一種低功耗高PSRR的基準(zhǔn)電壓源

1 基準(zhǔn)電壓源的結(jié)構(gòu)與工作原理
圖1為基準(zhǔn)電壓源的等效結(jié)構(gòu)圖。其中，M4為耗盡管，M6為增強(qiáng)管。從圖1中可以看出，M4柵源極相連后，流過(guò)該管的電流為：

由于NMOS耗盡管的閾值電壓為負(fù)值，并且具有負(fù)溫度系數(shù)，因此由式(1)可知，耗盡管電流隨溫度上升而變大。該電流就是通過(guò)增強(qiáng)管M6的電流。從圖1可以看出基準(zhǔn)電壓為：

由于增強(qiáng)管M6的閾值電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，而通過(guò)該管的電流具有正溫度系數(shù)，因此通過(guò)合理設(shè)置M4，M6的寬長(zhǎng)比就能在室溫下獲得比較恒定的基準(zhǔn)電壓。

這種結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)電壓源具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)可以產(chǎn)生較低基準(zhǔn)電壓。與一般的1．2 V基準(zhǔn)電壓相比，圖1所示的電路結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更低的基準(zhǔn)電壓。特別是當(dāng)所選擇工藝的NMOS管閾值較小，并且耗盡管的寬長(zhǎng)比較小時(shí)，基準(zhǔn)電壓只有零點(diǎn)幾伏，在低壓供電的電源芯片中，具有較大的優(yōu)勢(shì)。
(2)電路具有極小的靜態(tài)電流。M4管柵源極相連充當(dāng)恒流源，由于該管長(zhǎng)度設(shè)置得較大，因而對(duì)應(yīng)的等效電阻很大，流過(guò)的靜態(tài)電流很小，一般只有幾百納安。
(3)無(wú)需額外的啟動(dòng)電路。耗盡型晶體管為常通型晶體管，只有當(dāng)柵極所加電壓超過(guò)其閾值電壓時(shí)，管子才會(huì)關(guān)斷。而M4管的柵極電壓始終為0，并且M6管屬于二極管連接，因此系統(tǒng)上電后，必然有從電源到地的直流通路，所以不需要額外的啟動(dòng)電路幫助系統(tǒng)擺脫靜態(tài)電流為0的簡(jiǎn)并狀態(tài)。

2 改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)及原理
圖1所示基準(zhǔn)電壓源具有靜態(tài)電流小，無(wú)需額外啟動(dòng)電路等優(yōu)點(diǎn)，但其電源抑制比特性不是很好。為了獲得較好的電源抑制特性，可以將圖1的基準(zhǔn)單元進(jìn)行級(jí)聯(lián)排列，如圖2所示。

M1，M2，M4為耗盡管，M5，M6為增強(qiáng)管。其中，M1和M5為第一級(jí)電路，M2，M4，M6為二級(jí)電路，一級(jí)與二級(jí)電路間的關(guān)聯(lián)不大。通過(guò)設(shè)計(jì)M1和M5管的寬長(zhǎng)比可以獲得一個(gè)比基準(zhǔn)更小的偏置電壓。同時(shí)將該輸出接到基準(zhǔn)電源第二級(jí)電路中M2管的柵極，減弱了該點(diǎn)隨電源電壓的變化，從而有效地提高了基準(zhǔn)輸出端的電源抑制特性。