阅读说明：本技术 一种四管电压基准电路 (Four-tube voltage reference circuit ) 是由 王东俊 邓乐武 张雷 魏平 张凯 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种四管电压基准电路,包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2：所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的漏极连接后接有电源电压；所述第一NMOS管MN1的栅极和源极短接,所述第一PMOS管MP1的源极和衬底短接,所述第二PMOS管MP2的栅极和漏极短接；所述第一PMOS管MP1的栅漏短接并连接第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的衬底；所述第二PMOS管MP2的源极和衬底短接,且两者短接后连接并作为基准电路的输出基准电压。通过超宽温度范围极低功耗的四管电压基准电路,解决了现有带隙基准电路在电源电压低于0.7V开启电压时不能工作的问题。(The invention relates to a four-tube voltage reference circuit, which comprises a first NMOS tube MN1, a second NMOS tube MN2, a first PMOS tube MP1 and a second PMOS tube MP 2: the drain electrodes of the first NMOS transistor MN1 and the second NMOS transistor MN2 are connected and then connected with a power supply voltage; the grid electrode and the source electrode of the first NMOS transistor MN1 are in short circuit, the source electrode and the substrate of the first PMOS transistor MP1 are in short circuit, and the grid electrode and the drain electrode of the second PMOS transistor MP2 are in short circuit; the gate-drain short circuit of the first PMOS transistor MP1 is connected with the substrate of the first NMOS transistor MN1 and the second NMOS transistor MN 2; the source electrode and the substrate of the second PMOS pipe MP2 are in short circuit, and the source electrode and the substrate are connected after being in short circuit and are used as the output reference voltage of the reference circuit. The problem that the conventional band-gap reference circuit cannot work when the power supply voltage is lower than 0.7V starting voltage is solved through the four-tube voltage reference circuit with an ultra-wide temperature range and extremely low power consumption.)

一种四管电压基准电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种四管电压基准电路。

背景技术

电压基准电路是包括航空、航天等电子系统中不可或缺的一部分，在一些航空、航天特殊的使用环境中，要求电压基准电路在超宽的温度范围内能够产生不随温度变化的基准电压源。同时，考虑到航空航天应用中要求电池重量尽可能小，电压基准电路的功耗要尽可能低。而使用最为广泛的传统带隙基准电路受开启电压的限制不能工作在超低电源电压下，一般在低于0.7V时就不能正常工作，因此造成功耗比较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种四管电压基准电路，能够超宽温度范围极低功耗的四管电压基准电路，能够工作在0.45V的电源电压下，解决了现有带隙基准电路在电源电压低于0.7V开启电压时不能工作的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种四管电压基准电路，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管，其特征在于：

所述第一NMOS管与第二NMOS管的漏极连接后接有电源电压VDD；

所述第一NMOS管的栅极和源极短接，所述第一PMOS管的源极和衬底短接，所述第二PMOS管的栅极和漏极短接，且三者短接后连接并作为基准电路的输出电压VCTAT；

所述第一PMOS管的栅漏短接并连接第一NMOS管和第二NMOS管的衬底，且三者连接后接地；

所述第二NMOS管的栅源短接，所述第二PMOS管的源极和衬底短接，且两者短接后连接并作为基准电路的输出基准电压。

所述第一NMOS管和第二NMOS管均为阈值电压≤0.5V的NMOS管。

所述第一PMOS管和第二PMOS管均为阈值电压≥0.7V的NMOS管。

所述第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管均工作在压阈值区。

所述输出电压VCTAT的公式如下：

其中m1、m2分别是第一NMOS管和第一PMOS管的亚阈值斜率因子，VT为热电压,μ1、μ2分别是第一NMOS管和第一PMOS管的电子迁移率；C0x1分别为第一NMOS管和第一PMOS管的栅氧化电容值；VTH1、VTH2分别是第一NMOS管和第一PMOS管的阈值电压；(W/L)N1、(W/L)P1分别是第一NMOS管和第一PMOS管的宽长比。

