CN102200795A

CN102200795A - 高压带隙基准及其启动电路

Info

Publication number: CN102200795A
Application number: CN2010101326274A
Authority: CN
Inventors: 肖国庆; 李茂登
Original assignee: SHANGHAI SANDHILL MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI SANDHILL MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-28

Abstract

高压带隙基准及其启动电路，带隙基准电路中第一、三、七、九MOS管与一三极管依次串联；第二、四、八、十MOS管、电阻及另一三极管依次串联；第五、六MOS管、电阻及再一三极管依次串联；第一管栅、漏极与第二、五管栅极相连；第三管的栅、漏极与第四、六管栅极相连；第八管栅、漏极与第七管栅极相连；第十管栅、漏极与第九管栅极相连。启动电路中电阻、第十一、十二MOS管依次串联；第十一管栅、漏极相连，第十二管栅极连到输出点；第十三MOS管漏极连到电源一端，栅极连到第十一管漏极，第十三管源极通过一电阻连接到第四管漏极。本发明可工作在极高的电源电压下和很宽的电压范围内。其启动电路在高压电源时也可安全可靠的工作。

Description

高压带隙基准及其启动电路

【技术领域】

本发明涉及一种集成电路设计领域中的带隙基准电路，特别是一种高压带隙基准及其启动电路。

【背景技术】

现有技术中，带隙基准电路几乎是所有芯片必不可少的组成部分。现有的带隙基准电路其电源电压根据工艺的不同一般最高不可超过MOS管的栅源或源漏击穿电压。高压芯片的电源电压可高达几百伏甚至更高。这就需要采用高压工艺设计芯片。目前根据采用的高压工艺的不同，在如此高的电压下设计的带隙基准电路也有两种情况。

其一，有的高压工艺采用厚栅，其MOS管栅源和漏源击穿电压可以很高，从而可以轻易设计出工作于很高电源电压的带隙基准电路。此时，高压带隙基准设计除了采用的工艺与低压带隙基准不同外，其它设计要求与低压没什么大的区别。

其二，然而有的高压工艺没有采用厚栅，其MOS管栅源击穿电压只有几伏(一般不超过五伏)，而其漏源，漏体和漏栅之间可以承受的电压可以高达几百伏甚至更高。此工艺下，由于受栅源击穿电压的限制，带隙基准电路的电源电压一般只有几伏，此时一般采用图1所示的带隙基准电路结构。其中，高压电源电压先经过电压调整器输出一低压电源，再由此低压电源给带隙基准电路供电。由于输出的低压电源不会超过MOS管的栅源击穿电压，故带隙基准可以按照低压带隙基准设计。此种情况的优点是带隙基准电路设计相对简单，但它需要电压调整器，常常消耗额外的功耗。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种高压带隙基准及其启动电路。该电路中所用的MOS管不采用厚栅，其栅源击穿电压只有几伏(不超过五伏)，而其漏源，漏体和漏栅之间可以承受的电压可以高达几百伏甚至更高。

本发明采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种高压带隙基准及其启动电路，包括一个启动电路以及一个与其连接的带隙基准电路，其特征在于所述的带隙基准电路中：

第一MOS管、第三MOS管、第七MOS管、第九MOS管以及第一三极管依次串联连接在电源两极；第二MOS管、第四MOS管、第八MOS管、第十MOS管、第一电阻以及第二三极管依次串联连接在电源两极；第五MOS管、第六MOS管、第二电阻以及第三三极管依次串联连接在电源两极；其中，第一MOS管的栅极与漏极相连接，并与第二MOS管、第五MOS管的栅相连接，形成电流镜；第三MOS管的栅极与漏极相连接，并与第四MOS管、第六MOS管的栅相连接，形成电流镜；第八MOS管的栅极与漏极相连接，并与第七MOS管的栅相连接，形成电流镜；第十MOS管的栅极与漏极相连接，并与第九MOS管的栅相连接，形成电流镜；

