CN102385405A - 一种通用的带隙基准启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通用的带隙基准启动电路，该启动电路为电流比较结构，由自偏置电路、电流镜比较电路以及下拉晶体管组成，用于电压模带隙基准启动电路时，基准电流只需满足一定范围，电路结构简单，用于电流模带隙基准电路，当带隙基准电路因多简并点而工作在一个错误工作状态时，电流比较结果迅速将启动电路开启，使带隙基准电路进入正常工作状态，同时新的电流比较结果立即将启动电路关断，不对基准电路产生影响。该启动电路对工作电压具有良好的适应性，不受电源电压变化包括瞬态波动的影响，受工艺角影响小，且电路结构简单，易于实现。本发明有效解决两种模的带隙基准电路启动问题，通用于CMOS工艺下带隙基准电路结构。

Description

一种通用的带隙基准启动电路

技术领域

本发明属于数字通信技术领域，涉及带隙基准的启动电路，特别是涉及一种通用的带隙基准启动电路，它通用于CMOS工艺的电流模和电压模带隙基准的启动电路，尤其适合低压应用。

背景技术

在数字通信技术领域，带隙基准电路是模拟电路中必不可少的单元模块，它为其他电路提供不随温度和电源电压变化的基准电压，或由基准电压转变得到的基准电流。带隙基准电路有电压模和电流模两种实现形式，电压模的带隙基准电路的典型结构如图1所示，电流模的带隙基准电路的典型结构如图2所示。电压模带隙基准电路产生的基准电压为硅的带隙电压，通常为1.25V左右，因此，不适合低压应用于90nm及以下的CMOS工艺电路，或其他电源电压较低的应用场合的电路。电流模带隙基准电路结构利用正温度系数的PTAT电流和负温度系数的IPTAT电流相加产生基准电流，再通过电阻转换为基准电压，该基准电压与硅的带隙电压呈比例，其比例可以通过改变电阻比值调节，因此可以得到所需的基准电压，因此，适宜于各种应用场合，尤其是低压应用。

众所周知，电压模和电流模两种实现形式的带隙基准电路都存在启动问题，即都存在有多于1个工作状态，或称为多个简并点的问题。电压模带隙基准电路存在正确工作状态和零工作状态即两个简并点。如图1所示的压模带隙基准电路，当电工作在零简并点时，支路电流为零，寄生三极管未导通，镜像管106、107和108的栅极电压接近电源电压，此错误工作状态会锁定带隙基准电路而无法提供基准电压。如图2所示的电流模带隙基准电路，存在正确工作状态、零工作状态和寄生三极管未导通时不确定状态的任意的三种工作状态，即存在多个简并点：正确简并点、零简并点和不确定简并点。参见图2，当电流模带隙基准电路工作在零简并点时，支路电流为零，寄生三极管未导通，镜像管207、208和209的栅极电压接近电源电压，同样电路工作在错误状态会锁定带隙基准电路。当支路电流不为零，下拉三极管未导通时，支路电流全部流入与寄生三极管并联的电阻，电阻上电压小于寄生三极管开启电压，支路电流小于正常工作状态下电流值，由于该电流或电压不确定，带隙基准电路存在多个可能的工作状态，即称为第三简并点或多简并点的工作状态。

目前工程应用领域常用的带隙基准启动电路大多针对电压模带隙基准电路，已有技术有多篇论文：Lin Hongchin等人在《IEEE InternationalSymposium on Circuits and Systems》2005发表论文“A Sub-1V BandgapReference Circuit Using Subthreshold Current”，这种启动电路不适用于电流模带隙基准电路，不能解决多简并点的问题。如Piero Malcovati等人在《IEEE Journal of Solid-State Circuits》2001，36(7)发表的论文“Curvature-Compensated BiCMOS Bandgap with 1-V Supply Voltage”，该启动电路受电源电压范围的限制。又如Ka Nang Leung等人在《IEEE Journalof Solid-State Circuits》2002，37(4)发表的论文“A Sub-1-V 15-ppm/℃CMOSBandgap Voltage Reference Without Requiring Low Threshold VoltageDevice”，对启动电路中晶体管的尺寸要求严格，不具有通用性。已有技术的美国专利号US 6489835B1，专利名称为“Low Voltage BandgapReference Circuit”，为了避免电流模带隙基准电路多简并点的问题，选择将电路结构改变为电压/电流模混合结构，不但电路结构复杂，而且存在牺牲温度特性和抗工艺角变化性能的缺陷。又如Xu Changxi等人在《ChineseJournal of Semiconductors》，2005，26(10)发表的论文“A Low Voltage and LowPower CMOS Bandgap Voltage Reference Design with a Novel Start-upCircuit”，是少数针对电流模带隙基准电路的启动电路，它引入比较器或运算放大器、复制寄生三极管的技术构想，该技术构想实现复杂度高，而且电路的非理想因素会对启动功能产生直接影响，因而不具有通用性和实用性。

