CN101004617A - 一种启动电路用来启动能隙电压产生电路以及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种用来启动一能隙电压产生电路的一启动电路。该能隙电压产生电路分别提供一第一电压电平以及一第二电压电平。该启动电路包含：一开关电路，耦接于该能隙电压产生电路；一起始电路，用来导通该开关电路以启动该能隙电压产生电路；以及一控制电路，用来监视该第一电压电平以及该第二电压电平的变化以控制是否关闭该开关电路。

Description

一种启动电路用来启动能隙电压产生电路以及相关方法

技术领域

本发明涉及一种能隙电压产生电路，特别是涉及应用于能隙电压产生电路的启动电路以及启动方法。

背景技术

一般来说，能隙电压产生电路(bandgap voltage generator)用来产生一个精准的电压，该电压必须能够抵抗温度的变异。为了要让能隙电压产生电路能够进行运作，通常会搭配一个启动电路(startup circuit)来启动该能隙电压产生电路来产生能隙电压，并且在该能隙电压被产生后，该启动电路能自动地关闭以减少整体功率消耗。

图1为现有的启动电路110的电路示意图。启动电路110应用于一能隙电压产生电路100。若现有的启动电路110开启或是关闭的时间发生错误的话，即会造成能隙电压产生电路100无法正常的运作。举例来说，若是启动电路110中的晶体管M₁已经关闭后(亦即节点C的电压小于晶体管M₁的截止电压V_tn)，然而能隙电压产生电路100中的双载子接面晶体管Q₁并未开通(亦即节点A的电压V_in小于晶体管Q₁的基极发射极差V_be)，如此即会造成能隙电压产生电路100发生误判的情形。另一方面，若是能隙电压产生电路100中的晶体管Q₁以及Q₂已经开通了(亦即节点A、B的电压V_in、V_ip大于晶体管Q₁、Q₂的基极发射极差V_be)，然而启动电路110中的晶体管M₁并未关闭(亦即节点C的电压仍然大于于晶体管M₁的截止电压V_tn)，则启动电路110即会影响能隙电压产生电路100的偏压环境，进而产生错误的能隙电压来。因此，为了要避免上述两种情况发生，现有的启动电路110则必须满足下列两方程式：

V_DD-I_M3·R₁＜V_tn    方程式(1)

$\frac{V_{\mathrm{be}}}{R_2}+\frac{\ln \left(n\right)\·V_T}{R_3}>I_{M3}>\frac{V_{\mathrm{be}}}{R_2}$ 方程式(2)

由上述两方程式可知，现有的启动电路110中的电阻R₁以及电流I_M3皆须限定在一特定范围内，以保证能隙电压产生电路100在正常偏压的环境下运作。因此，使得现有的启动电路110无法更有弹性的配合能隙电压产生电路100的设计改变来加以应用，进而限制了整体的运作效能。

有鉴于现有技术的各项问题，为了能够兼顾解决，本发明提出一种应用于能隙电压产生电路的启动电路以及启动方法，以作为改善上述缺点的实现方式与依据。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种启动电路、应用该启动电路的能隙电压产生电路以及该能隙电压产生电路的启动方法，以解决上述问题。

本发明的目的之一在于提供一种用于一能隙电压产生电路的启动电路，该启动电路利用一控制电路来在能隙电压产生电路启动后比较该能隙电压产生电路的正温度系数电压以及负温度系数电压来以控制是否关闭启动电路。

本发明的目的之一在于提供一种用于一能隙电压产生电路的启动电路，该启动电路的阻抗组件以及相关控制电流可任意改变其数值大小以配合不同的能隙电压产生电路的设计，进而提升该启动电路的利用弹性以及应用层面。

依据本发明的实施例，其还披露了一种启动电路，用来启动一能隙电压产生电路，该能隙电压产生电路包含一第一节点用来提供一第一电压电平以及一第二节点用来提供一第二电压电平，该启动电路包含：一开关电路，耦接于该能隙电压产生电路；一起始电路，耦接于该开关电路，用来导通该开关电路以启动该能隙电压产生电路；以及一控制电路，耦接于该开关电路，用来监视该第一电压电平以及该第二电压电平的变化以控制是否关闭该开关电路。

