CN104238618B

CN104238618B - 一种电压调整电路

Info

Publication number: CN104238618B
Application number: CN201410502798.XA
Authority: CN
Inventors: 李晓
Original assignee: Chipsea Technologies Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Chipsea Technologies Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: CN104238618A

Abstract

本发明公开了一种电压调整电路，包括一运算放大器，第一反馈电阻、第二反馈电阻，其中第一反馈电阻一端接运算放大器的输出端，第一反馈电阻的另一端接第二反馈电阻的一端，并与运算放大器的负输入端连接；第二反馈电阻的第二端口接地；运算放大器的正输入端接一预先设定的参考电压；该电压调整电路包括一路可调电流源支路，其一端接至第一反馈电阻和第二反馈电阻的连接点。本发明可以避免常见的技术方案中开关电阻对调整后输出电压精度的不利影响，提高了调整电压的精度，优化了输出电压的温度和电压特性，节约了芯片面积。

Description

一种电压调整电路

技术领域

本发明属于集成电路，特别涉及集成电路的电压调整电路。

背景技术

集成电路片上的电压基准一般由带隙基准产生，通常输出约为1.2V；为了在片上能够产生多种不同大小电压或者微调电压提高电压精度，需要在带隙基准后面再接电压调整器。一个常见的电压调整器如附图1所示，由一个运算放大器OPA1组成，和反馈电阻R1a和R1b组成；输入电压为VBG1，则输出电压VREF1＝VBG1*(1+R1a/R1b)；考虑到芯片制造中器件的离散性，实际上输入电压会偏离理想的VREF1值，因此需要一个修调电阻串Rt1；Rt1一般由电阻和开关组成，如图一所示包括电阻Rt1～Rt3，以及开关SWt1～SWt3；如果开关上有电流流过时，则开关的有限电阻将引入到VREF1中；开关一般由MOS管组成，其等效电阻RON具有较大的温度系数和电压系数，因此RON将使得VREF1的温度特性和电压特性变差；或者为了将RON减小则需要增大MOS管的面积，使得芯片的成本增加；特别是当电压修调的精度较高时，要求Rt1的步长很小，则相应要求RON也非常小，使得开关的MOS管的面积变得相当显著。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电压调整电路，可以避免在其调整后输出电压中引入开关电阻的影响，从而提高电压修调精度，优化输出电压的温度电压特性，减小芯片面积。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种电压调整电路，包括一运算放大器，第一反馈电阻、第二反馈电阻，其中第一反馈电阻一端接运算放大器的输出端，第一反馈电阻的另一端接第二反馈电阻的一端，并与运算放大器的负输入端连接；第二反馈电阻的第二端口接地；运算放大器的正输入端接一预先设定的参考电压；其特征在于，还包括一路可调电流源支路，其一端接至第一反馈电阻和第二反馈电阻的连接点。

所述可调电流源采用上述预先设定的参考电压偏置一电阻产生，而所述第一、第二反馈电阻采用和该电阻同一类型的电阻。

具体地说，所述的可调电流源采用零温度系数电流，所述第一第二反馈电阻采用同一类型的零温度系数电阻。

所述零温度系数电流由一PTAT电流和一CTAT电流相加而成。

所述PTAT电流由一带隙电压偏置一电阻产生，该电阻和第一反馈电阻是相同类型。

所述CTAT电流由三极管VBE电压偏置一电阻产生，该电阻和第一反馈电阻是相同类型。

所述零温度系数电阻采用PPOLY电阻。

本发明所实现的电压调整电路，可以避免常见的技术方案中开关电阻对调整后输出电压精度的不利影响，提高了调整电压的精度，优化了输出电压的温度和电压特性，节约了芯片面积。

附图说明

图1是现有技术所实施的电路图。

图2是本发明第一种实施方式的电路图。

图3是图2中本发明所实施电路中It2的具体实施电路图。

图4是本发明第二种实施方式的电路图。

图5是图4中本发明所实施电路中It2的具体实施电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图2所示，参见图2，所示为本发明的优选实施例一，其中OPA2是运算放大器，其正输入端INP2输入VBG2；VBG2是输入的预先设定的参考电压，例如1.2V的带隙基准电压；OPA2的输出端OUT2输出电压为VREF2；第一反馈电阻R2a一端接OUT2，另一端与第二反馈电阻R2b连接；电阻R2a和R2b的公共连接点为FB2，同时接至OPA2的负输入端；同时，还有一电流源It2(表达方便起见，设其电流大小亦为It2)，其上端接至电源VDD，下端连至FB2。

VREF2＝VBG2·(1+R2a/R2b)-It2·R2a

因此，调节It2的大小就可以调节VREF2的大小。由于电流It2相比图1中开关的电阻在工艺离散性及温度、电压特性方面更加可控，因此通过It2调节VREF2比采用图1通过电阻+开关的方式更加精确。

设可调电压项Vt2＝-It2·R2a，考虑到It2和R2a的温度系数，Vt2也会具有一个有限的温度系数；因此最终VREF2的温度系数受Vt2影响，其影响的大小取决于Vt2本身的温度系数和Vt2相对于VBG2的大小。为了减小Vt2的温度系数对VREF2的影响，有必要减小It2和R2a的温度系数。

参见图3，所示为电流源It2的实施电路，其中IREFA为PTAT(ProportionToAbsoluteTemperature)参考电流，MA1～MA3为电流镜，可复制IREFA电流；而IREFB为CTAT(ComplementToAbsoluteTemperature)参考电流，MB1～MB3为电流镜，可复制IREFB电流；电流镜MA2和MB2，MA3和MB3按照一定的比例组合成电流It2，