发明内容

本发明目的是为了克服已有技术的缺陷，在于实现新型简单通用的带隙基准启动电路。本发明目的是通过以下的技术方案来实现。

为实现上面目的，提出一种通用的带隙基准启动电路。通用的带隙基准启动电路采用电流比较的电路结构。

一种通用的带隙基准启动电路，该通用启动电路的组成包括：

一个自偏置电路；

一个电流镜比较器；以及

一个下拉晶体管；

所述自偏置电路、电流镜比较器以及下拉晶体管依次串联连接；自偏置电路输出端连接电流镜比较器的一个输入端，电流镜比较器的输出端连接下拉晶体管的栅极，下拉晶体管的源极为输出端，该源极输出端连接电流镜比较器的另一个输入端，下拉晶体管源极输出端还连接带隙基准电路；

下拉晶体管源极输出端即为启动电路的启动节点，该启动节点连接带隙基准电路中的PMOS电流镜栅极，启动电路工作时将带隙基准电路中的PMOS电流镜栅极电平拉低，为三极管充电。用于启动带隙基准电路，使带隙基准电路脱离错误工作状态。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述自偏置电路包括自启动电路和偏置电流产生电路；其中

自启动电路由NMOS检测管、上电检测电容和下拉管组成，NMOS检测管漏极连接检测电容下极板，检测电容上极板连接电源，用于检测电源上电过程中自偏置电路中NMOS栅极电压，并通过下拉管启动工作在错误简并点的偏置电流产生电路。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述上电检测电容为片上电容，它是采用CMOS工艺类型的电容，该工艺类型的电容包括MIM电容、MOM电容、MOS电容以及POLY电容，上电检测电容用于电源上电过程中的储能。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述电流镜比较器由PMOS和NMOS两种类型晶体管的电流镜构成，两型电流镜的漏极直接相连，该连接点还连接下拉晶体管栅极；PMOS电流镜所镜像的是带隙基准电路工作电流，该工作电流为带隙基准电路的寄生三极管和其并联电阻中电流之和，NMOS电流镜所镜像的是自偏置电路产生的比较基准电流，两型电流镜漏极连接点输出V_X为电流比较结果，用于控制下拉晶体管的开关。电流比较结果为低电平时开启下拉晶体管，启动电路工作，实施带隙基准电路的启动。电流比较结果为高电平时关闭下拉晶体管，启动电路停止工作。

为控制电流镜比较器的比较精度，启动电路设置一个电流比较判决条件参数Δ。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述PMOS电流镜为共源共栅结构的电流镜，所述NMOS电流镜为威尔逊结构的电流镜，用于减小镜像误差。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述NMOS电流镜和PMOS电流镜构成的电流镜比较器集成于同一芯片，用于实现比较基准电流与带隙基准电路工作电流的快速比较；两种电流镜结构还包括其变形结构。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述自偏置电路中偏置电流产生电路为MOS管Wildlar电流源结构；该偏置电流产生电路由NMOS管403和404组成的NMOS电流镜、由PMOS管407和408组成的PMOS电流镜以及电阻405构成一个偏置电流生成环路，NMOS电流镜中NMOS管404的源极接电阻405的一端，电阻405的另一端接地；该偏置电流产生电路用于为电流镜比较器提供比较基准电流并为带隙基准电路提供偏置电流。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述启动电路的输出端连接带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极，通过连接输出端的下拉晶体管413源极控制带隙基准电路的开启动或停启动，它又是启动电路的一个镜像输入端连接带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极，通过连接输出端的电流镜比较器PMOS镜像管412的栅极，用于镜像带隙基准电路工作电流。