此外，依据本发明的实施例，其还披露了一种能隙电压产生电路，包含：

一能隙电压产生器，包含一第一节点用来提供一第一电压电平以及一第二节点用来提供一第二电压电平；以及一启动电路，用来启动该能隙电压产生器，该启动电路包括：一开关电路，耦接于该能隙电压产生器；一起始电路，耦接于该开关电路，用来导通该开关电路以启动该能隙电压产生电路；以及一控制电路，耦接于该开关电路，用来监视该第一电压电平以及该第二电压电平的变化以控制是否关闭该开关电路。

在下文的具体实施方式部分将描述本发明的这些和其它实施例、方面、优点和特征以及各种用于制造、形成和组装本发明所描述的装置、电路、设备、软件、硬件和系统的方法。本领域的技术人员在仔细研究附图并阅读完具体实施方式之后，通过对本发明的实践，将易了解本发明的其它目的和特征。通过实施权利要求书中特别指出的手段、程序和其组合，可以实现并获得本发明的这些方面、优点、目的和特征。

附图说明

图1为现有的启动电路的电路示意图。

图2为本发明一实施例的启动电路的电路示意图。

图3为图2所示的启动电路的操作流程图。

附图符号说明

100、200	能隙电压产生电路	110、210	启动电路
				220	开关电路	230	起始电路
240	控制电路	242	差动电路
				244	电流镜电路	250	参考电路

具体实施方式

在说明书及权利要求中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。以外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的三角积分调制器及其数据转换方法，为使便于理解，下述实施例中的相同组件是以相同的符号标示来说明。

图2为本发明一实施例的启动电路210的电路示意图。启动电路210包含有一开关电路220、一起始电路230、一控制电路240以及一参考电路250。

该启动电路210具有多个实施例。例如：在一实施例中，控制电路240包含一差动电路242以及一电流镜电路244。又例如：在另一实施例中，开关电路220包含一晶体管M₁，其中在较佳实施例中，该差动电路242包含晶体管M₁₀～M₁₂；电流镜电路244包含晶体管M₂～M₄、M₈、M₁₃以及M₁₄。又例如：在另一实施例中，起始电路230包含一电阻R₁。又例如：在另一实施例中，参考电路250包含晶体管M₉以及电阻R₆。图2所示的能隙电压产生电路200可以采用任一种可行的能隙电压产生电路架构来加以实施，而由于能隙电压产生电路的原理与运作为业界已知，故于此不另赘述。在本发明的一实施例中，能隙电压产生电路200中的晶体管M₅～M₇与启动电路210中的晶体管M₉以及M₁₀相同，而电阻R₂、R₄、以及R₆亦为同一规格大小。另外，晶体管M₁₁相同于晶体管M₁₂；晶体管M₃、M₄、M₁₃、M₁₄亦为同一规格大小；而晶体管M₈的宽长比(aspect ratio)为晶体管M₂的宽长比的1.5倍。

启动电路210开始运作时，起始电路230中的电阻R₁依据工作电压电平V_DD而将节点C的电压拉至工作电压电平V_DD附近，进而将晶体管M₁打开。在晶体管M₁开通后，晶体管M₁的漏极电压亦将晶体管M₅、M₆、M₇、M₉以及M10加以开通并构成一电流源电路，如此一来，控制电路240内所有晶体管皆可被导通而形成一推挽式(push-pull)比较器。如图2所示，当能隙电压产生电路200中的晶体管Q₁以及Q₂尚未开通前，节点A、B以及D上的电压值V_in、V_ip以及V_x大致相同(因为电流I_M9＝I_M5＝I_M6)，所以此时的参考电路250所提供的节点D的电压V_x可用来当作一参考电压，其值等于能隙电压产生电路200的节点A以及B的电压值。另一方面，由于此时的电流I_M8因为与电流I_M2电流镜映像的关系而造成电流I_M8会变为电流I_M3的1.5倍，因此节点C的电压会保持在工作电压电平V_DD附近，而使得开关电路220中的晶体管M₁持续保持在开通状态，亦即电流I_M8用来提升晶体管M₁的控制端的电压电平。当能隙电压产生电路200由于电流源持续供给电流而使得节点A的电压V_in大于晶体管Q1的基极发射极差V_be而导通晶体管Q₁后，原本流经电阻R₂的电流I_M5即会将部分的电流分流至双载子接面晶体管Q₁上，如此一来，节点A上的电压V_in便会小于节点D的电压V_x，换句话说，此时参考电路250所提供的节点D的电压V_x对应于能隙电压产生电路200的节点B的电压值V_ip(亦即能隙电压产生电路200的正温度系数电压值)，而节点A上的电压V_in即代表能隙电压产生电路200的负温度系数电压值，差动电路242中的晶体管M₁₀～M₁₂即会因为两个不同的正负温度系数电压值的输入而使得流经晶体管M₁₃以及晶体管M₁₄的电流产生变化，在本实施例中，流经晶体管M₁₃的电流I_M13可表示如下：

