具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

一实施例的带隙基准电压源包括第一带隙基准电路和第二带隙基准电路。第一带隙基准电路的输入端用于接入模式选择信号，第一带隙基准电路的输出端用于连接用电电路；第二带隙基准电路的输入端与第一带隙基准电路的输入端连接；第二带隙基准电路的输出端用于连接用电电路；其中，正常工作模式下，模式选择信号用于驱动第一带隙基准电路工作，低功耗工作模式下，模式选择信号用于驱动上述第二带隙基准电路工作；上述第二带隙基准电路运行时的功耗小于第一带隙基准电路运行时的功耗。

上述带隙基准电压源的工作模式可以包含正常工作模式和低功耗工作模式，通过模式选择信号选择执行不同的工作模式，如图1所示，第一带隙基准电路100输入端与第二带隙基准电路200输出端连接，共同组成带隙基准电压源的输入端，用于接入模式选择信号；第一带隙基准电路100的输出端与第二带隙基准电路200的输出端连接，作为整个带隙基准电压源电路的输出端，用于连接用电电路300，为用电电路300输出基准电压。在正常工作模式下时，在模式选择信号作用下，带隙基准电压源运行第一带隙基准电路100，关断第二带隙基准电路200；在低功耗工作模式下时，带隙基准电压源运行第二带隙基准电路200，关断第一带隙基准电路100。在第一带隙基准电电路100出现故障无法运行或用电电路300需要低功耗运行时，通过模式选择信号驱动第二带隙基准电路200运行，使得用电器的功耗大幅降低，同时也增强了上述带隙基准电压源的稳定性。

如图2所示，在一实施例中，第一带隙基准电路可以采用CMOS结构带隙基准电压源电路110，第二带隙基准电路可以采用亚阈值带隙基准电压源电路210。CMOS结构带隙基准电压源电路110的输入端与亚阈值带隙基准电压源电路210的输入端连接，作为整个带隙基准电压源电路的输入端，用于接入模式选择信号；CMOS结构带隙基准电压源电路110的输出端与亚阈值带隙基准电压源电路210的输出端连接，作为整个带隙基准电压源电路的输出端，用于连接用电电路300，对用电电路300输出电压信息。CMOS结构带隙基准电压源电路110具有低温漂系数、高电源电压抑制比的特性。亚阈值带隙基准电压源电路210具有低功耗、低温漂系数的特性。上述带隙基准电压源在正常工作模式下运行CMOS结构带隙基准电路110，低功耗工作模式下运行亚阈值带隙基准电压源电路210，使得该带隙基准电压源具有低功耗、低温漂系数和高电源电压抑制比的特性。

如图3所示，在一实施例中，上述亚阈值带隙基准电压源电路包括：启动电路211，负温度系数电流产生电路212，正温度系数电流产生电路213和带隙基准电压输出电路214。该启动电路211的输入端用于接入模式选择信号；启动电路211的供电端用于连接电源；正温度系数电流产生电路213的第一端与启动电路211的第一输出端连接；负温度系数电流产生电路212的第一端与启动电路211的第二输出端连接，负温度系数电流产生电路212的第二端与正温度系数电流产生电路213的第二端连接；带隙基准电压输出电路214的输入端与负温度系数电流产生电路212的第二端连接，带隙基准电压输出电路214的输出端用于连接用电电路；正温度系数电流产生电路213的第三端和带隙基准电压输出电路214的供电端均用于连接电源。

具体的，启动电路211接收到用于启动低功耗工作模式的模式选择信号后，分别导通负温度系数产生电路212和正温度系数产生电路213，使整个亚阈值带隙基准电压源电路处于导通工作状态。导通后，负温度系数产生电路212用于产生一个与绝对温度成反比的电流支路，正温度系数产生电路213用于产生一个与绝对温度正比的电流支路。上述两个支路在带隙基准电压输出电路214汇合并相互抵消温度的影响，最终输出的电压可实现对温度极其不敏感，而且上述所有模块中的MOS管工作在亚阈值区域，功耗极低，在运行亚阈值带隙基准电压源电路时，可实现带隙基准电压源的低功耗运行。