它既是启动电路的启动控制端，它又是启动电路的一个镜像输入端。电源上电后，带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极与电流镜比较器中PMOS镜像管412栅极连接，将带隙基准电路工作电流对应的栅极电压经镜像送到电流镜比较器的一个输入端即PMOS镜像管412栅极，实现带隙基准电路工作电流的镜像。电流镜比较器的另一输入端连接自偏置电路NMOS镜像管的栅极，实现对比较基准电流的镜像，当比较基准电流满足启动控制条件时，启动控制端即下拉晶体管413源极实现对带隙基准电路的开启动控制。

所述的一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述启动电路的电流比较判决条件参数Δ取值范围为5％～10％；比较基准电流I_comp与所述电流下限值I_err，max或电流模带隙基准电路电流上限值I_normal或电压模带隙基准时对应的零电流值的差值大于Δ，启动电路对带隙基准实施启动控制。

作为优选，Δ取值为5％，比较基准电流I_comp的取值限定条件为：

1.05I_err，max＜I_comp＜0.95I_normal

对于电流模带隙基准电路，当对应的比较基准电流I_comp小于基准电路正确工作状态下流过PMOS电流镜组中电流值I_normal的95％，大于电流模带隙基准电路工作在错误简并点、寄生三极管未导通时流过寄生三极管并联电阻中的最大电流值I_err，max的105％，或电压模带隙基准时对应的零电流值，启动电路进入启动工作状态。

一种通用的带隙基准启动电路，其在于所述比较基准电流I_comp为电流镜比较器的比较基准，比较基准电流I_comp的取值限定条件为：

(1+Δ)I_err，max＜I_comp＜(1-Δ)I_normal

式中，I_normal为电流下限值，是基准电路正确工作状态下流过PMOS电流镜组中的镜像电流值；I_err，max为电流上限值，是电流模带隙基准电路工作在错误简并点、寄生三极管未导通时流过寄生三极管并联电阻中的最大电流值，或电压模带隙基准时对应零简并点的零电流值；Δ为判决条件参数。比较基准电流I_comp满足下式关系：

$\frac{V_{\mathrm{BE},Q2}}{R_1}<I_{\mathrm{comp}}<\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BE}}}{R_0}+\frac{V_{\mathrm{BE},Q2}}{R_1},$

式中，R₁为带隙基准电路中与三极管并联电阻的阻值，R₀为带隙基准电路中与三极管串联电阻的阻值，Q₁为带隙基准电路的一个三极管的标号，Q₂为带隙基准电路的另一个三极管的标号，V_BE，Q2为Q₂管的发射极电压，ΔV_BE为Q₁管与Q₂管发射极间的电压差，三极管基极接地。

通用的带隙基准启动电路，采用电流比较的电路结构方式，实现对带隙基准电路工作状态的检测，工作状态检测以设定的基准电路在正确工作状态下的支路电流为上限值，以及错误简并点中支路电流的最大值为下限值为依据。对于电压模带隙基准电路，由于只存在零工作状态一个错误简并点，因此设定的下限值为零。对于电流模带隙基准电路，以寄生三极管处于导通临界状态时的支路电流为下限值。该启动电路的比较基准电流与选择的支路电流上限值及下限值的差应大于比较基准电流的5％为判决条件，确保启动电路在作电流比较时，镜像电流较大的晶体管处于深线性区，以便实现对下拉晶体管的开关控制。考虑到温度特性，比较基准电流在-40℃～85℃温度范围内都满足取值范围要求，取值限定条件为I_err，max(1+5％)＜I_comp且I_comp＜(1-5％)I_normal，其中，I_comp为比较基准电流，I_err，max为错误工作点下支路电流最大值即下限值，I_normal为间隙基准电路正常工作时的支路电流值即上限值。对于电压模基准电路，由于上限值与下限值相差较大，比较基准电流易于取值。对于电流模基准电路，参见图2，上限值与下限值之差值ΔI为

$\mathrm{\&Delta;I}=I_{\mathrm{normal}}-I_{\mathrm{err},\max }=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BE}}}{R_0}=V_T\ln m=\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln m$