所述的启动电路中：第三电阻、第十一MOS管、第十二MOS管依次串联连接在电源两极；第十一MOS管的栅极与漏极相连接，第十二MOS管的栅极连接到带隙基准电路的输出点(Vref)；第十三MOS管的漏极连到电源一端，栅极连到第三电阻与第十一MOS管漏极的公共端，第四电阻的一端与第十三MOS管源极相连接，另一端连接到第四MOS管漏极与第八MOS管漏极的公共端。

所述第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管为高压MOS管。

所述的第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管为低压MOS管。

本发明中的带隙基准可直接工作在很宽电的电压范围内，其最高工作电压由工艺中MOS管的最大漏源击穿电压决定，其最低工作电源电压可达5V左右。比如：当采用最高漏源耐压为X伏的高压工艺时，带隙基准工作的电压范围约为：5V～XV。在此电压范围内整个电路能正常工作且MOS管不被击穿。带隙基准的启动电路也能够在启动过程中和启动以后正常工作。在整个高压工作范围内，所有MOS管的栅源、漏源、漏体和漏源电压都不会超过所允许的范围。

【附图说明】

图1为传统带隙基准系统结构示意图；

图2为本发明高压带隙基准及其启动电路结构示意图。

图中各序号分别表示为：

M1-第一MOS管； M2-第二MOS管；

M3-第三MOS管； M4-第四MOS管；

M5-第五MOS管； M6-第六MOS管；

M7-第七MOS管； M8-第八MOS管；

M9-第九MOS管； M10-第十MOS管；

M11-第十一MOS管； M12-第十二MOS管；

M13-第十三MOS管； Q1-第一三极管；

Q2-第二三极管； Q3-第三三极管；

R1-第一电阻； R2-第二电阻；

R3-第三电阻； R4-第四电阻。

【具体实施方式】

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。

参照图2，本发明包括一个启动电路以及一个与其连接的带隙基准电路。

所述的带隙基准电路中：第一MOS管M1、第三MOS管M3、第七MOS管M7、第九MOS管M9以及第一三极管Q1依次串联连接在电源两极；第二MOS管M2、第四MOS管M4、第八MOS管M8、第十MOS管M10、第一电阻R1以及第二三极管Q2依次串联连接在电源两极；第五MOS管M5、第六MOS管M6、第二电阻R2以及第三三极管Q3依次串联连接在电源两极；其中，第一MOS管M1的栅极与漏极相连接，并与第二MOS管M2、第五MOS管M5的栅相连接，形成电流镜；第三MOS管M3的栅极与漏极相连接，并与第四MOS管M4、第六MOSM6管M6的栅相连接，形成电流镜；第八MOS管M8的栅极与漏极相连接，并与第七MOS管M7的栅相连接，形成电流镜；第十MOS管M10的栅极与漏极相连接，并与第九MOS管M9的栅相连接，形成电流镜；

所述的启动电路中：R3第三电阻、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12依次串联连接在电源两极；第十一MOS管M11的栅极与漏极相连接，第十二MOS管M12的栅极连接到带隙基准电路的输出点Vref；第十三MOS管M13的漏极连到电源一端，栅极连到第三电阻R3与第十一MOS管M11漏极的公共端，第四电阻R4的一端与第十三MOS管M13源极相连接，另一端连接到第四MOS管M4漏极与第八MOS管M8漏极的公共端。

如上所述：第三MOS管M3、第四MOS管M4、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13为高压MOS管。

所述的第一MOS管M1、第二MOS管M2、第五MOS管M5、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11为低压MOS管。

所述第一、第二、第三三极管Q1、Q2、Q3为PNP型三极管。

在图2所示的带隙基准电路部分，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4组成电流镜，使流过第一三极管Q1和第二三极管Q2的电流成一定比例。第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10使节点4、7的电压相等。如果第一三极管Q1和第二三极管Q2的面积比为1∶N，则第一三极管Q1和第二三极管Q2基极和发射极的电压差将不同。此不同会因节点4、7的电压相等而等效到第一电阻R1两端。由于此电压差是与温度成正比，忽略R1的温度系数，则流过第一电阻R1的电流与温度成正比(PTAT)。此PTAT电流再镜像到第三三极管Q3和第二电阻R2支路，选择合适的R1、R2比例，就可得出与温度和电源电压都无关的基准电压Vref。

