CN103760944A - 实现基极电流补偿的无运放内部电源结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其中包括带隙基准电压生成模块，用以生成带隙基准电压，所述的带隙基准电压生成模块包括共基极连接的第一三极管和第二三极管、电流镜、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；基极电流补偿模块，用以生成与所述的消耗基极电流大小相同的镜像电流并将所述的镜像电流反馈至所述的带隙基准电压生成模块中三极管的基极。采用该种结构的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，通过检测三极管元件的基极电流，然后用电流镜灌回相等的电流，在保持无运放内部电源结构简单便于补偿的基础上消除三极管器件基极电流对内部电源电压的影响，获得更稳定的带隙基准电压，具有更广泛的应用范围。

Description

实现基极电流补偿的无运放内部电源结构

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及芯片内部稳定电源实现领域，具体是指一种实现基极电流补偿的无运放内部电源结构。

背景技术

几乎所有的电路系统都需要一个内部稳压模块。拥有一个不随外部电源电压、工艺参数和温度变化的内部稳压电源往往是一个芯片能够正常、准确工作的基础。

传统的芯片内部稳压电源通常是由带隙基准模块、运放、调整器件和电阻得到。其结构如图1所示，首先由带隙基准模块101得到一个不随电源、工艺、温度变化的电压V_BG（通常为1.25V），然后将这个电压接到运放102的一端（接运放102的正向端还是负向端由调整器件103的类型决定，如果调整器件103为PMOS或者PNP接负向端，为NMOS或者NPN器件接正向端）。运放102通过负反馈使电阻器件105的上端电压等于V_BG，于是V_REF电压就为V_BG×（R1+R2）/R2，通过调整电阻104R1和电阻105R2的比值就可以得到我们想要的芯片内部电压值。另外为了避免带隙模块高压器件的使用和带隙基准模块的准确性，通常V_REF又要给带隙基准模块提供电压。这种内部稳压电源结构因为运放的使用和复杂的环路，电路通常需要复杂的启动电路、难以补偿并且需要较大的版图面积。

另外一种无运放稳压电源是用NPN管的基极得到带隙电压，用这个电压直接接电阻和调整器件来得到稳压电源。其结构如图2所示。该结构的V_REF=V_BG×（R3+R4）/R4+Ib×R3。式中Ib为V_BG连接的所有三极管基极电流之和。无运放的内部电源电路结构简单便于补偿。但是在一些MOS工艺中NPN管的放大倍数有限而且随温度和工艺变化，这就导致基极电流变化，内部电源电压也就随着基极电流变化而变化。（于是我们需要设计电路来消除无运放内部电源结构中，基极电流对电压的影响。）

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现在保持无运放内部电源结构简单便于补偿的基础上消除三极管器件基极电流对内部电源电压的影响、获得更稳定的带隙基准电压、具有更广泛应用范围的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构。

为了实现上述目的，本发明的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构具有如下构成：

该实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其主要特点是，所述的电源结构包括：

带隙基准电压生成模块，用以生成带隙基准电压；

基极电流补偿模块，用以生成与所述的消耗基极电流大小相同的镜像电流并将所述的镜像电流反馈至所述的带隙基准电压生成模块中三极管的基极。

较佳地，所述的带隙基准电压生成模块包括共基极连接的第一三极管和第二三极管、电流镜、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述的第一三极管和第二三极管的集电极连接所述的电流镜，所述的第一三极管的发射极通过所述的第二电阻接地，所述的第二三极管的发射极通过所述的第一电阻和第二电阻接地，所述的第三电阻的第一端与所述的第二三极管的集电极相连接，所述的第三电阻的第二端与所述的第四电阻的第一端相连接，所述的第四电阻的第二端接地，所述的第三电阻的第二端与所述的第一三极管、第二三极管的基极相连接，所述的第三电阻的第一端输出带隙基准电压。