$I_{M13}\≅\frac{1}{2}{I}_{M10}-\mathrm{gm}(M11,M12)(V_x-V_{\mathrm{in}})$ 方程式(3)

而流经晶体管M₁₄的电流I_M14可表示如下：

$I_{M14}\≅\frac{1}{2}{I}_{M10}+\mathrm{gm}(M11,M12)(V_x-V_{\mathrm{in}})$ 方程式(4)

由于在电流镜电路244中，晶体管M₁₃以及M₄自成一电流镜；而晶体管M₁₄以及M₃亦自成一电流镜；以及晶体管M₂以及M₈亦自成一电流镜。因此，流经晶体管M₁₃的电流I_M13等于流经晶体管M₄的电流I_M4(亦即I_M13＝I_M4)，而流经晶体管M₁₄的电流I_M14则会等于流经晶体管M₃的电流I_M3(亦即I_M14＝I_M3)，另一方面，由于晶体管M₈的宽长比为晶体管M₂的宽长比的1.5倍，因此流经晶体管M₈的电流I_M8即等于流经晶体管M₂的1.5倍(亦即I_M8＝1.5*I_M2)。因此，当晶体管M₃的电流I_M3大于晶体管M₈的电流I_M8时，则会将节点C的电压下拉至接地端的电位，而使得开关电路220的晶体管M₁得以关闭，亦即电流I_M3用来降低晶体管M₁的控制端的电压电平。综上所述，欲使晶体管M₁关闭的条件可表示如下：

I_M3+gm(M11，M12)(V_x-V_in)＞1.5I_M3-gm(M11，M12)(V_x-V_in)    方程式(5)

如此一来，在晶体管M₁关闭后，能隙电压产生电路200中的运算放大器A₁所构成的负回授回路即可使得能隙电压产生电路200在一适当地偏压环境下进行运作。而在本发明实施例中，由于起始电路230中的电阻R₁以及流经节点C的电流I_M3皆不为本发明实施例的限定条件，因此在本发明中电阻R₁以及电流I_M3即可任意改变其数值大小以配合不同的能隙电压产生电路200的设计，进而提升启动电路210的利用弹性以及应用层面。

如上所述，本发明的实施例是利用一控制电路240来在能隙电压产生电路200启动后比较节点A的电压V_in以及节点B的电压V_ip以控制是否关闭该开关电路220。

图3为图2所示的启动电路210的操作流程图。请注意，流程图中相关步骤不一定遵照此排序来连续执行，且其它的步骤亦可能插入其中。启动电路210的运作可简要地归纳如下：

步骤300：起始电路230导通开关电路220以启动能隙电压产生电路200。

步骤302：差动电路242比较能隙电压产生电路200的正负温度系数电压值以产生电流IM13以及电流IM14。

步骤304：电流镜电路244依据电流IM13以及电流IM14的差值决定是否关闭开关电路220，若电流IM13以及电流IM14的差值大于一预定值，则执行步骤306；反之，则回到步骤302。

步骤306：电流镜电路244关闭开关电路220。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种启动电路，用来启动一能隙电压产生电路，该能隙电压产生电路包含一第一节点用来提供一第一电压电平以及一第二节点用来提供一第二电压电平，该启动电路包含：

