一種應(yīng)用于無(wú)源uhf rfid標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路，由正溫度系數(shù)電流電路、負(fù)溫度系數(shù)電流電路和基準(zhǔn)電壓輸出電路組成，所述正溫度系數(shù)電流電路用于產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流I+；所述負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流I-；所述基準(zhǔn)電壓輸出電路產(chǎn)生一個(gè)零溫度系數(shù)的電壓Vref。本發(fā)明具有能自啟動(dòng)、無(wú)差分運(yùn)放、工作電壓較低、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種應(yīng)用于無(wú)源UHF RFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模擬集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種能自啟動(dòng)、工作電壓低、功耗低的 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，可用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片中。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，射頻識(shí)別（RFID)技術(shù)也隨之迅速發(fā)展。其中超高頻無(wú)源 標(biāo)簽芯片以其準(zhǔn)確性高、存儲(chǔ)量大、可重復(fù)利用、非接觸讀寫(xiě)、安全性強(qiáng)、可同時(shí)識(shí)別多個(gè)對(duì) 象等優(yōu)點(diǎn)也越來(lái)越受市場(chǎng)的青睞。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，由于要求標(biāo)簽芯片識(shí)別距離遠(yuǎn)的硬性 指標(biāo)，低功耗設(shè)計(jì)成了不可避免的選擇，這樣基于亞閾值工作狀態(tài)的基準(zhǔn)源電路得到應(yīng)用。
[0003] 無(wú)源射頻識(shí)別（RFID)系統(tǒng)主要由讀卡器、天線以及標(biāo)簽芯片三部分組成。對(duì)于標(biāo) 簽芯片又主要包括四個(gè)主要模塊：模擬（射頻）前端電路、數(shù)字基帶、一些控制模塊和非易 失性存儲(chǔ)器。其中，基準(zhǔn)電路屬于模擬前端模塊，它的作用是給芯片提供一個(gè)穩(wěn)定的，不受 工藝、溫度以及供電電壓影響的參考電壓?，F(xiàn)有的基準(zhǔn)源電路可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)分為不同 的類(lèi)型，比如帯差分運(yùn)放的和不帶差分運(yùn)放的，BJT實(shí)現(xiàn)的和M0S管實(shí)現(xiàn)的，工作較電壓較 高的（>1V)和工作電壓較低的（〈IV)，再或者是有啟動(dòng)電路的和能自啟動(dòng)的等等。由于無(wú)源 超高頻標(biāo)簽芯片特定的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)芯片低功耗，工作電壓低提出了明確的要求，同時(shí)為了 節(jié)省成本，芯片面積也做了明確限制。鑒于此，傳統(tǒng)的帯運(yùn)放、BJT實(shí)現(xiàn)、工作電壓較高以及 附有額外啟動(dòng)電路的基準(zhǔn)電路不再適用，急需一種工作電壓低、功耗低、面積盡可能小的基 準(zhǔn)電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種能自啟動(dòng)、無(wú)差分運(yùn)放、工作電壓 較低、功耗低，應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 一種應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路，由正溫度系數(shù)電流電路、 負(fù)溫度系數(shù)電流電路和基準(zhǔn)電壓輸出電路組成，
[0007] 所述正溫度系數(shù)電流電路由第一 PM0S管、第二PM0S管、第一 NM0S管、第二NM0S 管和第一電阻組成，用于產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流1+ ;
[0008] 所述負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路，由第三PM0S管、第五PM0S管、第二NM0S管、第三 NM0S管和第二電阻組成，用于產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流1_ ;
