一种低功耗高PSRR的基准电压源

1 基准电压源的结构与工作原理
图1为基准电压源的等效结构图。其中，M4为耗尽管，M6为增强管。从图1中可以看出，M4栅源极相连后，流过该管的电流为：

由于NMOS耗尽管的阈值电压为负值，并且具有负温度系数，因此由式(1)可知，耗尽管电流随温度上升而变大。该电流就是通过增强管M6的电流。从图1可以看出基准电压为：

由于增强管M6的阈值电压具有负温度系数，而通过该管的电流具有正温度系数，因此通过合理设置M4，M6的宽长比就能在室温下获得比较恒定的基准电压。

这种结构的基准电压源具有以下优点：
(1)可以产生较低基准电压。与一般的1．2 V基准电压相比，图1所示的电路结构可以产生更低的基准电压。特别是当所选择工艺的NMOS管阈值较小，并且耗尽管的宽长比较小时，基准电压只有零点几伏，在低压供电的电源芯片中，具有较大的优势。
(2)电路具有极小的静态电流。M4管栅源极相连充当恒流源，由于该管长度设置得较大，因而对应的等效电阻很大，流过的静态电流很小，一般只有几百纳安。
(3)无需额外的启动电路。耗尽型晶体管为常通型晶体管，只有当栅极所加电压超过其阈值电压时，管子才会关断。而M4管的栅极电压始终为0，并且M6管属于二极管连接，因此系统上电后，必然有从电源到地的直流通路，所以不需要额外的启动电路帮助系统摆脱静态电流为0的简并状态。

2 改进电路结构及原理
图1所示基准电压源具有静态电流小，无需额外启动电路等优点，但其电源抑制比特性不是很好。为了获得较好的电源抑制特性，可以将图1的基准单元进行级联排列，如图2所示。

M1，M2，M4为耗尽管，M5，M6为增强管。其中，M1和M5为第一级电路，M2，M4，M6为二级电路，一级与二级电路间的关联不大。通过设计M1和M5管的宽长比可以获得一个比基准更小的偏置电压。同时将该输出接到基准电源第二级电路中M2管的栅极，减弱了该点随电源电压的变化，从而有效地提高了基准输出端的电源抑制特性。