CN103440009B - 一种启动电路及带该启动电路的稳压电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种启动电路，包括：第一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第二NMOS管以及第三NMOS管；第一NMOS管的栅极与漏极相连后与一启动电流源相连，第一NMOS管源极接地；第一电阻的一端与第一NMOS管的栅极相连，另一端作为偏置电压输出端；第二NMOS管的源极接偏置电压，其漏极与第二电阻相连；第三NMOS管的栅极与漏极相连后与一偏置电流源相连，其栅极与第二NMOS管的栅极相连，其源极与一恒定电压相连。还公开了带该启动电路的稳压电路，该稳压电路利用偏置电压作为线性调整器的基准输入电压，并产生供电电压给带隙基准源供电，由带隙基准源产生带隙基准电压作为基准再反馈回去调节启动电路中的偏置电压；从而能得到精确稳定的供电电压，以供芯片内部电路使用。

Description

一种启动电路及带该启动电路的稳压电路

一种启动电路及带该启动电路的稳压电路

技术领域

本发明涉及半导体电路技术领域，特别涉及一种启动电路及带该启动电路的稳压电路。

背景技术

对于半导体集成电路来说，为了保证半导体芯片的性能，往往要求其输入电压是稳定的。

而输入电压Vin往往会因为各种原因，比如输入电压跳变、输入电压过高或输入电压存在干扰等等，而使得输入电压不稳定，不适合直接给半导体芯片供电，以免影响半导体芯片的性能，甚至会损坏半导体芯片。

为了解决上述问题，现有的做法是引入一个线性调整器对输入电压进行调整，并输出一个稳定的供电电压VDD给芯片内部供电以保证芯片的性能不受输入电压的影响。

为了进一步解决这一问题，传统的做法是将线性调整器与带隙基准源结合使用，带隙基准源广泛应用在各种模拟电路中，它是用来产生一个不随温度和工艺变化的恒定电压值。为了保证带隙基准源的优异性能，必需使用稳定的电压来给它供电。

并且，为了让上述整个系统顺利工作起来，还需要一个简单的启动电路产生一个偏置电压作为线性调整器的基准输入。但是一般启动电路的偏置电压都不够稳定，会随温度和制备工艺的变化而改变，从而会影响供电电压VDD的稳定性，并进一步影响带隙基准源的基准输出电压Vbg的稳定性。

因此，有必要对现有的启动电路进行改进。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种启动电路，以提供一稳定的偏置电压。

本发明的另一目的在于提供一种稳压电路，以提供一稳定的电压供各种电路使用。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种启动电路，包括：启动电流源、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第二NMOS管、偏置电流源以及第三NMOS管；其中：

第一NMOS管的栅极与漏极相连并接至启动电流源的一端，所述启动电流源的另一端与一输入电压相连，所述第一NMOS管源极接地；

所述第一电阻的一端与所述第一NMOS管的栅极相连，其另一端作为偏置电压输出端，输出一偏置电压；

所述第二NMOS管的源极与所述偏置电压输出端相连，其漏极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与一供电电压相连；

所述第三NMOS管的栅极与漏极相连并接至偏置电流源的一端，且所述第三NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极相连，所述偏置电流源的另一端与所述供电电压相连；所述第三NMOS管的源极与一恒定电压相连。

较佳地，所述第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管的背栅均接地。

较佳地，所述第二NMOS管的宽长比与所述第三NMOS管的宽长比相等，且所述偏置电流源流过的电流大小与所述第一电阻流过的电流大小相等。

较佳地，所述恒定电压为一带隙基准源的基准输出电压。

为了实现上述目的，本发明另一方面提供一种稳压电路，包括依次串联的上述的启动电路、线性调整器以及带隙基准源，其中：

所述启动电路输出所述偏置电压给所述线性调整器，且所述线性调整器由所述输入电压供电；

所述线性调整器根据所述偏置电压产生所述供电电压，所述供电电压输入给所述带隙基准源；同时，所述供电电压用于给芯片内部电路供电；

所述带隙基准源输出一基准输出电压，所述基准输出电压与所述第三NMOS管的源极相连。

较佳地，所述第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管的背栅均接地。

较佳地，所述第二NMOS管的宽长比与所述第三NMOS管的宽长比相等，且所述偏置电流源流过的电流大小与所述第一电阻流过的电流大小相等。

较佳地，所述线性调整器包括放大器、PMOS管、第三电阻、第四电阻以及电容；其中：

所述放大器具有一正输入端以及一负输入端，所述偏置电压输入至所述负输入端；

所述PMOS管的源极接所述输入电压，其栅极接所述放大器的输出端，其漏极接所述第三电阻的一端；所述PMOS管的漏极输出所述供电电压；

所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端接地，且所述放大器的正输入端与所述第三电阻的另一端相连；

