專利名稱：一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路。
技術(shù)背景在很多功率芯片中，外部電源是芯片唯一的電源。例如，在AC-DC功率芯片中， 220V的交流輸入是唯一的電源，在經(jīng)過整流和濾波電路后，一個(gè)高直流電壓被用來驅(qū)動(dòng)芯 片，在汽車電子芯片中，車載電池(電壓12 40V)給芯片供電，在臺(tái)式電腦的電源管理系 統(tǒng)中，芯片的供電電壓是12V。而在在芯片內(nèi)部，一般只有大功率器件直接由外部電源來供 電，所有的邏輯和控制電路都由低壓的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)構(gòu)成。所以芯片中 會(huì)有一個(gè)內(nèi)部電源(Linear Regulator)將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉(zhuǎn)換成直流低電 壓(VREG)，以便用來給邏輯和控制電路供電。另一方面，內(nèi)部電源需要利用基準(zhǔn)電壓和偏置電流來產(chǎn)生直流低電壓(VREG)，因 此，芯片中就需要一個(gè)可以直接由外部直流高電壓來供電的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電 路。此外，由于外接直流高電壓一般都會(huì)伴隨有較大擾動(dòng)，所以，這個(gè)基準(zhǔn)電壓和偏置電流 產(chǎn)生電路還需要具有很高的抗擾動(dòng)能力。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供的一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，該電路可耐高壓，且具有 較高的抗擾動(dòng)能力，所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓受外部電源變化的影響很小。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，包含依 次電路連接的啟動(dòng)截止電路、偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，還包含電路連接所述 偏置電流產(chǎn)生電路的電流鏡電路、分別電路連接所述啟動(dòng)截止電路、偏置電流產(chǎn)生電路、基 準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路的低壓偏置電源電路，以及，電路連接所述電流鏡電路的偏 置電流輸出電路；偏置電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生偏置電流PTAT (正溫度系數(shù)電流)；偏置電流流過基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓VBG ；電流鏡電路將偏置電流PTAT鏡象復(fù)制給低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電 路，由低壓偏置電源電路給偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路提供電流， 偏置電流輸出電路則將偏置電流PTAT傳輸給功率芯片的內(nèi)部電路和其他電路；偏置電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路為低壓電路；電流鏡電路、低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路為高壓電路； 由于偏置電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路都是低壓電路，這些低壓電路都是由 低壓偏置電源電路供電，而低壓偏置電源電路的偏置電流又是由低壓電路所產(chǎn)生的，所以， 該結(jié)構(gòu)不能自行啟動(dòng)，會(huì)停留在不能生成偏置電流PTAT的狀態(tài)，因此，必須引入啟動(dòng)截止 電路來解決這個(gè)問題，剛上電時(shí)，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)電流，并將此電流鏡象傳輸給 偏置電流產(chǎn)生電路，使得偏置電流產(chǎn)生電路導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路使低壓偏置電源電路導(dǎo)通并得到正確偏置，使得低壓偏置電源電路可以對偏置電 流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路進(jìn)行供電，一旦低壓偏置電源電路導(dǎo)通，啟動(dòng) 截止電路產(chǎn)生截止信號，啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。本實(shí)用新型可以給功率芯片的內(nèi)部電路提供基準(zhǔn)電壓和偏置電流，使得內(nèi)部電路 可將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉(zhuǎn)換成直流低電壓(VREG)，以便用來給邏輯和控制電路 供電，使芯片內(nèi)部的邏輯和控制可以得到正確的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)具有高的抗擾動(dòng)能力，所產(chǎn)生的 基準(zhǔn)電壓受外部電源變化的影響很小。
圖1是本實(shí)用新型提供的一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路的電路框圖；圖2是本實(shí)用新型提供的一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路的電路圖。圖3所示為電路的抗干擾能力波形圖。圖4所示為電路的啟動(dòng)和正常工作波形圖。