式中ΔV_BE为运算放大器210两输入端三极管(pnp)射极电压差，m为运放210两输入端三极管个数比值，R₀为与三极管201串联连接到运算放大器正输入端的电阻203的阻值，V_T为热电压，k为波尔兹曼常数(约为1.38×10^-23J/K)，T为绝对温度，q为电子电荷量，ΔI是一个正温度系数电流。为使得在所有温度范围内，比较基准电流都满足取值限定条件，自偏置电路产生的比较基准电流具有相等或近似的正温度系数。

所述通用带隙基准启动电路中自偏置电路包含自启动电路，自启动电路中电容为储能电容，电容一端极板接电源，电容电源上电在另一极板上存储电荷，通过NMOS管检测自偏置电路工作状态，控制下拉管的开关，实现电路启动和启动后的关断，使自启动电路不受工艺、温度和电源电压影响。

本发明的实质性效果：

1、本发明启动电路用于电流模带隙基准电路，通过电流镜实现电流比较，将比较基准电流设定在最大错误工作状态电流和正确工作电流之间，实现了对错误工作状态下基准电路的启动以及启动到正确工作状态后的关断，解决了电流模带隙基准电路存在的多简并点的工作状态的问题。

2、本发明电路兼容电流模和电压模两种带隙基准电路，启动电路不受电源电压范围的限制，适合低压应用。

3、本发明电路采用两种类型晶体管的电流镜实现电流比较，有效监控基准电路工作状态，电路结构简单，而且具有良好的温度特性和抗工艺角变化性能。

4、本发明技术构想合理，易于实现，而且电路不受电源电压变化或瞬态波动的非理想因素对启动功能的影响，因而具有通用性和实用性，通用于CMOS工艺下各种带隙基准电路。

附图说明

图1为已有技术的电压模带隙基准电路的典型结构原理图。

图2为已有技术的电流模带隙基准电路的典型结构原理图。

图3为本发明的电流模带隙基准的通用启动电路结构框图。

图3中，31-自偏置电路；31-1-自启动电路；31-2-偏置电流产生电路；32-电流镜比较器；33-下拉晶体管；

图4为本发明第一实施例的通用带隙基准电路启动电路结构电原理图。

图4中，41-自偏置电路；41-1-自启动电路；41-2-偏置电流产生电路电路；42-电流镜比较器；43-下拉晶体管；I_start-基准比较电流；V_X-下拉晶体管开关控制电压。

图5为本发明第三实施例的PMOS电流模带隙基准电路的新型通用启动电路。

图5中，4-启动电路；2-电流模带隙基准电路。

图6为本发明第四实施例的NMOS电流模带隙基准电路的新型通用启动电路。

图6中，4-启动电路；1-电压模带隙基准电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

图3给出本发明实施例的通用带隙基准启动电路组成框图，通用带隙基准的启动电路3由依次连接的自偏置电路31、电流镜比较器电路32以及下拉晶体管33组成。自偏置电路31由自启动电路31-1和偏置电流产生电路31-2组成。电流镜比较器32的一个输入来自自偏置电路31产生的基准比较电流，另一个输入是镜像的带隙基准电路工作电流，电流镜比较器32的输出端接下拉晶体管33的栅极，控制下拉晶体管开关，下拉晶体管漏极接地，源极为通用启动电路3的启动端，与带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极相连，同时与镜像带隙基准电路工作电流的电流镜比较器的一个输入端连接在一起。

第一实施例

图4给出本发明第一实实施例的通用带隙基准启动电路结构电原理图。该启动电路4由依次连接的自偏置电路41、电流镜比较器42及其下拉晶体管43构成，自偏置电路41包括自启动电路41-1和偏置电流产生电路41-2。

自偏置电路的自启动电路41-1由NMOS管401，402和PMOS管406组成。自启动电路的PMOS管406为PMOS电容管。PMOS电容管406漏源极为上极板，连接电源，其栅极为下极板，连接自偏置电路的NMOS管401漏极和402的栅极。自启动电路的NMOS管401源极和402的栅极与PMOS电容管406栅极连接。在上电时，NMOS管402导通，402管为低电平，将偏置电流产生电路41-2中PMOS晶体管407和408栅极电压下拉，从而防止偏置电流产生电路死锁在零工作状态。