所述电容的一端与所述PMOS管的漏极相连，其另一端与所述第四电阻的另一端相连。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明提供的启动电路通过一恒定电压来调整其产生的偏置电压，使得其产生的偏置电压是稳定的，不受温度、工艺以及输入电压的变化而变化；

2）本发明提供的稳压电路在其稳定工作之后，其启动电路输出的偏置电压与带隙基准源输出的基准输出电压相等，从而使得启动电路输出的偏置电压不受温度、工艺以及输入电压的变化而变化，因而其线性调整器产生的供电电压也不受温度、工艺以及输入电压的变化而变化，也就是其线性调整器能够产生一个稳定的供电电压供芯片内部电路以及带隙基准源使用；由于供电电压是稳定的，因而也提高了带隙基准源的性能，使得带隙基准源输出的基准输出电压基本上恒定不变；恒定不变的基准输出电压又进一步提高了供电电压的稳定性及精度。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的启动电路的电路结构图；

图2为本发明一实施例提供的稳压电路的结构框图；

图3为本发明一实施例提供的稳压电路的电路结构图；

图4为本发明一实施例提供的稳压电路的工作波形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的启动电路及带该启动电路的稳压电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的启动电路的电路结构图，如图1所示，本发明提供的启动电路200包括启动电流源Istart、第一NMOS管N1、第一电阻R1、第二电阻R2、第二NMOS管N2、偏置电流源Ibias以及第三NMOS管N3；其中：

第一NMOS管N1的栅极与漏极相连并接至启动电流源Istart的一端，启动电流源Istart的另一端与一输入电压Vin相连，第一NMOS管N1的源极接地；

第一电阻R1的一端与第一NMOS管N1的栅极相连，其另一端作为偏置电压输出端，输出一偏置电压Vref；

第二NMOS管N2的源极与偏置电压输出端相连，其漏极与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与一供电电压VDD相连；

第三NMOS管N3的栅极与漏极相连并接至偏置电流源Ibias的一端，且第三NMOS管N3的栅极与第二NMOS管N2的栅极相连，偏置电流源Ibias的另一端与供电电压VDD相连；第三NMOS管N3的源极与一恒定电压V1相连。其中，恒定电压V1不受工艺、温度等的影响。

并且，在本发明的一优选实施例中，第一NMOS管N1、第二NMOS管N2以及第三NMOS管N3的背栅均接地，从而避免了在启动过程中第二NMOS管N2和第三NMOS管N3从源极到漏极的漏电现象。

进一步地，在本发明的优选实施例中，第二NMOS管N2的宽长比与第三NMOS管N3的宽长比相等，且偏置电流源Ibias流过的电流大小与第一电阻R1流过的电流大小相等。从而使得第三NMOS管N3的栅极到源极的电压差VGS3等于第二NMOS管N2的栅极到源极的电压差VGS2，进一步使得偏置电压Vref等于恒定电压V1，从而使得供电电压VDD稳定。并且较佳地，恒定电压V1为一带隙基准源的基准输出电压，这是因为带隙基准源的基准输出电压通常非常稳定，从而使得偏置电压Vref也非常稳定。

本发明提供的启动电路的工作原理为：

由于第三NMOS管N3的源极与一恒定电压V1相连，并且由于第三NMOS管N3的栅极和漏极接在一起，并有Ibias电流流过，所以第三NMOS管N3的栅极电压等于V1+VGS3，其中VGS3是第三NMOS管N3的栅极到源极的电压差；

同时，由于第三NMOS管N3的栅极同时接到第二NMOS管N2的栅极，且此时偏置电压Vref等于第三NMOS管N3的栅极电压减去VGS2，即Vref=V1+VGS3-VGS2，其中VGS2是第二NMOS管N2的栅极到源极的电压差；