进一步的，如图3所示，在一实施例中，启动电路211包括：第一P型MOS管PM1，第一P型MOS管PM1包括第一源极、第一漏极和第一栅极；第一栅极用于接入模式选择信号；第一漏极与正温度系数电流产生电路213的第一端连接；第二P型MOS管PM2，第二P型MOS管PM2包括第二源极、第二漏极和第二栅极；第二栅极用于连接第一漏极；第二漏极与负温度系数电流产生电路212的第一端连接；第一N型MOS管NM1，第一N型MOS管NM1包括第三源极、第三漏极和第三栅极，第三漏极与第一漏极连接，第三栅极用于接入模式选择信号；第二N型MOS管NM2，第二N型MOS管NM2包括第四源极、第四漏极和第四栅极，第四栅极与第二栅极连接，第四漏极与负温度系数电流产生电路212连接；第一源极和第二源极均用于连接电源，第三源极和第四源极均接地。这里给出启动电路211的一种实现方式，基于该电路，启动电路211还可以包括其他元件，即能够实现基于模式选择信号进行开关状态变化的电路均属于上述启动电路211的保护范围。

如图3所示，在一实施例中，负温度系数电路产生电路包括212：第三P型MOS管PM3，第三P型MOS管PM3包括第五源极、第五漏极和第五栅极，第五栅极分别与启动电路211的第一输出端和第五漏极连接；第四P型MOS管PM4，第四P型MOS管PM4包括第六源极、第一衬底、第六漏极和第六栅极，第六源极与第五漏极连接；第六栅极与第六漏极连接，第六漏极与正温度系数电流产生电路212的第二端连接；第五P型MOS管PM5，第五P型MOS管PM5包括第七源极、第七漏极和第七栅极，第七栅极与启动电路211的第二输出端连接；第六P型MOS管PM6，第六P型MOS管PM6包括第八源极、第八漏极、第二衬底和第八栅极，第八源极与第七漏极连接，第八漏极与带隙基准电压输出电路214的输入端连接，第八栅极与第六栅极连接；第五源极、第七源极、第一衬底和第二衬底分别用于与电源连接。

如图3所示，在一实施例中，正温度系数电路产生电路213包括：第七P型MOS管PM7，第七P型MOS管PM7包括第九源极、第九漏极和第九栅极，第九源极与负温度系数电流产生电路212的第二端连接，第九栅极分别与启动电路211的第二输出端和带隙基准电压输出电路214的输入端连接；第八P型MOS管PM8，第八P型MOS管PM8包括第十源极、第十漏极和第十栅极，第十源极与第九栅极连接；第九漏极、第十漏极和第十栅极均接地。

如图3所示，在一实施例中，带隙基准电压输出电路214包括：第三N型MOS管NM3，第三N型MOS管包括第十一源极、第十一漏极和第十一栅极，第十一栅极和第十一漏极均用于与电源连接；第四N型MOS管NM4，第四N型MOS管NM4包括第十二源极、第十二漏极、第三衬底和第十二栅极，第十二源极和第三衬底均接地，第十二漏极与第十一源极连接，且第十二漏极还用于连接用电电路，第十二栅极与负温度系数电流产生电路212的第二端连接。