偏置电流产生电路41-2由NMOS管403，404和PMOS管407，408和片上电阻405组成，采用Wildlar结构。NMOS管403和404栅极连接，403管栅极与漏极短接，403管与404管以及电阻405构成NMOS电流镜。PMOS管407和408构成PMOS电流镜，407管和408管栅极连接，408管漏极和栅极短接。NMOS的403管和404管以及电阻405，与PMOS的407管和408管连接为Wildlar结构，电阻405上的电压为403和404栅源电压差，用于产生偏置电流。

电流镜比较器42由NMOS管410和411，PMOS管409和412组成，下拉管43由漏极接地的PMOS管413实现。410管与411管构成NMOS电流镜，411管为NMOS镜像管，镜像基准比较电流；412管为PMOS镜像管，镜像带隙基准电路的工作电流。412管与411管的漏极相连，并与PMOS下拉管413的栅极相连，产生电流比较结果V_X即下拉晶体管413的开关控制电压，控制下拉晶体管413的开关。V_X为高电平时，下拉管413的开启，V_X为低电平时，下拉管413的关闭。412管的栅极与下拉晶体管413的漏极相连，该连接点为电流镜比较器43的输出端即启动电路的启动端，与带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极相连接。

通用启动电路的工作过程进一步描述如下：

自偏置电路41中的偏置电流产生电路412也存在两个工作点，即正确工作状态和零工作状态，其自启动电路41-1在电源上电时使偏置电流产生电路41-2脱离零工作状态。当电源上电，PMOS管电容406下极板积累电荷，电容管406下极板电压接近电源电压，若偏置电流产生电路41-2处在零工作状态，则自启动电路41-1中401管栅极电压接近地，401管不导通，偏置电流产生电路PMOS管407和408的栅极电压接近电源电压，由于下拉管402栅极电压接近电源，因此下拉管402导通，将偏置电流产生电路407管和408管的栅极电压下拉，于是，偏置电流产生电路41-2脱离零状态，进入正确工作状态。

偏置电流产生电路41-2进入正确工作状态后，其NMOS电流镜的403管栅极电压使得自启动电路41-1中401管导通，电容管406下极板通过401对地放电，下拉管402栅极电平电平接近地，因此下拉管402关闭，不对偏置电流产生电路41-2产生影响。

电流镜比较器42包括一个NMOS电流镜411和NMOS镜像管410、一个PMOS电流镜412、以及PMOS镜像管409；下拉晶体管43由一个PMOS管413实现。NMOS电流镜411与PMOS电流镜412的漏极相连接，节点电压为V_X。PMOS电流镜412管镜像带隙基准电路工作电流，该工作电流即为带隙基准电路中流过三极管201与其并联电阻204的电流之和，NMOS电流镜411管镜像自偏置电路产生的基准比较电流，即流过410管的电流，411管与412管漏极相连接，并与下拉晶体管413的栅极相连接，该连接节点电压为V_X，下拉晶体管413漏极接地，413管源极与带隙基准电路中PMOS电流镜组栅极相连，如与图1中106管、107管、108管的栅极相连，或如与图2中207管、208管、209管的栅极相连。

PMOS管412镜像带隙基准电路的工作电流，NMOS管411镜像由自偏置电路41产生的比较基准电流，412与411漏极连接构成电流比较电路。当带隙基准电路处于错误简并点时，412镜像的带隙基准电路支路电流小于411镜像的比较基准电流，由于两管电流应保持相等，因此，411管处于深线性区，V_X电压接近地，下拉管413开启，将412栅极也即带隙基准电路PMOS电流镜组栅极电压拉低，为三极管充电，使带隙基准电路脱离错误简并点，进入正确工作状态；进入正确工作状态后，412管镜像的带隙基准电路工作电流大于411管镜像的比较基准电流，因此为保证流过411管和412管的电流相等，412管进入深线性区，V_X接近电源电压，此时下拉管413关断，启动电路不对正常工作的带隙基准电路构成影响。

图5为本发明实施例的通用启动电路应用于电流模带隙基准电路的电原理图。它是由图4所示的通用启动电路4与图2所示的电流模型带隙基准电路构成。结合图2所示的电流模型带隙基准电路，通用启动电路工作过程进一步说明如下：