所述输出基准电压V_REF的公式如下：

其中(W/L)_N2、(W/L)_P2分别是第二NMOS管和第二PMOS管的宽长比。

化简得公式如下：

采用本发明的优点在于。

1、通过超宽温度范围极低功耗的四管电压基准电路，能够工作在0.45V的电源电压下，解决了现有带隙基准电路在电源电压低于0.7V开启电压时不能工作的问题；且功耗不超过两纳瓦，远远低于传统的带隙基准的功耗，并能实现在-55℃至150℃超宽的温度范围内工作。

附图说明

图1为本发明的电路示意图。

图2为本发明中四管电压基准电路经过Hspice仿真得到的仿真图。

图中标记：MN1、第一NMOS管，MN2、第二NMOS管，MP1、第一PMOS管，MP2、第二PMOS管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种四管电压基准电路，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2：

所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的漏极连接后接有电源电压(VDD)；

所述第一NMOS管MN1的栅极和源极短接，所述第一PMOS管MP1的源极和衬底短接，所述第二PMOS管MP2的栅极和漏极短接，且三者短接后连接并作为基准电路的输出电压V_CTAT；

所述第一PMOS管MP1的栅漏短接并连接第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的衬底，且三者连接后接地VSS；

所述第二NMOS管MN2的栅源短接，所述第二PMOS管MP2的源极和衬底短接，且两者短接后连接并作为基准电路的输出基准电压V_REF。

通过超宽温度范围极低功耗的四管电压基准电路，能够工作在0.45V的电源电压下，解决了现有带隙基准电路在电源电压低于0.7V开启电压时不能工作的问题；且功耗不超过两纳瓦，远远低于传统的带隙基准的功耗，并能实现在-55℃至150℃超宽的温度范围内工作。

实施例2

如图1所示，1、一种四管电压基准电路，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，其特征在于：

所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的漏极连接后接有电源电压VDD；

所述第一NMOS管MN1的栅极和源极短接，所述第一PMOS管MP1的源极和衬底短接，所述第二PMOS管MP2的栅极和漏极短接，且三者短接后连接并作为基准电路的输出电压VCTAT；

所述第一PMOS管MP1的栅漏短接并连接第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的衬底，且三者连接后接地；

所述第二NMOS管MN2的栅源短接，所述第二PMOS管MP2的源极和衬底短接，且两者短接后连接并作为基准电路的输出基准电压。

所述第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2均为阈值电压≤0.5V的NMOS管。

所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2均为阈值电压≥0.7V的NMOS管。

所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2均工作在压阈值区。

所述输出电压VCTAT的公式如下：

其中m1、m2分别是第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1的亚阈值斜率因子，VT为热电压,μ1、μ2分别是第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1的电子迁移率；C0x1分别为第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1的栅氧化电容值；VTH1、VTH2分别是第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1的阈值电压；(W/L)N1、(W/L)P1分别是第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1的宽长比。

所述输出基准电压V_REF的公式如下：

其中(W/L)_N2、(W/L)_P2分别是第二NMOS管MN2和第二PMOS管MP2的宽长比。

化简得公式如下：

通过Hspice仿真得到如图2所示的仿真图，仿真表明在温度范围从-55℃至150℃，标准工艺角(tt corner)下产生的基准电压VREF温度系数仅为32ppm/℃。典型情况下(ttcorner，27℃)，电源电压VDD＝0.45V，总的电流消耗为3.4nA，总功耗为1.53nW。可见本发明使工作的最低电压小于0.7V，相比传统基准源能够工作在更低电源电压下，本发明工作的功耗仅为几纳瓦，实现了极低的功耗，同时本发明可工作在-55℃至150℃的宽温度范围内，可为低功耗的航空航天用电子系统提供稳定可靠的基准电压源。

通过超宽温度范围极低功耗的四管电压基准电路，能够工作在0.45V的电源电压下，解决了现有带隙基准电路在电源电压低于0.7V开启电压时不能工作的问题；且功耗不超过两纳瓦，远远低于传统的带隙基准的功耗，并能实现在-55℃至150℃超宽的温度范围内工作。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。