更佳地，所述的带隙基准电压生成模块还包括调整器件，所述的调整器件连接于所述的第二三极管的集电极和所述的第三电阻的第一端之间。

更佳地，所述的基极电流补偿模块包括第三三极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管，所述的第三三极管连接于所述的第三电阻的第二端，所述的第三三极管的发射极通过所述的第二电阻接地，所述的第三MOS管和第四MOS管共栅极连接，所述的第三MOS管连接于所述的第二MOS管的漏极和接地端之间，所述的第四MOS管的漏极分别连接所述的第四三极管的发射极和第六MOS管的漏极，所述的第一MOS管、第二MOS管和第五MOS管共栅极连接，所述的第一MOS管连接于所述的第三电阻的第一端和第三三极管的集电极之间，所述的第五MOS管连接于所述的第三电阻的第一端和第四三极管的集电极之间，所述的第七MOS管和第八MOS管共栅极连接，所述的第九MOS管和第十MOS管共栅极连接，所述的第七MOS管通过所述的第九MOS管连接所述的第四三极管的基极，所述的第八MOS管通过所述的第十MOS管与所述的第三电阻的第二端相连接。

更进一步地，所述的基极电流补偿模块还包括第六MOS管，所述的第六MOS管的栅极与所述的第四三极管的集电极相连接，所述的第六MOS管的源极与所述的第三电阻的第一端相连接，所述的第六MOS管的漏极与所述的第四三极管的发射极相连接。

更进一步地，所述的第八MOS管的宽比长为所述的第七MOS管的宽比长的三倍。

更进一步地，所述的第四MOS管、第四三极管、第六MOS管、第七MOS管、第九MOS管的电压满足以下公式：

V_REF-V_GS7-V_GS9＜V_REF-V_GS6

V_REF-V_GS7-V_GS9-V_BE4＞V_DS4；

其中，V_REF为所述的带隙基准电压生成模块的输出电压，V_BE4为第四三极管基极和发射极之间的电压值，V_DS4为第四MOS管漏极和源极之间的电压值，V_GS6为第六MOS管栅极和源极之间的电压值，V_GS7为第七MOS管栅极和源极之间的电压值，V_GS9为第九MOS管栅极和源极之间的电压值。

采用了该发明中的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，通过检测三极管元件的基极电流，然后用电流镜灌回相等的电流，让基极电流不会经过V_REF下面的电阻元件，在保持无运放内部电源结构简单便于补偿的基础上消除三极管器件基极电流对内部电源电压的影响，获得更稳定的带隙基准电压，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为现有技术中含运放的内部电源结构示意图。

图2为现有技术中不含运放的内部电源结构示意图。

图3为本发明的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构主要是检测三极管元件的基极电流，然后用电流镜灌回相等的电流，让基极电流不会经过V_REF下面的电阻元件，从而消除了基极电流变化对内部电源电压的影响。

本发明鉴于传统的内部稳压电源的问题提出，其目的是为了保持无运放内部电源结构简单便于补偿的优点，同时又要消除三极管器件基极电流对内部电源电压的影响。

本发明包括带隙基准电压生成模块和基极电流补偿模块。基极电流补偿模块包括电流检测电路，检测带隙基准电压生成模块输出电压V_BG连接的三极管消耗基极电流的大小；基极电流补偿模块还包括电流镜电路，比例镜像基极电流灌回三极管基极来补偿三极管基极电流的消耗。让基极电流不会经过V_REF下面的电阻元件，从而消除了基极电流变化对内部电源电压的影响。

下面将根据图3详细描述本发明的具体实施例。

图3中器件301～308为传统的无运放内部电源结构即带隙基准电压生成模块，器件309～320为基极电流补偿模块。三极管器件309（第三三极管））镜像三极管302（第一三极管）的集电极电流，接着MOS电流镜310（第一MOS管），315（第五MOS管）将这个电流传输到三极管器件314（第四三极管），三极管器件314将集电极电流转换回基极电流，然后通过MOS共源共栅电流镜317～320（第七MOS管～第十MOS管）将基极电流流到三极管器件302，303（第二三极管），309（第九MOS管）的基极。因为总共消耗了3倍三极管302的基极电流，所以MOS管318（第八MOS管）的宽长比是MOS管317（第七MOS管）的3倍。MOS管316（第六MOS管）用来钳住三极管器件314的集电极电压，防止该电压过高或过低造成的功能失效。设计流过MOS管316的电流等于MOS管310的电流，MOS管310，MOS管316的器件宽长比一样。于是MOS管315的漏端电压等于MOS管310的漏端电压，消除沟道长度调制效应对电流镜的影响。MOS管311（第二MOS管）和MOS管310（第一MOS管）共栅极连接，MOS管312（第三MOS管）和MOS管313（第四MOS管）共栅极连接。