[0009] 所述基準(zhǔn)電壓輸出電路，由第四PM0S管、第六PM0S管、第七PM0S管和第三電阻組 成，其中第七PM0S管分別與正溫度系數(shù)電流電路中的第一 PM0S管、第二PM0S管構(gòu)成二組 單管電流鏡，并在其上復(fù)制一路正溫度系數(shù)電流L ;第四PM0S管、第六PM0S管則與負(fù)溫度 系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三PM0S管、第五PM0S管構(gòu)成一組共源共柵電流鏡，并在其上復(fù)制 一路負(fù)溫度系數(shù)的電流；第三電阻則承載這兩路電流的代數(shù)疊加：I++L，并且在其上產(chǎn)生 一個(gè)零溫度系數(shù)的電壓:
[0010] (1)
[0011] 其中n(= 1+Cd/CM)表示亞閾值斜率，VT= (kBT/q)表示熱電壓，1(1(13表示第一NMOS 管的寬長(zhǎng)比，1^1(14表不第二NM0S管的寬長(zhǎng)比，R1(l5表不第一電阻的阻值，R m表不第二電阻 的阻值，\_4表示第二NM0S管的柵源電壓，α為單管電流鏡中的第七PM0S管與第一 PM0S 管或第二PM0S管的尺寸之比，β為cascode電流鏡中的第四PM0S管與第三PM0S、或第六 PM0S管與第五PM0S管的尺寸之比。
[0012] 所述正溫度系數(shù)電流電路中各元件的連接關(guān)系為：第一 PM0S管與第二PM0S管柵 極相互連接并連接到第一 PM0S管的漏極以及基準(zhǔn)電壓輸出電路中第七PM0S管的柵極，第 一 PM0S管和第二PM0S管組成自偏置單管電流鏡，第一 PM0S管的漏極連接到第一 NM0S管 的漏極，并為第一 NM0S管提供偏置電流；第二PM0S管的漏極連接至第二NM0S管的漏極，且 另連接到負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三NM0S管的柵極，分別給第二NM0S管提供偏置 電流以及給負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三NM0S管提供偏置電壓；
[0013] 第一 NM0S管與第二NM0S管柵極相連，并且均與負(fù)溫度系數(shù)產(chǎn)生電路中的第二電 阻的一端相連接，且第一 NM0S管與第二NM0S管的源極均與地相連接，第二NM0S管的柵源 電壓與第一匪〇S管的柵源電壓Vesl(l3之差加載在第一電阻上，產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流 1+，然后第一 PM0S管和第二PM0S管將產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電流1+，通過(guò)與基準(zhǔn)電壓輸出電路 中的一個(gè)PM0S管組成電流鏡，復(fù)制到輸出端。
[0014] 所述負(fù)溫度系數(shù)電流電路中各元件的連接關(guān)系為：第三PM0S管的柵極連接到第 三NM0S管的漏極，第三NM0S管連接到第五PM0S管的源極；第五PM0S管的柵極連接到第三 NM0S管的源極，第五PM0S管的漏極連接到第三NM0S管的漏極；第三PM0S管與第五PM0S管 構(gòu)成共源共柵連接方式，而且第三NM0S管的漏極電壓分別為第三PM0S管和第五PM0S管提 供偏置電壓；第三NM0S管的柵極連接到正溫度系數(shù)電流電路中的第二PM0S管的漏極和第 二NM0S管的漏極，第三NM0S管的源極連接著第二NM0S管的柵極和第二電阻的一端。
[0015] 所述基準(zhǔn)電壓輸出電路中各元件的連接關(guān)系為：第七PM0S管的柵極與第一 PM0S 管和第二PM0S管的柵極相連，構(gòu)成電流鏡電路，并將α *1+電流復(fù)制到輸出端，第七PM0S管 的漏極連接第六PM0S管的漏極以及第三電阻的一端；第四PM0S管的柵極連接到第三PM0S 管的柵極，第六PM0S管的柵極連接至第五PM0S管的柵極，第三PM0S管、第四PM0S管、第五 PM0S管和第六PM0S管構(gòu)成共源共柵電流鏡電路，并將β *1_電流復(fù)制到輸出端，第四PM0S 管的漏極連接到第六PM0S管的源極，第六PM0S管的漏極連接到第三電阻上。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1)本發(fā)明的電路降低了基準(zhǔn)電路的功耗和工作電壓，提高了標(biāo)簽芯片的性能；
[0018] 2)本發(fā)明用工作在亞閾值狀態(tài)的M0S管替代了面積較大的三極管（BJT)，同時(shí)省 去了啟動(dòng)電路和運(yùn)放，節(jié)省了標(biāo)簽芯片的面積，降低了標(biāo)簽芯片的成本；
[0019] 3)本發(fā)明用一個(gè)單管NM0S管代替了傳統(tǒng)的差分運(yùn)放，同樣有提高基準(zhǔn)電路電壓 抑制比（PSRR)的作用。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】：
[0020] 圖1為本發(fā)明的基準(zhǔn)電路圖。