具體實(shí)施方式
以下根據(jù)圖1 圖4，具體說明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式如圖1所示，是本實(shí)用新型提供一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，包含依次電 路連接的啟動(dòng)截止電路101、偏置電流產(chǎn)生電路102、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103，還包含電路連 接所述偏置電流產(chǎn)生電路102的電流鏡電路104、分別電路連接所述啟動(dòng)截止電路101、偏 置電流產(chǎn)生電路102、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103和電流鏡電路104的低壓偏置電源電路105， 以及，電路連接所述電流鏡電路104的偏置電流輸出電路106 ；如圖2所示，PMOS (P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)管MPl，MP2，NMOS (N溝道金屬氧化 物半導(dǎo)體)管麗1，麗2，三級管Ql，Q2，PMOS管MP8，以及電阻Rl構(gòu)成了偏置電流產(chǎn)生電路 102，產(chǎn)生的PTAT電流為Iptat = AVBE/R1,其中，Δ VBE = VBE_Q2-VBE_Q1，VBE_Q1 和 VBE_Q2 分別是三級管 Ql 和 Q2 的基 級-發(fā)射級電壓；PMOS管MP3，電阻R2和三級管Q3構(gòu)成了基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103，電流鏡MP3復(fù)制 偏置電流產(chǎn)生電路102產(chǎn)生的PTAT電流，并使該偏置電流流過電阻R2和三級管Q3，從而產(chǎn) 生基準(zhǔn)電壓為VBG = VBE_Q3+ (R2/R1) X Δ VBE,其中，VBE_Q3是三級管Q3的基級-發(fā)射級電壓；通過合理選擇Rl，R2和AVBE的值，可得到一個(gè)不受溫度漂移的穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓 VBG ；PMOS 管 MP4，匪OS 管 MN3，MN4, PMOS 管 MP6 構(gòu)成了電流鏡電路 104 ；PMOS管MP5作為低壓偏置電源電路105 ；PMOS管MP7，匪OS管MN5和MN6構(gòu)成偏置電流輸出電路106 ；電流鏡電路104將偏置電流PTAT鏡象復(fù)制到MP5和MP7，由MP5給MPl，MP2，MP3， MP4，MP8提供電流，MP7則將偏置電流PTAT經(jīng)NMOS管麗5和MN6傳輸給內(nèi)部電路和其他電路； 電壓 VDDR 為 VDDR = VBE_Q2+VGS_MN2+VGS_MP8，其中，VBE_Q2是三級管Q2的基級-發(fā)射級電壓，VGS_MN2是NMOS管麗2的柵源電壓，VGS_MP8是PMOS管MP8的柵源電壓；PMOS管MP10，MPl 1, MP12和電阻R3，以及PMOS管MP9組成啟動(dòng)截止電路101。因?yàn)閂DDR是一個(gè)低電壓(典型情況下為3V左右)，所以NMOS管MNl，MN2, PMOS 管MP1，MP2，MP3，MP4，MP8，電阻Rl，R2，三級管Ql，Q2，Q3都是低電壓的器件。這樣不僅可 以減小電路的面積，而且提高了器件之間的匹配度(低壓器件的匹配度要比高壓器件好很 多)。PMOS管MP5，MP6，MP7，MP9都是高壓器件，MP5為低壓器件提供偏置電流，同時(shí)承 受VHV到VDDR之間的高電壓，由于匹配和耐高壓的需要，麗3，MN4也都是高壓器件。剛上電時(shí)，啟動(dòng)截止電路101中的MPlO和電阻R3會(huì)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)電流，并將此電 流鏡象傳輸給MPll禾口 MP12，MPll禾口 MP12，對MP1，MP2，MP3, MP4, MP8的共源節(jié)點(diǎn)VDDR禾口 MNl，MN2, MP8的共柵節(jié)點(diǎn)V2充電，將VDDR和V2的電位提升，從而使得MNl，MN2, MP1，MP2 導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路104使MP5導(dǎo)通并得到正確偏置， 使得MP5可以對偏置電流產(chǎn)生電路102、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103和電流鏡電路104進(jìn)行供 電，一旦MP5導(dǎo)通，PMOS管MP9也導(dǎo)通，將MP10，MPl 1，MP12的共柵節(jié)點(diǎn)Vl的電位拉高，使 MP10，MP11，MP12截止，啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。圖3所示為電路的抗干擾能力波行圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為分貝(db)，vbgvm 為基準(zhǔn)電壓的抗干擾交流波形，vddrvm為節(jié)點(diǎn)VDDR的電壓抗干擾交流波形，交流輸入在 VHV上，VBG在1兆茲的頻率下，抗干擾能力達(dá)到_50db ；圖4所示為電路的啟動(dòng)和正常工作波形圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓，Vhv為 外部輸入的直流高電壓波形，Vbg為產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓波形，Vddr為節(jié)點(diǎn)VDDR的電壓波形。