另外该电路还要保证三极管器件314和MOS管313的正常工作状态。即：

V_REF-V_GS317-V_GS319<V_REF-V_GS316，

保证三极管314工作在放大区；

V_REF-V_GS317-V_GS319-V_BE314>V_DS313，

保证MOS管313工作在饱和区。

本领域的普通技术人员可以理解，上述电路是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。例如三极管的集电极电流可以从上面电流镜301镜像引出转换为基极电流补偿回去。（凡是有电流流到三极管的基极来补偿基极电流消耗的内部电源结构均属于本专利的保护范围。）

采用了该发明中的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，通过检测三极管元件的基极电流，然后用电流镜灌回相等的电流，让基极电流不会经过V_REF下面的电阻元件，在保持无运放内部电源结构简单便于补偿的基础上消除三极管器件基极电流对内部电源电压的影响，获得更稳定的带隙基准电压，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的电源结构包括：

带隙基准电压生成模块，用以生成带隙基准电压；

基极电流补偿模块，用以生成与所述的消耗基极电流大小相同的镜像电流并将所述的镜像电流反馈至所述的带隙基准电压生成模块中三极管的基极。

2.根据权利要求1所述的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的带隙基准电压生成模块包括共基极连接的第一三极管和第二三极管、电流镜、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述的第一三极管和第二三极管的集电极连接所述的电流镜，所述的第一三极管的发射极通过所述的第二电阻接地，所述的第二三极管的发射极通过所述的第一电阻和第二电阻接地，所述的第三电阻的第一端与所述的第二三极管的集电极相连接，所述的第三电阻的第二端与所述的第四电阻的第一端相连接，所述的第四电阻的第二端接地，所述的第三电阻的第二端与所述的第一三极管、第二三极管的基极相连接，所述的第三电阻的第一端输出带隙基准电压。

3.根据权利要求2所述的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的带隙基准电压生成模块还包括调整器件，所述的调整器件连接于所述的第二三极管的集电极和所述的第三电阻的第一端之间。

4.根据权利要求2所述的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的基极电流补偿模块包括第三三极管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管，所述的第三三极管连接于所述的第三电阻的第二端，所述的第三三极管的发射极通过所述的第二电阻接地，所述的第三MOS管和第四MOS管共栅极连接，所述的第三MOS管连接于所述的第二MOS管的漏极和接地端之间，所述的第四MOS管的漏极分别连接所述的第四三极管的发射极和第六MOS管的漏极，所述的第一MOS管、第二MOS管和第五MOS管共栅极连接，所述的第一MOS管连接于所述的第三电阻的第一端和第三三极管的集电极之间，所述的第五MOS管连接于所述的第三电阻的第一端和第四三极管的集电极之间，所述的第七MOS管和第八MOS管共栅极连接，所述的第九MOS管和第十MOS管共栅极连接，所述的第七MOS管通过所述的第九MOS管连接所述的第四三极管的基极，所述的第八MOS管通过所述的第十MOS管与所述的第三电阻的第二端相连接。

5.根据权利要求4所述的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的基极电流补偿模块还包括第六MOS管，所述的第六MOS管的栅极与所述的第四三极管的集电极相连接，所述的第六MOS管的源极与所述的第三电阻的第一端相连接，所述的第六MOS管的漏极与所述的第四三极管的发射极相连接。

6.根据权利要求4所述的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的第八MOS管的宽比长为所述的第七MOS管的宽比长的三倍。

7.根据权利要求4所述的实现基极电流补偿的无运放内部电源结构，其特征在于，所述的第四MOS管、第四三极管、第六MOS管、第七MOS管、第九MOS管的电压满足以下公式：

V_REF-V_GS7-V_GS9＜V_REF-V_GS6

V_REF-V_GS7-V_GS9-V_BE4＞V_DS4；

其中，V_REF为所述的带隙基准电压生成模块的输出电压，V_BE4为第四三极管基极和发射极之间的电压值，V_DS4为第四MOS管漏极和源极之间的电压值，V_GS6为第六MOS管栅极和源极之间的电压值，V_GS7为第七MOS管栅极和源极之间的电压值，V_GS9为第九MOS管栅极和源极之间的电压值。

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