通过调节第二NMOS管N2和第三NMOS管N3的宽长比以及流过的电流大小，使得第二NMOS管N2和第三NMOS管N3的宽长比相等，并且偏置电流源Ibias流过的电流大小与第一电阻R1流过的电流大小相等，从而使得VGS2=VG3，因而Vref=V1；

因此，当本发明提供的启动电压稳定工作后，其输出的偏置电压Vref被稳定为V1。

且当恒定电压V1为一带隙基准源的基准输出电压时，Vref=V1= Vbg，其中Vbg为带隙基准源的基准输出电压，即当本发明提供的启动电压稳定工作后，其输出的偏置电压Vref即稳定为带隙基准源的基准输出电压Vbg。

另外，本发明实施例例还提供一种稳压电路，该稳压电路的结构框图请参考图2，如图2所示，该稳压电路包括：依次串联的启动电路200、线性调整器300以及带隙基准源400，其中，输入电压Vin输入给启动电路200以及线性调整器300供电；启动电路200用于产生一偏置电压Vref，并输入给线性调整器300；线性调整器300根据输入的偏置电压Vref输出一个相对于偏置电压Vref一定倍率的供电电压VDD，并输入给带隙基准源400，同时该供电电压VDD也用来给半导体芯片的内部电路供电；带隙基准源400输出一基准输出电压Vbg，该基准输出电压Vbg再反馈回启动电路200，作为反馈电压来调节启动电路200产生的偏置电压Vref的大小，使得偏置电压Vref等于基准输出电压Vbg，从而调节供电电压VDD的稳定性。

关于本发明实施例提供的稳压电路的内部电路结构图请进一步参考图3，如图3所示，本发明实施例提供的稳压电路包括依次串联的上述的启动电路200、线性调整器300以及带隙基准源400，其中：

启动电路200输出偏置电压Vref给线性调整器300，且线性调整器300由上述输入电压Vin供电；线性调整器300根据偏置电压Vref产生供电电压VDD，供电电压VDD输入给带隙基准源400；同时，供电电压VDD也用于给芯片内部电路供电；带隙基准源400输出一基准输出电压Vbg，该基准输出电压Vbg与启动电路200中的第三NMOS管N3的源极相连。因此，基准输出电压Vbg作为一恒定电压反馈回启动电路200，以调节偏置电压Vref的大小。

并且，在本发明的一优选实施例中，第一NMOS管N1、第二NMOS管N2以及第三NMOS管N3的背栅均接地，从而避免了在启动过程中第二NMOS管N2和第三NMOS管N3从源极到漏极的漏电现象。

进一步地，在本发明的优选实施例中，第二NMOS管N2的宽长比与第三NMOS管N3的宽长比相等，且偏置电流源Ibias流过的电流大小与第一电阻R1流过的电流大小相等。从而使得第三NMOS管N3的栅极到源极的电压差VGS3等于第二NMOS管N2的栅极到源极的电压差VGS2，进一步使得偏置电压Vref等于基准输出电压Vbg，从而使得偏置电压Vref稳定。由于基准输出电压Vbg不受温度和工艺的变化，因而偏置电压Vref也不受温度和工艺的变化。

在本发明的一实施例中，线性调整器300包括放大器A1、PMOS管P1、第三电阻R3、第四电阻R4以及电容C1；其中：

放大器具有一正输入端+以及一负输入端-，偏置电压Vref输入至该负输入端-；

PMOS管P1的源极接输入电压Vin，其栅极接放大器A1的输出端，其漏极接第三电阻R3的一端； PMOS管P1的漏极输出所述供电电压VDD；

第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端接地，且放大器A1的正输入端+与第三电阻R3的另一端相连；

电容C1的一端与PMOS管P1的漏极相连，其另一端与第四电阻R4的另一端相连。

请参考图4，结合图4，本发明提供的稳压电路的工作过程为：

当输入电压Vin存在时，启动电流源Istart电流流入第一NMOS管N1，其产生一个栅极电压VGS1，而这个时候带隙基准400还没有开始工作，所以Vbg为低，第二NMOS管N2和第三NMOS管N3处在关断状态，所以此时Vref=VGS1。适当调节Istart电流和第一NMOS管N1使得VGS1电压小于1V，在目前的CMOS 5V或3.3V的工艺中，调节NMOS的栅极电压是本领域的公知常识，因而在此不再详细描述具体怎么调节。然而，此时的VGS1电压会受温度、工艺以及电源的变化而变化。