启动电路4的412管栅极与电流模型带隙基准电路2的207管、208管、209管的栅极相连，构成PMOS电流镜。

流过409管的电流为比较基准电流设为I_comp，I_comp满足下式关系：

$\frac{V_{\mathrm{BE},Q2}}{R_1}<I_{\mathrm{comp}}<\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BE}}}{R_0}+\frac{V_{\mathrm{BE},Q2}}{R_1},$

其中，R₁为电阻204和205的阻值，204和205阻值相等，R₀为203的阻值，Q₁表示为三极管201，Q₂表示为三极管202，V_BE，Q2为三极管202的发射极电压，ΔV_BE为201与202发射极电压差。当带隙基准电路工作在错误简并点时，最大支路电流产生于三极管202导通的临界状态，此时412管镜像的支路电流I_DS，412为

$I_{\mathrm{DS},412}=I_{\mathrm{err},\max }\&le;\frac{V_{\mathrm{BE},Q2}}{R_1}<I_{\mathrm{comp}}$

由于NMOS电流镜411和PMOS电流镜412中流过的电流应保持相等，均为I_DS，412，因此411工作在深线性区，V_X≈0，下拉晶体管413迅速将电流镜412管，PMOS管207管、208管和209管的栅极电压下拉，使得大电流充入带隙基准电路的支路，使三极管202和201导通，基准电路脱离错误简并点，其他错误简并点或零简并点时工作原理相同。当启动电路进入正确工作状态后，此时流过NMOS电流镜411管的电流为I_comp，而PMOS电流镜412管镜像的电流应为I_normal，由于

$I_{\mathrm{DS},411}=I_{\mathrm{comp}}<I_{\mathrm{normal}}=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BE}}}{R_0}+\frac{V_{\mathrm{BE},Q2}}{R_1}$

且411管和412管电流应保持相等，因此，412管进入深线性区，V_X≈V_DD，下拉晶体管413关闭，启动电路不再对带隙基准电路产生影响。只要带隙基准电路进入错误简并点，启动电路即开始工作，直至带隙基准电路进入正确工作状态为止。

图6为本发明实施例的通用启动电路应用于电压模带隙基准电路的电原理图。它由图1所示的电压模带隙基准电路，和图4所示的通用启动电路4构成。电压模带隙基准电路1只存在一个错误简并点，即零简并点，此时比较基准电流需满足

$0<I_{\mathrm{comp}}<I_{\mathrm{normal}}=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BE}}}{R_0}$

其中，电阻104阻值为R₀。其工作过程与电流模带隙基准电路结构的工作过程相同。

本发明比较基准电流的取值范围(上限值与下限值之差)为

$\mathrm{\&Delta;I}=I_{\mathrm{normal}}-I_{\mathrm{err},\max }=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{BE}}}{R_0}=V_T\ln m=\frac{\mathrm{kT}}{q}\ln m$

它是一个正温度系数的PTAT电流，因此，为在所定温度-40℃～85℃范围内，实现比较基准电流都满足取值限定条件，偏置电流产生电路42产生的比较基准电流具有相等或近似的正温度系数，由图4中403管，404管，405管，407管和408管组成的偏置电流产生电路产生的比较基准电流，流过电流镜比较器43的镜像管409和NMOS电流镜410管、411管后为：

$I_{\mathrm{comp}}=\frac{{(W/L)}_{409}}{{(W/L)}_{408}}\frac{{(W/L)}_{411}}{{(W/L)}_{410}}\frac{2}{{\mathrm{\&mu;C}}_{\mathrm{ox}}{(W/L)}_{403}}\frac{1}{R_b^2}{(1-\frac{1}{\sqrt{K}})}^2$

其中，R_b为电阻405阻值，K表达式如下，W/L为MOS管宽长比：

$K=\frac{{(W/L)}_{404}}{{(W/L)}_{403}}.$

该启动电路不受电源电压和工艺影响，结构简单，通用于CMOS工艺下各种结构带隙基准电路。

本领域技术人员可以理解，在不背离本发明广义范围的前提下，对上述实施例作出若干改动。因而，本发明并不仅限于所公开的特定实施例。其范围应当涵盖所附权利要求书限定的本发明核心及保护范围内的所有变化。