本发明设置了第三MOS管M3、第四MOS管M4、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8都为高压MOS管。其理由由图2可知，第四MOS管M4的栅电压为电源电压减去第一MOS管M1、第三MOS管M3的栅源电压之和，而第四MOS管M4的漏电压等于第八MOS管M8、第十MOS管M10的栅源电压、与节点7的电压之和。一般第一MOS管M1、第三MOS管M3、第八MOS管M8、第十MOS管M10在1V左右，节点7的电压为0.7伏左右。由此可以算出第四MOS管M4的漏栅电压为电源电压减去大约4.7V。对于高压电源电压，第四MOS管M4的栅漏要承受很高的电压，故第四MOS管M4用高压管，同理可以算出第六MOS管M6、第七MOS管M7也需用高压管。为了使电路结构对称，减少失调，第三MOS管M3和第八MOS管M8也用高压管。

但是，如果电路中所有MOS管都用高压管，反倒会降低电路性能。这是因为现在的高压工艺一般采用DMOS或LDMOS，其高压管的面积比较大，有的还需要单独做阱以隔离，这样在版图上难以做到像低压管一样的匹配性能。而第一MOS管M1、第二MOS管M2、第五低压MOS管M5、第九MOS管M9、第十MOS管M10对带隙基准的失调影响很大。因此，全采用高压管的话会降低带隙基准的精度和增大面积。

在启动电路中，当电路未启动时，输出点Vref电压为低，第十二MOS管M12截止，则第十三MOS管M13的栅压为高，第十三MOS管M13导通，从而由电流从第十三MOS管M13流入节点2启动电路。电路启动后，输出点Vref为1.2伏左右，第十二MOS管M12导通，节点1电压为低，第十三MOS管M13截止。以上就是启动电路工作的机理。第十一MOS管M11是为了产生一定压降，减少电阻数量而减小面积。第四电阻R4是为了保护电路。因为在电路未启动的时候，第十三MOS管M13的栅电压很高，而第十三MOS管M13的源电压很低，则有可能造成瞬间高的栅源电压损坏第十三MOS管M13，加入第四电阻R4后，由于第十三MOS管M13的栅源电压超过阈值电压后会产生电流，此电流在R4上产生压降，而使第十三MOS管M13的栅源电压不会瞬间达到高压损坏，增加了电路安全性。

综上所述，本专利中带隙基准电路可工作在极高的电源电压下和很宽的电压范围内。其启动电路在高压电源时也可安全可靠的工作。

Claims

1.一种高压带隙基准及其启动电路，包括一个启动电路以及一个与其连接的带隙基准电路，其特征在于所述的带隙基准电路中：第一MOS管、第三MOS管、第七MOS管、第九MOS管以及第一三极管依次串联连接在电源两极；第二MOS管、第四MOS管、第八MOS管、第十MOS管、第一电阻以及第二三极管依次串联连接在电源两极；第五MOS管、第六MOS管、第二电阻以及第三三极管依次串联连接在电源两极；其中，第一MOS管的栅极与漏极相连接，并与第二MOS管、第五MOS管的栅相连接，形成电流镜；第三MOS管的栅极与漏极相连接，并与第四MOS管、第六MOS管的栅相连接，形成电流镜；第八MOS管的栅极与漏极相连接，并与第七MOS管的栅相连接，形成电流镜；第十MOS管的栅极与漏极相连接，并与第九MOS管的栅相连接，形成电流镜；

2.根据权利要求1所述的一种高压带隙基准及其启动电路，其特征在于：所述第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管为高压MOS管。

3.根据权利要求1所述的一种高压带隙基准及其启动电路，其特征在于：所述的第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管为低压MOS管。