CN104714591A

CN104714591A - 基准电压电路

Info

Publication number: CN104714591A
Application number: CN201510134547.5A
Authority: CN
Inventors: 林桂江; 任连峰; 陈荣金; 杨凤炳; 谢文卉
Original assignee: Xiamen Xin Ye Science And Technology Ltd
Current assignee: Xiamen Xin Ye Science And Technology Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: CN104714591B

Abstract

本发明公开一种基准电压电路，其包括启动电路、正温度系数基准电路和偏置电压电路；其中偏置电压电路包括PMOS管MP3、电阻R2和负温度器件，该负温度器件为具有负温度系数的MOS管；PMOS管MP3的漏极依次串联负温度器件和电阻后接地，其中，负温度器件采用PMOS管或者NMOS管实现；正温度系数基准电路包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN3、NMOS管MN4和电阻R1，偏置电压电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4、电阻R2和电容C2。本发明的技术方案采用了正温度系数基准电路和负温度系数的器件，产生的基准电压就具有温度补偿作用，最终产生的基准电压随温度变化的影响就比较小。这保证了整个电路在高低温工作时的稳定性，提高了电路的整体性能。

Description

基准电压电路

技术领域

本发明涉及无线充电领域，具体是一种无线充电中与温度无关的基准电压电路。

背景技术

在无线充电中，由于接收器都是无源的，所以控制接收器电路的功耗就相当关键和重要。在无线充电中，发射器发出来的是模拟的正弦波信号，无线充电接收器需要耦合发射器发出来的波形，并从这个波形中获得稳定的电源电压，供其他电路模块正常工作。而获得稳定的电源电压，就必须先提供稳定的基准参考电压，所以基准电压电路的设计就相当重要和关键。

参见图1，传统的基准电压电路由启动电路，正温度系数基准电路和偏置电压电路组成，其中，正温度系数基准电路就是产生基准电流的电路。启动电路是在电源上电时提供一路较小的偏置电流，让偏置电路能够正常的工作起来。当电源上电时，由于电容C1两端的电压不能突变，所以MN2管就导通，就会一路小电流流过MP2管和MN2，然后MP1管镜像MP2管的电流，这样正温度系数基准电路就正常工作了，此时MN1管的栅极电压较高，MN1管导通，就将MN2管的栅极电压拉到低电平，启动电路就顺利关闭，从而启动电路完成了整个启动过程。

正温度系数电路用于产生基准电流，其通过两路互相镜像，就产生了比较稳定的电流，MN3管和MN4管都工作在亚阈值区，其电流大小由MN3管，MN4管和R1共同决定，要求流过MN3管的电流等于流过MN4管的电流，而MN3管的栅源电压就等于MN4管的栅源电压加电阻R1上的压降。最后得到的基准电流如下公式：

I_{out} = \frac{2}{μ_{n} C_{ox} (W / L)} \frac{1}{R_{1}^{2}} {(1 - \frac{1}{\sqrt{K}})}^{2}

其中W/L是MN3管的尺寸，MN4管的尺寸是MN3管的K倍。根据公式可知，我们得到的基准电流是个比较稳定的值，其值取决于MOS管的参数以及电阻值，几乎和VDD电压没有关系，但是MOS管的参数会随着温度的变化而变化，导致最后得到的基准电压值也跟随变化。

偏置电压电路中的MP3管镜像MP2管中流过的电流，也就在MP3管中产生了一路基准电流，最后通过电阻R2得到基准电压VREF。

为了获得稳定的电源电压，就必须先提供稳定的基准参考电压，由上述介绍可知，现有技术中的基准电压电路所得到的基准电压值会随着温度变化而变化，进而导致无法提供精准而稳定的电源电压。

为此，一篇申请号为201010292713.1的发明专利，公开了一种基准电压电路，该基准电压电路不利用与基准电压电路分开的另外的温度校正电路等，而将两个E型NMOS晶体管14～15的阈值电压的差分电压与D型NMOS晶体管的阈值电压相加来生成基准电压Vref，由此，基准电压Vref的温度特性的恶化原因即D型NMOS晶体管对基准电压Vref的影响变小，能够抑制基准电压Vref相对于温度的斜率的变化和弯曲。该专利中，同时用到了耗尽MOS管和增强MOS管，这会增加工艺复杂性，大多数工艺并不同时提供这两种MOS管。