It2＝a·IREFA+b·IREFB

SW21和SW22用于调节It2的大小，实现VREF2的可调。但这个开关的电阻并不会影响到VREF2本身。电流源It2的输出连接至FB2节点。

由于IREFA具有正温度系数，而IREFB具有负温度系数，因此调节a，b的大小，可获得零温度系数(一阶系数)的It2。

PTAT电流IREFA具体可通过带隙电压偏置一个电阻产生，该电阻和第一或第二反馈电阻具有同一类型，例如使用PPOLY电阻，该电阻具有非常小的一阶温度系数；带隙电压表达式中，k为波尔兹曼常数，q为电子电荷量，N为一可预先设定的比例系数；CTAT电流可通过三极管的基极-发射极电压VBE电压偏置一个电阻产生，该电阻亦使用和第一第二反馈电阻同类型的电阻。通常上述两种电流可以在带隙基准电路中获得，因此获得这两种电流不会显著增加额外的芯片面积。PTAT和CTAT电流的具体产生电路为本专业领域人员所熟悉，不再赘述。

采用了以上的措施后，最终Vt2具有很小的温度系数和电压系数，且Vt2的步长可以做的很小，从而大大提高了调整输出电压VREF2的精度。

参见附图4，所示为本发明的优选实施例二，其中OPA3是运算放大器，其正输入端INP3输入VBG3；VBG3是输入的预先设定的参考电压，例如1.2V的带隙基准电压；OPA3的输出端OUT3输出电压为VREF3；第一反馈电阻R3a一端接OUT3，另一端与第二反馈电阻R3b连接；电阻R3a和R3b的公共连接点为FB3，同时接至OPA3的负输入端；同时，还有一电流源It3(表达方便起见，设其电流大小亦为It3)，其下端接至电源VDD，上端连至FB3。由电路知识可知，

VREF3＝VBG3·(1+R3a/R3b)+It3·R3a

因此，调节It3的大小就可以调节VREF3的大小。设可调电压项Vt3＝It3·R3a，出于和实施例一中同样的考虑，需要优化Vt3的温度特性。如果Vt3＝c·VBG3，则VREF3的温度特性相比VBG3不会有任何变化，也就是说Vt3不会影响VREF3的温度系数。为了获得上述的Vt3，可推导出

It3＝c·VBG3/R3a

图5所示电路可实现上述表达式的It3。

参见图5，所示为电流源It3的具体实施电路。其中OPA4为运算放大器，其正输入端INP4接预先设定的参考电压VBG3，其输出端OUT4接NMOS管M41的漏极和栅极，其负输入端FB4接M41的源极；M41的源极通过电阻R41接至地；由电路知识可知，流过M41漏源极的电流为：

Ids41＝VBG3/R41

NMOS管M41～M43，以及电阻R41～R43构成了电流镜。电流镜M42和M43分别通过开关SW42和SW43连接至FB3，因此，

It3＝d·VBG3/R41

开关可用于调整电流镜映射系数d，即调整It3大小。所以最终

Vt3＝d·VBG3·R3a/R41

电阻R3a和R41具有相同类型，因此R3a/R41具有零温度系数，所以Vt3具有和VBG3相同的温度系数。

采用了以上的措施后，最终Vt3具有很小的温度系数和电压系数，且Vt3的步长可以做的很小，从而大大提高了调整输出电压VREF3的精度。

总之，本发明所实现的电压调整电路，提高了调整电压的精度，优化了输出电压的温度和电压特性，节约了芯片面积。

而且本发明所实施的结构简单、易于实现，能够大幅度降低成本，从而达到节省芯片成本的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电压调整电路，包括一运算放大器，第一反馈电阻、第二反馈电阻，其中第一反馈电阻一端接运算放大器的输出端，第一反馈电阻的另一端接第二反馈电阻的一端，并与运算放大器的负输入端连接；第二反馈电阻的第二端口接地；运算放大器的正输入端接一预先设定的参考电压；其特征在于，还包括一路可调电流源支路，其一端接至第一反馈电阻和第二反馈电阻的连接点；所述的可调电流源采用零温度系数电流，所述第一第二反馈电阻采用同一类型的零温度系数电阻；所述零温度系数电流由一PTAT电流和一CTAT电流相加而成；

所述可调电流源支路包括有IREFA、CTAT、电流镜MA1～MA3、电流镜MB1～MB3，其中IREFA为PTAT参考电流，其一端接地，另一端接MA1的漏极，从MA1拉电流；MA1～MA3为PMOS管构成的电流镜，可复制IREFA电流，其中MA1～MA3三者的栅极连接在一起，三者的源极接电源VDD，而MA1的漏极和其栅极相连，MA2的漏极和开关SW21的输入端连接，MA3的漏极和开关SW22的输入端连接；而IREFB为CTAT参考电流，其一端接地，另一端接MB1的漏极，从MB1拉电流；MB1～MB3为PMOS管电流镜，可复制IREFB电流，其中MB1～MB3三者的栅极连接在一起，三者的源极接电源VDD，而MB1的漏极和其栅极相连，MB2的漏极和开关SW21的输入端连接，MB3的漏极和开关SW22的输入端连接；开关SW21和SW22的输出端短接在一起输出可调电流源It2，因此电流镜MA2和MB2，MA3和MB3按照一定的比例组合成可调电流源It2。

2.如权利要求1所述的电压调整电路，其特征在于所述PTAT电流IREFA具体可通过带隙电压偏置一个电阻产生，该电阻和第一或第二反馈电阻具有同一类型。

3.如权利要求1所述的电压调整电路，其特征在于所述CTAT电流可通过三极管的基极-发射极电压VBE电压偏置一个电阻产生，该电阻使用和第一第二反馈电阻同类型的电阻。