亚阈值区斜率因子，和工艺有关，标准的亚微米工艺下，约为1.5。W和L分别代表的是沟道宽度和长度，K＝W/L表示的是MOS管的宽长比，V_T＝k_BT/q代表的是热电压，其中k_B是玻尔兹曼常数，q是电子电荷。V_GS是MOS管的栅源电压，V_TH是阈值电压，V_DS是MOS管的漏源电压。其中，特征电流用I₀＝μC_OX(η-1)V_T²。在实际的电

路当中，漏源电压V_DS的值大于热电压V_T的值，当V_DS≥3V_T的时候，就能够得到简化的电流表达式：

对(2)进行化简，能够得到，

传统的亚阈值基准电压是利用一个纳安级的偏置电流使管子工作在亚阈值区，同时，管子的栅极和漏极连接到一起，通过栅源电压来产生基准电压，因此：

V_REF＝V_GS (4)