[0021] 圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：101、第一 PM0S管；102、第二PM0S管；106、第三PM0S管；107、第四 PM0S 管；108、第五 PM0S 管；109、第六 PM0S 管；112、第七 PM0S 管；103、第一 NM0S 管；104、 第二NM0S管；110、第三NM0S管；105、第一電阻；111、第二電阻；113、第三電阻。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023] 參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明包括正溫度系數(shù)電路、負(fù)溫度系數(shù)電路，以及基準(zhǔn)電壓輸 出電路三個(gè)部分，其中的一些元器件在這三個(gè)部分中被重復(fù)利用，詳細(xì)連接關(guān)系如下所描 述：
[0024] 正溫度系數(shù)電流電路（即PTAT電路）：由第一 PM0S管101、第二PM0S管102、第一 NM0S管103、第二NM0S管104和第一電阻105組成；第一 PM0S管101與第二PM0S管102 柵極相互連接并連接到第一 PM0S管101的漏極以及基準(zhǔn)電壓輸出電路中第七PM0S管112 的柵極，第一 PM0S管101和第二PM0S管102組成自偏置單管電流鏡，第一 PM0S管101的 漏極連接到第一 NM0S管103的漏極，并為第一 NM0S管103提供偏置電流，第二PM0S管102 的漏極連接至第二NM0S管104的漏極，且另連接到負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三NM0S 管110的柵極，分別給第二NM0S管104提供偏置電流以及給負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的 第三NM0S管110提供偏置電壓。
[0025] 第一 NM0S管103與第二NM0S管104柵極相連，并且均與負(fù)溫度系數(shù)產(chǎn)生電路中 的第二電阻111的一端相連接，且第一 NM0S管103與第二NM0S管104的源極均與地相連 接。除此之外，同時(shí)它們的襯底跟源極相連，以避免襯底效應(yīng)的發(fā)生。第二NM0S管104的 柵源電壓V esi(l4與第一 NM0S管103的柵源電壓VesKI3之差加載在第一電阻105上，產(chǎn)生正溫 度系數(shù)電流1+，然后第一 PM0S管101和第二PM0S管102將產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電流1+，通過(guò) 與基準(zhǔn)電壓輸出電路中的第七PM0S管112組成電流鏡，復(fù)制到輸出端。
[0026] 上述所說(shuō)的元器件中，除第一 NM0S管103與第二NM0S管104工作在亞閾值狀態(tài) 夕卜，其他所有的管子，即第一 PM0S管101、第二PM0S管102、第三NM0S管110和第七PM0S 管112均工作在飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)下M0S管的源漏電流ID與其柵源電壓Ves以及源漏電 壓V DS滿(mǎn)足如下關(guān)系：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路，其特征在于，由正溫度系數(shù) 電流電路、負(fù)溫度系數(shù)電流電路和基準(zhǔn)電壓輸出電路組成， 所述正溫度系數(shù)電流電路由第一 PMOS管（101)、第二PMOS管（102)、第一 NMOS管 (103)、第二NMOS管（104)和第一電阻（105)組成，用于產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流I+; 所述負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路，由第三PMOS管（106)、第五PMOS管（108)、第二NMOS 管（104)、第三NMOS管（110)和第二電阻（111)組成，用于產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流1_; 所述基準(zhǔn)電壓輸出電路，由第四PMOS管（107)、第六PMOS管（109)、第七PMOS管（112) 和第三電阻（113)組成，其中第七PMOS管（112)分別與正溫度系數(shù)電流電路中的第一PMOS 管（101)、第二PMOS管（102)構(gòu)成二組單管電流鏡，并在其上復(fù)制一路正溫度系數(shù)電流1+ ; 第四PMOS管（107)、第六PMOS管（109)則與負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三PMOS管 (106)、第五PMOS管（108)構(gòu)成一組共源共柵電流鏡，并在其上復(fù)制一路負(fù)溫度系數(shù)的電流 L;第三電阻（113)則承載這兩路電流的代數(shù)疊加為：1++1_，并且在其上產(chǎn)生一個(gè)零溫度系 數(shù)的電壓:
其中，n( = 1+Cd/CM)表示亞閾值斜率，VT = (kBT/q)表示熱電壓，1(1(13表示第一 NMOS管 (103)的寬長(zhǎng)比，1(1(14表示第二NMOS管（104)的寬長(zhǎng)比，R1(l5表示第一電阻（105)的阻值， Rm表示第二電阻（111)的阻值，^1(14表示第二NMOS管（104)的柵源電壓，α為單管電流 鏡中的第七PMOS管（112)與第一 PMOS管（101)或第二PMOS管（102)的尺寸之比，β為 第四PMOS管（107)與第三PMOS管（106)、或第六PMOS管（109)與第五PMOS管（108)的尺 寸之比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路，其特征 在于，所述正溫度系數(shù)電流電路中各元件的連接關(guān)系為：第一 PMOS管（101)與第二PMOS 管（102)柵極相互連接并連接到第一 PMOS管（101)的漏極以及基準(zhǔn)電壓輸出電路中第七 PMOS管（112)的柵極，第一 PMOS管（101)和第二PMOS管（102)組成自偏置單管電流鏡，第 一 PMOS管（101)的漏極連接到第一 NMOS管（103)的漏極，并為第一 NMOS管（103)提供偏 置電流；第二PMOS管（102)的漏極連接至第二NMOS管（104)的漏極，且另連接到負(fù)溫度系 數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三NMOS管（110)的柵極，分別給第二NMOS管（104)提供偏置電流 以及給負(fù)溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路中的第三NMOS管（110)提供偏置電壓； 第一 NMOS管（103)與第二NMOS管（104)柵極相連，并且均與負(fù)溫度系數(shù)產(chǎn)生電路中 的第二電阻（111)的一端相連接，且第一 NMOS管（103)與第二NMOS管（104)的源極均與 地相連接，第二NMOS管（104)的柵源電壓Vesi(l4與第一 NMOS管（103)的柵源電壓Vesi(l3之 差加載在第一電阻（105)上，產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流1+，然后第一 PMOS管（101)和第二PMOS 管（102)將產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電流1+，通過(guò)與基準(zhǔn)電壓輸出電路中的一個(gè)PMOS管（112)組 成電流鏡，復(fù)制到輸出
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路，其特征在 于，所述負(fù)溫度系數(shù)電流電路中各元件的連接關(guān)系為：第三PMOS管（106)的柵極連接到第 三NMOS管（110)的漏極，第三NMOS管（110)連接到第五PMOS管（108)的源極；第五PMOS 管（108)的柵極連接到第三NMOS管（110)的源極，第五PMOS管（108)的漏極連接到第三 NM0S管（110)的漏極；第三PM0S管（106)與第五PM0S管（108)構(gòu)成共源共柵連接方式， 而且第三NM0S管（110)的漏極電壓分別為第三PM0S管（106)和第五PM0S管（108)提供 偏置電壓；第三NM0S管（110)的柵極連接到正溫度系數(shù)電流電路中的第二PM0S管（102) 的漏極和第二NM0S管（104)的漏極，第三NM0S管（110)的源極連接著第二NM0S管（104) 的柵極和第二電阻（111)的一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽芯片的低功耗基準(zhǔn)電路，其特征在 于，所述基準(zhǔn)電壓輸出電路中各元件的連接關(guān)系為：第七PM0S管（112)的柵極與第一 PM0S 管（101)和第二PM0S管（102)的柵極相連，構(gòu)成電流鏡電路，并將α*Ι+電流復(fù)制到輸出 端，第七PM0S管（112)的漏極連接第六PM0S管（109)的漏極以及第三電阻（113)的一端； 第四PM0S管（107)的柵極連接到第三PM0S管（106)的柵極，第六PM0S管（109)的柵極連 接至第五PM0S管（108)的柵極，第三PM0S管（106)、第四PM0S管（107)、第五PM0S管（108) 和第六PM0S管（109)構(gòu)成共源共柵電流鏡電路，并將β*Ι_電流復(fù)制到輸出端，第四PM0S 管（107)的漏極連接到第六PM0S管（109)的源極，第六PM0S管（109)的漏極連接到第三 電阻（113)上。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK104111685SQ201410346930
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】鄭禮輝, 李建成, 蔡磊, 郭俊平, 李松亭, 王宏義, 谷曉忱, 鄭黎明, 李 浩 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 湖南晟芯源微電子科技有限公司