一开关电路，耦接于该能隙电压产生电路；

一起始电路，耦接于该开关电路，用来导通该开关电路以启动该能隙电压产生电路；以及

一控制电路，耦接于该开关电路，用来监视该第一电压电平以及该第二电压电平的变化以控制是否关闭该开关电路。

2.如权利要求1所述的启动电路，其中该第二电压电平对应于一正温度系数，以及该第一电压电平对应于一负温度系数。

3.如权利要求1所述的启动电路，还包含：

一参考电路，耦接于该控制电路的一第一输入端，用来提供一参考电压，其中该参考电压对应该第二电压电平；

其中该控制电路的一第二输入端耦接于该第一节点。

4.如权利要求1所述的启动电路，其中该控制电路包含：

一差动电路，耦接于该第一节点，用于依据该第二电压电平以及该第一电压电平以经由一第一输出端以及一第二输出端输出一第一输出电流以及一第二输出电流；

其中，该控制电路依据该第一输出电流以及该第二输出电流以控制该开关电路是否关闭。

5.如权利要求4所述的启动电路，其中该差动电路包含：

一第一晶体管，其一控制端耦接于该开关电路，其一第一端耦接于一工作电压电平；

一第二晶体管，其一控制端耦接于该第一电压电平，其一第一端耦接该第一晶体管的一第二端，其一第二端作为该差动电路的该第一输出端；以及

一第三晶体管，其一控制端耦接于一参考电压，其一第一端耦接该第一晶体管的该第二端，其一第二端作为该差动电路的该第二输出端，其中该参考电压对应于该第二电压电平。

6.如权利要求4所述的启动电路，其中该控制电路还包含：

一电流镜电路，耦接于该差动电路与该开关电路，用于依据该第一、第二输出电流分别产生一第一电流镜电流与一第二电流镜电流，用来控制是否关闭该开关电路。

7.如权利要求6所述的启动电路，其中该电流镜电路包含：

一第一电流镜，耦接于该第一输出端与该开关电路的一控制端，用来依据该第一输出电流产生该第一电流镜电流；

一第二电流镜，耦接于该开关电路的该控制端，用来依据一第三电流镜电流产生该第二电流镜电流；以及

一第三电流镜，耦接于该第二输出端与该第二电流镜，用来依据该第二输出电流产生该第三电流镜电流；

其中该第一、二电流镜电流中其一用来提升该开关电路的该控制端的电压电平而另一则用来降低该开关电路的该控制端的电压电平。

8.如权利要求7所述的启动电路，其中该第二电流镜中的晶体管的宽长比不相同。

9.如权利要求8所述的启动电路，其中该第一、第三电流镜中的晶体管的宽长比为相同。

10.如权利要求4所述的启动电路，其中该起始电路为一阻抗组件。

11.一种应用于一能隙电压产生器的启动方法，该能隙电压产生器包含一第一节点用来提供一第一电压电平以及一第二节点用来提供一第二电压电平，该方法包含：

提供一开关电路，耦接于该能隙电压产生电路；

接收一工作电压电平以导通该开关电路而启动该能隙电压产生电路；以及

监视该第一电压电平以及该第二电压电平的变化以控制是否关闭该开关电路。

12.如权利要求11所述的启动方法，其中该第二电压电平对应于一正温度系数，以及该第一电压电平对应于一负温度系数。

13.如权利要求11所述的启动方法，其中该监视步骤还包括：

比较该第一电压电平以及该第二电压电平以决定是否关闭该开关电路。

14.如权利要求11所述的启动方法，其中该监视步骤还包含：

依据该第二电压电平以及该第一电压电平以输出一第一输出电流以及一第二输出电流；以及

依据该第一输出电流以及该第二输出电流以控制该开关电路是否关闭。

15.如权利要求14所述的启动方法，其中依据该第一、第二输出电流以控制该开关电路是否关闭的步骤还包含有：

依据该第一、第二输出电流分别产生一第一电流镜电流与一第二电流镜电流；以及

依据该第一电流镜电流与该第二电流镜电流来控制是否关闭该开关电路。

16.如权利要求14所述的启动方法，其中依据该第一、第二输出电流以控制是否关闭该开关电路的步骤还包含有：

依据该第一输出电流产生该第一电流镜电流；

依据一第三电流镜电流产生该第二电流镜电流；以及

依据该第二输出电流产生该第三电流镜电流；

其中该第一、二电流镜电流中其一用来提升该开关电路的一控制端的电压电平而另一则用来降低该开关电路的该控制端的电压电平。

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