为了更好的说明本申请提供的带隙基准电压源的实现过程，以如图3所示的最小部件组合方式为例进行说明，即在一实施例中，上述亚阈值带隙基准电压源电路可以包括：第一P型MOS管PM1，第一P型MOS管PM1包括第一源极、第一漏极和第一栅极；第一源极与电源连接。第二P型MOS管PM2，第二P型MOS管PM2包括第二源极、第二漏极和第二栅极；第二源极与电源连接，第二栅极与第一漏极连接。第一N型MOS管NM1，第一N型MOS管NM1包括第三源极、第三漏极和第三栅极；第三漏极与第一漏极连接，第三源极接地，第三栅极与第一栅极连接，作为整个电路的输入端接入外部模式选择信号。第二N型MOS管NM2，第二N型MOS管NM2包括第四源极、第四漏极和第四栅极；第四源极接地，第四漏极与第二漏极连接，第四栅极与第二栅极连接。第三P型MOS管PM3，第三P型MOS管包括第五源极、第五漏极和第五栅极；第五源极接地，第五漏极与第五栅极连接，第五栅极与第一漏极连接。第四P型MOS管PM4，第四P型MOS管PM4包括第六源极、第一衬底、第六漏极和第六栅极；第一衬底与电源连接，第六源极与第五漏极连接。第五P型MOS管PM5，第五P型MOS管PM5包括第七源极、第七漏极和第七栅极；第七源极与电源连接，第七栅极与第五栅极连接。第六P型MOS管PM6，第六P型MOS管PM6包括第八源极、第八漏极、第二衬底和第八栅极；第八源极与第七漏极连接，第二衬底与电源连接，第八栅极与第六栅极连接。第七P型MOS管PM7，第七P型MOS管PM7包括第九源极、第九漏极和第九栅极；第九源极与第八栅极连接，第九漏极接地，第九栅极与第四漏极连接。第八P型MOS管PM8，第八P型MOS管PM8包括第十源极、第十漏极和第十栅极；第十源极与第九栅极和第八漏极连接，第十漏极和第十栅极接地。第三N型MOS管NM3，第三N型MOS管NM3包括第十一源极、第十一漏极和第十一栅极；第十一漏极和第十一栅极与电源连接。第四N型MOS管NM4，第四N型MOS管NM4包括第十二源极、第十二漏极、第三衬底和第十二栅极；第十二源极与第三衬底接地，第十二漏极与第十一源极连接作为输出端对用电电路输出电压信号，第十二栅极与第十源极连接。

具体的，PM1的栅极和NM1的栅极用于接模式选择信号，在带隙基准电压源处于低功耗工作模式时，模式选择信号输出低电平信号，PM1导通，NM1关断，上述第十一源极可以产生一个正温度系数的电流，第十二漏极可以产生一个负温度系数的电流，对第三N型MOS管NM3和第四N型MOS管NM4的沟道分别设置合理的宽长比后，可以使得最终亚阈值带隙基准电压源电路的输出电压对温度极不敏感，而且上述所有MOS管工作均在亚阈值区域，功耗极低。

在一实施例中，模式选择信号包括高电平和低电平；正常工作模式下模式选择信号为低电平时，则低功耗工作模式下，模式选择信号为高电平；正常工作模式下模式选择信号为高电平时，则低功耗工作模式下，模式选择信号为低电平。当低电平信号控制带隙基准电压源运行正常工作模式时，输入高电平信号会启动低功耗工作模式；当高电平信号控制带隙基准电压源运行低功耗工作模式时，输入低电平信号会启动正常工作模式。模式选择信号的高低电平设置，可参见上述实施例中描述来理解，以满足正常模式下CMOS结构带隙基准电压源电路工作，亚阈值带隙基准电压源电路关断，低功耗工作模式下，CMOS结构带隙基准电压源电路关断，亚阈值带隙基准电压源电路工作为准则。

考虑到智能电网传感器系统芯片，常用工作电压为1.2V，所以，在一实施例中，当用电电路为智能电网传感器系统芯片时，亚阈值低功耗带隙基准电压源电路的输出电压为1.2V，且CMOS结构带隙基准电压源电路输出电压为1.2V，可实现不同工作模式下，为智能电网传感器系统芯片提供稳定的1.2V电压，尤其是室外环境变化比较大的应用场景下，仍能够保持供电电压的稳定，为智能电网传感器系统芯片的稳定工作提供保障。另外，在野外工作环境下，通过模式选择信号驱动由CMOS结构带隙基准电压源电路供电切换为由亚阈值低功耗带隙基准电压源电路供电，利用MOS管在亚阈值区域的低功耗特性，可延长带隙基准电压源在野外的有效工作时长，使带隙基准电压源寿命大幅提高，减少野外工作环境下带隙基准电压源的更换次数，减少维护成本。

在本发明的一个或多个实施例中，CMOS结构带隙基准电压源电路使用P输入折叠共源共栅运算放大器，具有较高的增益和电源电压抑制比和较大摆幅和增益。如需在成本和性能之间折中，CMOS结构带隙基准电压源电路可以采用折叠共源共栅运算放大器，其低频闭环增益较高，使得CMOS结构带隙基准电路在低频时有较高电源电压抑制比。智能电网环境中，一般给传感器系统芯片供电电压波动频率为50Hz至60Hz，所以用闭环增益高的折叠共源共栅运算放大器足以满足性能需要。