偏置电压Vref作为基准电压输入由电源Vin供电的线性调整器300，得到一个供电电压VDD。此时输出的供电电压VDD是比较粗略的，是VGS1的倍率，也容易受温度、工艺以及电源的影响。具体地，供电电压VDD可以根据所使用的工艺以及内部电路的需要设置合适的电压，比如5V或3.3V。

供电电压VDD再输入给带隙基准源400，带隙基准400在VDD的供电下开始工作，并输出基准输出电压Vbg。

基准输出电压Vbg反馈回启动电路200中第三NMOS管N3的源极，由于第三NMOS管N3的栅极和漏极接在一起，并有偏置电流Ibias流过，所以第三NMOS管N3的栅极电压等于Vbg+VGS3，其中VGS3是第三NMOS管N3栅极到源极的电压差。

由于第三NMOS管N3的栅极同时接到N2的栅极，因此此时Vref的电压等于N3的栅极电压减去VGS2，即VBG+VGS3-VGS2，其中VGS2是N2的栅极到源极的电压差；所以此时Vref的电压被N2抬高，不再等于VGS1。

由于第二NMOS管N2和第三NMOS管N3的管子大小以及流过的电流相等，那么VGS2=VGS3，所以Vref=Vbg+VGS3-VGS2=Vbg。而此时流过R1的电流就是I1=(Vref-VGS1)/R1，所以相应地Ibias=I1=(Vref-VGS1)/R1。

当线性调整器300和带隙基准源400都工作起来后，偏置电压Vref等于基准输出电压Vbg，从而供电电压VDD也变成基准输出电压Vbg的倍率。因而能得到精确的VDD电压。并且精确的VDD电压又进一步保证了带隙基准源400的稳定性。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于所述实施例。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种启动电路，其特征在于，包括：启动电流源、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻、第二NMOS管、偏置电流源以及第三NMOS管；其中：

第一NMOS管的栅极与漏极相连并接至启动电流源的一端，所述启动电流源的另一端与一输入电压相连，所述第一NMOS管源极接地；

所述第一电阻的一端与所述第一NMOS管的栅极相连，其另一端作为偏置电压输出端，输出一偏置电压；

所述第二NMOS管的源极与所述偏置电压输出端相连，其漏极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与一供电电压相连；

所述第三NMOS管的栅极与漏极相连并接至偏置电流源的一端，且所述第三NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极相连，所述偏置电流源的另一端与所述供电电压相连；所述第三NMOS管的源极与一恒定电压相连；

所述第二NMOS管的宽长比与所述第三NMOS管的宽长比相等，且所述偏置电流源流过的电流大小与所述第一电阻流过的电流大小相等。

2.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管的背栅均接地。

3.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述恒定电压为一带隙基准源的基准输出电压。

4.一种稳压电路，其特征在于，包括依次串联的如权利要求1所述的启动电路、线性调整器以及带隙基准源，其中：

所述启动电路输出所述偏置电压给所述线性调整器，且所述线性调整器由所述输入电压供电；

所述线性调整器根据所述偏置电压产生所述供电电压，所述供电电压输入给所述带隙基准源；同时，所述供电电压用于给芯片内部电路供电；

所述带隙基准源输出一基准输出电压，所述基准输出电压与所述第三NMOS管的源极相连。

5.如权利要求4所述的稳压电路，其特征在于，所述第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管的背栅均接地。

6.如权利要求4所述的稳压电路，其特征在于，所述线性调整器包括放大器、PMOS管、第三电阻、第四电阻以及电容；其中：

所述放大器具有一正输入端以及一负输入端，所述偏置电压输入至所述负输入端；

所述PMOS管的源极接所述输入电压，其栅极接所述放大器的输出端，其漏极接所述第三电阻的一端；所述PMOS管的漏极输出所述供电电压；

所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端接地，且所述放大器的正输入端与所述第三电阻的另一端相连；

所述电容的一端与所述PMOS管的漏极相连，其另一端与所述第四电阻的另一端相连。