權(quán)利要求一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，包含依次電路連接的啟動(dòng)截止電路(101)、偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)，還包含電路連接所述偏置電流產(chǎn)生電路(102)的電流鏡電路(104)、分別電路連接所述啟動(dòng)截止電路(101)、偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)和電流鏡電路(104)的低壓偏置電源電路(105)，以及，電路連接所述電流鏡電路(104)的偏置電流輸出電路(106)；偏置電流產(chǎn)生電路(102)產(chǎn)生偏置電流PTAT；偏置電流流過基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓VBG；電流鏡電路(104)將偏置電流PTAT鏡象復(fù)制給低壓偏置電源電路(105)和偏置電流輸出電路(106)，由低壓偏置電源電路(105)給偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)和電流鏡電路(104)提供電流，偏置電流輸出電路(106)則將偏置電流PTAT傳輸給功率芯片的內(nèi)部電路和其他電路；啟動(dòng)截止電路(101)產(chǎn)生啟動(dòng)電流傳輸給偏置電流產(chǎn)生電路(102)，使得偏置電流產(chǎn)生電路(102)導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路(104)使低壓偏置電源電路(105)導(dǎo)通并得到正確偏置，使得低壓偏置電源電路(105)可以對偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)和電流鏡電路(104)進(jìn)行供電，一旦低壓偏置電源電路(105)導(dǎo)通，啟動(dòng)截止電路(101)產(chǎn)生截止信號，啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)；所述的偏置電流產(chǎn)生電路(102)和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)為低壓電路；所述的電流鏡電路(104)、低壓偏置電源電路(105)和偏置電流輸出電路(106)為高壓電路。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，P溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體管MP1，MP2，N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體管MN1，MN2，三級管Ql，Q2，P溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體管MP8，以及電阻Rl構(gòu)成了偏置電流產(chǎn)生電路(102)，產(chǎn)生的PTAT電流為Iptat = AVBE/R1,其中，AVBE = VBE_Q2-VBE_Q1, VBE_Q1和VBE_Q2分別是三級管Ql和Q2的基級-發(fā) 射級電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，P溝道金屬氧 化物半導(dǎo)體管MP3，電阻R2和三級管Q3構(gòu)成了基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)，電流鏡MP3復(fù)制 偏置電流產(chǎn)生電路(102)產(chǎn)生的PTAT電流，并使該偏置電流流過電阻R2和三級管Q3，從 而產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓為VBG = VBE_Q3+(R2/R1) X AVBE,其中，VBE_Q3是三級管Q3的基級-發(fā)射級電壓。
專利摘要一種基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，該電路中，偏置電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生偏置電流，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，電流鏡電路將偏置電流復(fù)制給低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路，由低壓偏置電源電路給偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路提供電流，偏置電流輸出電路則將偏置電流傳輸給功率芯片的內(nèi)部電路和其他電路，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生啟動(dòng)電流傳輸給偏置電流產(chǎn)生電路，偏置電流產(chǎn)生電路導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路使低壓偏置電源電路導(dǎo)通，一旦低壓偏置電源電路導(dǎo)通，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生截止信號，啟動(dòng)結(jié)束。本實(shí)用新型可耐高壓，且具有較高的抗擾動(dòng)能力，所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓受外部電源變化的影響很小。
文檔編號G05F3/16GK201589987SQ20102010239
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者徐滔, 惠國瑜, 職春星, 胡永華 申請人:燦芯半導(dǎo)體(上海)有限公司