为了证明CMOS结构带隙基准电路低温漂、高电源电压抑制比的特性。对某一选型的CMOS结构带隙基准电压源电路的温漂仿真，仿真结果如图4所示，在温度在-40℃-85℃变化时，该CMOS结构带隙基准电压源电路的输出电压从1.20192V变化到1.20271V，温度变化率为9.29μV/℃，即温漂系数为7.73ppm/℃。对某一选型的CMOS结构带隙基准电压源电路的电源电压抑制比仿真，仿真结果如图5所示，该CMOS结构带隙基准电路的电源电压抑制比在低频时达到-78dB，对电源电压波动具有良好的抑制能力。

对某一选型的CMOS结构带隙基准电压源电路的供电电压范围进行仿真，仿真结果如图6所示，CMOS结构带隙基准电压源电路在电源电压在1.3V-9.4V范围内变化时，都能提供1.2V的稳定的参考电压。

所以在正常环境中，上述带隙基准电压源通过模式选择信号启动正常工作模式，运行CMOS结构带隙基准电路，从而更好的在电源电压波动时保持稳定。

当模式选择信号驱动带隙基准电压源中的低功耗模式运行时，亚阈值带隙基准电压源电路开始运行，亚阈值带隙基准电压源电路具有低功耗、低温漂的的特性。

为了证明亚阈值带隙基准电压源电路具有低功耗、低温漂的的特性，对亚阈值带隙基准电压源电路的温漂仿真，仿真结果如图7所示，在温度在-40℃-120℃范围内变化时，亚阈值带隙基准电压源电路的输出电压从1.207239V变化到1.206958V，温度变化率为1.76μV/℃，即温漂系数为1.45ppm/℃。对上述任一实施例中的亚阈值带隙基准电压源电路的功耗仿真，仿真测得，该亚阈值带隙基准电压源的功耗为：1.6V×1.49μA＝2.38μW。可以通过调低电源电压和输出电压，让亚阈值带隙基准电压源电路以纳瓦级功耗提供参考电压，但是考虑到电压兼容性，智能电网传感器系统芯片其它模块对1.2V的参考电压需求较大，本技术方案从实际需求出发，让亚阈值带隙基准电压源电路输出1.2V参考电压工作。

对上述任一实施例中的亚阈值基准电压源电路在供电电压范围进行仿真，仿真结果如图8所示，亚阈值带隙基准电压源电路对电源电压波动的抑制能力和稳定能力比较差，这是因为在弱反型区域中工作的MOS管会加剧电源电压抑制比的降低，因为电源电压的微小变化会影响电流的指数变化。

通过上述全部仿真实验可知，本方案中的带隙基准电压源在低功耗工作模式下，耗能可以低至2.38微瓦；在正常模式下，温漂系数为7.73ppm/℃，在低功耗模式下，温漂系数为1.45ppm/℃；在正常模式下，电源电压抑制比在达到-78dB，且亚阈值带隙基准电压源与CMOS结构带隙基准电压源都可以输出1.2V的输出电压。因而，本方案中所提出的带隙基准电压元具有低功耗、低温漂和高电源电压抑制比的特性。

智能电网传感器系统芯片往往长期工作在野外，工作环境复杂，对低功耗要求高。因此，我们提出上述具有低功耗、低温漂系数和高，电源电压抑制比的带隙基准电压源，使得智能电网传感器系统芯片功耗大幅度降低，在野外等复杂工作情况下，整体电池寿命大幅提高。以适应智能电网传感器在野外工作环境复杂、电池容量有限等特点。此外，考虑到通常智能电网传感器芯片对1.2V的参考电压需求较大，带隙基准电压源中的第一带隙基准电路和第二带隙基准电路的输出电压都为1.2V。

因智能电网传感器系统芯片中还有规模庞大的数字处理器电路，系统芯片带来的噪声集中在1-1KHz，所以还需保证在1KHz时带隙基准电压源有足够的电源电压抑制比。由前面仿真结果可知，上述实施例中的带隙基准电压源保证了在高频时仍有一定的电源电压抑制比。若是更换工艺后在高频的电源电压抑制比不够，可以在输出端与地之间接入了一个电容接法的MOS管，面积消耗少，可以提升一定的电源电压抑制比，上述实施例基于成本和性能的折中，未加MOS管电容。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。