CN101782790B - 用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，该电路中，偏置电流产生电路产生偏置电流，基准电压产生电路产生基准电压，电流镜电路将偏置电流复制给低压偏置电源电路和偏置电流输出电路，由低压偏置电源电路给偏置电流产生电路、基准电压产生电路和电流镜电路提供电流，偏置电流输出电路则将偏置电流传输给功率芯片的内部电路和其他电路，启动截止电路产生启动电流传输给偏置电流产生电路，偏置电流产生电路导通并产生偏置电流，偏置电流又经过电流镜电路使低压偏置电源电路导通，一旦低压偏置电源电路导通，启动截止电路产生截止信号，启动结束。本发明可耐高压，且具有较高的抗扰动能力，所产生的基准电压受外部电源变化的影响很小。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路。
背景技术
在很多功率芯片中，外部电源是芯片唯一的电源。例如，在AC-DC功率芯片中，220V的交流输入是唯一的电源，在经过整流和滤波电路后，一个高直流电压被用来驱动芯片，在汽车电子芯片中，车载电池(电压12～40V)给芯片供电，在台式电脑的电源管理系统中，芯片的供电电压是12V。而在在芯片内部，一般只有大功率器件直接由外部电源来供电，所有的逻辑和控制电路都由低压的CMOS(互补金属氧化物半导体)构成。所以芯片中会有一个内部电源(Linear Regulator)将外部输入的直流高电压(VHV)转换成直流低电压(VREG)，以便用来给逻辑和控制电路供电。
另一方面，内部电源需要利用基准电压和偏置电流来产生直流低电压(VREG)，因此，芯片中就需要一个可以直接由外部直流高电压来供电的基准电压和偏置电流产生电路。此外，由于外接直流高电压一般都会伴随有较大扰动，所以，这个基准电压和偏置电流产生电路还需要具有很高的抗扰动能力。
发明内容
本发明提供的一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，该电路可耐高压，且具有较高的抗扰动能力，所产生的基准电压受外部电源变化的影响很小。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，包含依次电路连接的启动截止电路、偏置电流产生电路、基准电压产生电路，还包含电路连接所述偏置电流产生电路的电流镜电路、分别电路连接所述启动截止电路、偏置电流产生电路、基准电压产生电路和电流镜电路的低压偏置电源电路，以及，电路连接所述电流镜电路的偏置电流输出电路；
偏置电流产生电路产生偏置电流PTAT(正温度系数电流)；
偏置电流流过基准电压产生电路，产生基准电压VBG；
电流镜电路将偏置电流PTAT镜象复制给低压偏置电源电路和偏置电流输出电路，由低压偏置电源电路给偏置电流产生电路、基准电压产生电路和电流镜电路提供电流，偏置电流输出电路则将偏置电流PTAT传输给功率芯片的内部电路和其他电路；
偏置电流产生电路和基准电压产生电路为低压电路；
电流镜电路、低压偏置电源电路和偏置电流输出电路为高压电路；
由于偏置电流产生电路和基准电压产生电路都是低压电路，这些低压电路都是由低压偏置电源电路供电，而低压偏置电源电路的偏置电流又是由低压电路所产生的，所以，该结构不能自行启动，会停留在不能生成偏置电流PTAT的状态，因此，必须引入启动截止电路来解决这个问题，刚上电时，启动截止电路产生一个启动电流，并将此电流镜象传输给偏置电流产生电路，使得偏置电流产生电路导通并产生偏置电流PTAT，偏置电流又经过电流镜电路使低压偏置电源电路导通并得到正确偏置，使得低压偏置电源电路可以对偏置电流产生电路、基准电压产生电路和电流镜电路进行供电，一旦低压偏置电源电路导通，启动截止电路产生截止信号，启动结束，整个电路进入正常工作状态。
本发明可以给功率芯片的内部电路提供基准电压和偏置电流，使得内部电路可将外部输入的直流高电压(VHV)转换成直流低电压(VREG)，以便用来给逻辑和控制电路供电，使芯片内部的逻辑和控制可以得到正确的实现，同时具有高的抗扰动能力，所产生的基准电压受外部电源变化的影响很小。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路的电路框图；
图2是本发明提供的一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路的电路图。
图3所示为电路的抗干扰能力波形图。
图4所示为电路的启动和正常工作波形图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施方式：
如图1所示，是本发明提供一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，包含依次电路连接的启动截止电路101、偏置电流产生电路102、基准电压产生电路103，还包含电路连接所述偏置电流产生电路102的电流镜电路104、分别电路连接所述启动截止电路101、偏置电流产生电路102、基准电压产生电路103和电流镜电路104的低压偏置电源电路105，以及，电路连接所述电流镜电路104的偏置电流输出电路106；
如图2所示，PMOS(P沟道金属氧化物半导体)管MP1，MP2，NMOS(N沟道金属氧化物半导体)管MN1，MN2，三级管Q1，Q2，PMOS管MP8，以及电阻R1构成了偏置电流产生电路102，产生的PTAT电流为：
Iptat＝ΔVBE/R1，
其中，ΔVBE＝VBE_Q2-VBE_Q1，VBE_Q1和VBE_Q2分别是三级管Q1和Q2的基级-发射级电压；
PMOS管MP3，电阻R2和三级管Q3构成了基准电压产生电路103，电流镜MP3复制偏置电流产生电路102产生的PTAT电流，并使该偏置电流流过电阻R2和三级管Q3，从而产生基准电压为：