发明内容

因此，为了获得稳定的电源电压，本发明针对温度变化这个缺点，在传统的基准电压电路中，加入了一个具有负温度系数的MOS管，从而对正温度系数作补偿，最终得到一个随温度变化较小的基准电压值，从而使系统获得稳定精准的电源电压。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种基准电压电路，包括启动电路、正温度系数基准电路和偏置电压电路，其中偏置电压电路包括PMOS管MP3、电阻R2和负温度器件，该负温度器件为具有负温度系数的MOS管；PMOS管MP3的漏极依次串联负温度器件和电阻后接地。

作为一个可行的方案，所述负温度器件由PMOS管MP4实现。PMOS管MP4的源级连接至PMOS管MP3的漏极，PMOS管MP4的栅极和漏极相连，并串联电阻R2后接地。

进一步的，作为一个可行的方案，所述正温度系数基准电路包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN3、NMOS管MN4和电阻R1，偏置电压电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4和电阻R2；PMOS管MP1的栅极与PMOS管MP2的栅极以及NMOS管MN4的源级相连，PMOS管MP1的源级、PMOS管MP2的源级以及PMOS管MP3的源级连接至VDD，PMOS管MP1的漏极连接NMOS管MN3的漏极、NMOS管MN3的栅极以及NMOS管MN4的栅极；NMOS管MN3的源级接地；NMOS管MN4的漏极串联电阻R1后接地；PMOS管MP3的漏极连接PMOS管MP4的源级；PMOS管MP4的栅极和漏极相连，串联电阻R2后接地。

为了实现稳定的电路结构，该偏置电压电路还包括滤波电路，滤波电路接于PMOS管MP3的漏极。

作为一种可行的方案，该滤波电路采用电容C2实现，电容C2的一端连接PMOS管MP3的漏极，电容C2的另一端接地。

作为一种可行的方案，所述启动电路包括NMOS管MN1，NMOS管MN2和电容C1，NMOS管MN1的栅极连接NMOS管MN3的漏极，NMOS管MN1的源级接地，NMOS管MN1的漏极连接电容C1的一端以及NMOS管MN2的栅极；电容C1的另一端连接至VDD；NMOS管MN2的源级接地，NMOS管MN2的漏极连接至NMOS管MN4的源级。

作为另一种可行的方案，所述负温度器件由NMOS管MN5实现。NMOS管MN5的栅极和漏极连接至PMOS管MP3的漏极，NMOS管MN5的源级串联电阻R2后接地。

本发明采用上述电路结构，提供一种无线充电中与温度无关的基准电压电路，采用了正温度系数基准电路和负温度系数的器件，产生的基准电压就具有温度补偿作用，最终产生的基准电压随温度变化的影响就比较小。这保证了整个电路在高低温工作时的稳定性，提高了电路的整体性能。另外，本发明只需要常规器件就可设计出基准电路，其工艺简单，更易于不同工艺间的移植。

附图说明

图1为背景技术中的基准电压电路；

图2为本发明的实施例1的基准电压电路；

图3为本发明的实施例2的基准电压电路。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

无线充电发射器发出来的是模拟的正弦波信号，接收器需要耦合发射器发出来的波形，并从这个波形中获得稳定的电源电压，供其他电路模块正常工作。而获得稳定的电源电压，就必须先提供稳定的基准参考电压，本发明能够提供温度系数非常小的基准电压值。传统的基准电压电路中，有的是采用带隙基准电路产生基准电压，有的是采用与电源电压无关的基准电路。其中，前一种的结构需要采用寄生pnp管，还需要运放，结构比较复杂而且功耗很大，不适用于无线充电接收器。而后者，采用与电源电压无关的基准电路，这种结构产生的基准电压几乎与电源电压无关，而且结构简单，功耗很低，非常适用于无线充电接收器中的电路设计。但是，目前，采用与电源电压无关的基准电路具有如下缺点：其本身的结构是正温度系数基准电路，产生基准电压会随着温度的上升而上升，因此其结构与温度的关系比较大。当芯片工作在高温时，对电路整体的性能影响比较大。