Claims (10)

1.一种通用的带隙基准启动电路，该通用启动电路的组成包括：

一个自偏置电路；

一个电流镜比较器；以及

一个下拉晶体管；

所述自偏置电路、电流镜比较器以及下拉晶体管依次串联连接；自偏置电路输出端连接电流镜比较器的一个输入端，电流镜比较器的输出端连接下拉晶体管的栅极，下拉晶体管的源极为输出端，该源极输出端连接电流镜比较器的另一个输入端，下拉晶体管源极输出端还连接带隙基准电路；

下拉晶体管源极输出端即为启动电路的启动节点，该启动节点连接带隙基准电路，用于启动带隙基准电路，使带隙基准电路脱离错误工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述自偏置电路包括自启动电路和偏置电流产生电路；其中

自启动电路由NMOS检测管、上电检测电容和下拉管组成，NMOS检测管漏极连接检测电容下极板，检测电容上极板连接电源，用于检测电源上电过程中自偏置电路中NMOS栅极电压，并通过下拉管启动工作在错误简并点的偏置电流产生电路。

3.根据权利要求2所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述上电检测电容为片上电容，它是采用CMOS工艺类型的电容，该工艺类型的电容包括MIM电容、MOM电容、MOS电容以及POLY电容，上电检测电容用于电源上电过程中的储能。

4.根据权利要求1所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述电流镜比较器由PMOS和NMOS两种类型晶体管的电流镜构成，两型电流镜的漏极直接相连，该连接点还连接下拉晶体管栅极PMOS电流镜所镜像的是带隙基准电路工作电流，NMOS电流镜所镜像的是自偏置电路产生的比较基准电流，两型电流镜漏极连接点输出V_X为电流比较结果，用于控制下拉晶体管的开关；

启动电路设置一个电流比较判决条件参数Δ。

5.根据权利要求4所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述PMOS电流镜为共源共栅结构的电流镜，所述NMOS电流镜为威尔逊结构的电流镜，用于减小镜像误差。

6.根据权利要求1所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述NMOS电流镜和PMOS电流镜构成的电流镜比较器集成于同一芯片，用于实现比较基准电流与带隙基准电路工作电流的快速比较。

7.根据权利要求2所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述自偏置电路中偏置电流产生电路为MOS管Wildlar电流源结构；该偏置电流产生电路由NMOS管(403)和(404)组成的NMOS电流镜、由PMOS管(407)和(408)组成的PMOS电流镜以及电阻(405)构成一个偏置电流生成环路，NMOS电流镜中NMOS管(404)的源极接电阻(405)的一端，电阻(405)的另一端接地；该偏置电流产生电路用于为电流镜比较器提供比较基准电流并为带隙基准电路提供偏置电流。

8.根据权利要求1所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述启动电路的输出端连接带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极，通过连接输出端的下拉晶体管(413)源极控制带隙基准电路的开启动或停启动，它又是启动电路的一个镜像输入端连接带隙基准电路中PMOS电流镜组的栅极，通过连接输出端的电流镜比较器PMOS镜像管(412)的栅极，用于镜像带隙基准电路工作电流。

9.根据权利要求4所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述启动电路设置一个电流比较判决条件参数Δ，Δ的取值范围为5～10％；比较基准电流I_comp与所述电流上限值I_normal或电流模带隙基准电路电流下限值I_err，max或电压模带隙基准时对应的零电流值的差值大于Δ，启动电路对带隙基准实施启动控制。

10.根据权利要求1-9所述的一种通用的带隙基准启动电路，其特征在于，所述比较基准电流I_comp为电流镜比较器的比较基准，比较基准电流I_comp的取值限定条件为：

(1+Δ)I_err，max＜I_comp＜(1-Δ)I_normal

式中，I_nornal为电流上限值，是基准电路正确工作状态下流过PMOS电流镜组中的镜像电流值；I_err，max为电流下限值，是电流模带隙基准电路工作在错误简并点、寄生三极管未导通时流过寄生三极管并联电阻中的最大电流值，或电压模带隙基准时对应零简并点的零电流值；Δ为判决条件参数。

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