VBG＝VBE_Q3+(R2/R1)×ΔVBE，
其中，VBE_Q3是三级管Q3的基级-发射级电压；
通过合理选择R1，R2和ΔVBE的值，可得到一个不受温度漂移的稳定的基准电压VBG；
PMOS管MP4，NMOS管MN3，MN4，PMOS管MP6构成了电流镜电路104；
PMOS管MP5作为低压偏置电源电路105；
PMOS管MP7，NMOS管MN5和MN6构成偏置电流输出电路106；
电流镜电路104将偏置电流PTAT镜象复制到MP5和MP7，由MP5给MP1，MP2，MP3，MP4，MP8提供电流，MP7则将偏置电流PTAT经NMOS管MN5和MN6传输给内部电路和其他电路；
电压VDDR为：
VDDR＝VBE_Q2+VGS_MN2+VGS_MP8，
其中，VBE_Q2是三级管Q2的基级-发射级电压，VGS_MN2是NMOS管MN2的栅源电压，VGS_MP8是PMOS管MP8的栅源电压；
PMOS管MP10，MP11，MP12和电阻R3，以及PMOS管MP9组成启动截止电路101。
因为VDDR是一个低电压(典型情况下为3V左右)，所以NMOS管MN1，MN2，PMOS管MP1，MP2，MP3，MP4，MP8，电阻R1，R2，三级管Q1，Q2，Q3都是低电压的器件。这样不仅可以减小电路的面积，而且提高了器件之间的匹配度(低压器件的匹配度要比高压器件好很多)。
PMOS管MP5，MP6，MP7，MP9都是高压器件，MP5为低压器件提供偏置电流，同时承受VHV到VDDR之间的高电压，由于匹配和耐高压的需要，MN3，MN4也都是高压器件。
刚上电时，启动截止电路101中的MP10和电阻R3会产生一个启动电流，并将此电流镜象传输给MP11和MP12，MP11和MP12，对MP1，MP2，MP3，MP4，MP8的共源节点VDDR和MN1，MN2，MP8的共柵节点V2充电，将VDDR和V2的电位提升，从而使得MN1，MN2，MP1，MP2导通并产生偏置电流PTAT，偏置电流又经过电流镜电路104使MP5导通并得到正确偏置，使得MP5可以对偏置电流产生电路102、基准电压产生电路103和电流镜电路104进行供电，一旦MP5导通，PMOS管MP9也导通，将MP10，MP11，MP12的共栅节点V1的电位拉高，使MP10，MP11，MP12截止，启动结束，整个电路进入正常工作状态。
图3所示为电路的抗干扰能力波行图，横坐标为时间，纵坐标为分贝(db)，vbgvm为基准电压的抗干扰交流波形，vddrvm为节点VDDR的电压抗干扰交流波形，交流输入在VHV上，VBG在1兆兹的频率下，抗干扰能力达到-50db；
图4所示为电路的启动和正常工作波形图，横坐标为时间，纵坐标为电压，Vhv为外部输入的直流高电压波形，Vbg为产生的基准电压波形，Vddr为节点VDDR的电压波形。
Claims (3)
1.一种用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，其特征在于，包含依次电路连接的启动截止电路(101)、偏置电流产生电路(102)、基准电压产生电路(103)，还包含电路连接所述偏置电流产生电路(102)的电流镜电路(104)、分别电路连接所述启动截止电路(101)、偏置电流产生电路(102)、基准电压产生电路(103)和电流镜电路(104)的低压偏置电源电路(105)，以及，电路连接所述电流镜电路(104)的偏置电流输出电路(106)；
偏置电流产生电路(102)产生偏置电流PTAT；
偏置电流流过基准电压产生电路(103)，产生基准电压VBG；
电流镜电路(104)将偏置电流PTAT镜象复制给低压偏置电源电路(105)和偏置电流输出电路(106)，由低压偏置电源电路(105)给偏置电流产生电路(102)、基准电压产生电路(103)和电流镜电路(104)提供电流，偏置电流输出电路(106)则将偏置电流PTAT传输给功率芯片的内部电路和其他电路；
启动截止电路(101)产生启动电流传输给偏置电流产生电路(102)，使得偏置电流产生电路(102)导通并产生偏置电流PTAT，偏置电流又经过电流镜电路(104)使低压偏置电源电路(105)导通并得到正确偏置，使得低压偏置电源电路(105)可以对偏置电流产生电路(102)、基准电压产生电路(103)和电流镜电路(104)进行供电，一旦低压偏置电源电路(105)导通，启动截止电路(101)产生截止信号，启动结束，整个电路进入正常工作状态；
P沟道金属氧化物半导体管MP1，MP2，N沟道金属氧化物半导体管MN1，MN2，三级管Q1，Q2，P沟道金属氧化物半导体管MP8，以及电阻R1构成了偏置电流产生电路(102)，产生的PTAT电流为：
Iptat＝ΔVBE/R1，
其中，ΔVBE＝VBE_Q2-VBE_Q1，VBE_Q1和VBE_Q2分别是三级管Q1和Q2的基级-发射级电压；
P沟道金属氧化物半导体管MP3，电阻R2和三级管Q3构成了基准电压产生电路(103)，电流镜MP3复制偏置电流产生电路(102)产生的PTAT电流，并使该偏置电流流过电阻R2和三级管Q3，从而产生基准电压为：
VBG＝VBE_Q3+(R2/R1)×ΔVBE，
其中，VBE_Q3是三级管Q3的基级-发射级电压。
2.如权利要求1所述的用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，其特征在于，所述的偏置电流产生电路(102)和基准电压产生电路(103)为低压电路。
3.如权利要求1所述的用于功率芯片的基准电压和偏置电流产生电路，其特征在于，所述的电流镜电路(104)、低压偏置电源电路(105)和偏置电流输出电路(106)为高压电路。
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