为此，本发明实现了一种无线充电中的基准电压电路，适用于各种频率的无线充电设备。传统的基准电压电路随温度的变大比较大，当工作在高温时，基准电压值变化很大，通过基准电压来稳定的VDD电压也会变化很大，这就给整体电路的正常工作带来一定的影响。本发明针对这个问题，在传统的电路中，加入了负温度系数器件，从而补偿正温度系数基准电路，使得最终产生的基准电压值更加的稳定，最终的VDD电压也就更加的稳定。具体的，基准电压电路，包括启动电路、正温度系数基准电路和偏置电压电路，其中偏置电压电路包括PMOS管MP3、电阻R2和负温度器件，该负温度器件为具有负温度系数的MOS管；PMOS管MP3的漏极依次串联负温度器件和电阻后接地。

现结合附图和下述实施例来阐述本发明的技术方案。

实施例1

本实施例中，负温度器件由PMOS管MP4实现。

参见图2，该基准电压电路包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、PMOS管MP3、PMOS管MP4、电阻R1、电阻R2以及启动电路；PMOS管MP1的栅极与PMOS管MP2的栅极以及NMOS管MN4的源级相连，PMOS管MP1的源级、PMOS管MP2的源级以及PMOS管MP3的源级连接至VDD，PMOS管MP1的漏极连接NMOS管MN3的漏极、NMOS管MN3的栅极以及NMOS管MN4的栅极；NMOS管MN3的源级接地；NMOS管MN4的漏极串联电阻R1后接地；PMOS管MP3的漏极连接PMOS管MP4的源级以及电容C2的一端，电容C2的另一端接地；PMOS管MP3的栅极连接PMOS管MP2的漏极；PMOS管MP4的栅极和漏极相连，串联电阻R2后接地。

其中，启动电路可以采用一般的电路实现，本实施例中，该启动电路包括NMOS管MN1，NMOS管MN2和电容C1，NMOS管MN1的栅极连接NMOS管MN3的漏极，NMOS管MN1的源级接地，NMOS管MN1的漏极连接电容C1的一端以及NMOS管MN2的栅极；电容C1的另一端连接至VDD；NMOS管MN2的源级接地，NMOS管MN2的漏极连接至NMOS管MN4的源级。

本实施例中，电容C2起到滤波作用，该电容C2也可以采用其他滤波电路实现，也可以不用该滤波电路。

下面阐述上述技术方案的工作原理，该基准电压电路的输入信号为VDD，当电源电压较为稳定时就产生稳定的偏置电流或偏置电压，当产生的偏置电流流过PMOS管MP4和电阻R2，最终就产生稳定的偏置电压VREF，电容C2起滤波作用，使VREF电压更加稳定。

其中，NMOS管MN1，NMOS管MN2和电容C1构成了启动电路。当上电的瞬间，VDD是个高电压，电容C1两端电压不会突变，所以NMOS管MN2的栅端也是个高电压，NMOS管MN2就处于导通状态，从而就会产生一股小电流流过PMOS管MP2和NMOS管MN2。PMOS管MP2中流过电路，PMOS管MP1就能镜像电流，NMOS管MN4也同意镜像电流。这样正稳定系数基准电路和负温度系数基准电路中就都产生了基准偏置电流。此时NMOS管MN1也导通，将NMOS管MN2的栅极电压拉到零，从而就完成了整个电路的启动。

PMOS管MP1，PMOS管MP2，NMOS管MN3，NMOS管MN4和电阻R1构成了正温度系数基准电路，这个电路是个典型的正温度系数基准电路，随着温度的升高，产生的基准电流及基准电压也升高。以典型的0.18um工艺为例仿真，-25°时，产生的基准电流为429.36nA；常温27°时，产生的基准电流为505.78nA；当温度为85°时，产生的基准电流为591.32nA。

在传统的基准电路中，如果采用电阻来获得基准电压，同样以典型的0.18um工艺为例仿真，-25°时，产生的基准电压为492.24mV；常温27°时，产生的基准电压为575.61mV；当温度为85°时，产生的基准电压为669.41mV。整个电压值随温度成正比例变化，而且基准电压差值达到177.17mv，如果由这个基准电压来乘以3倍来产生最终的VDD，那么VDD的变化范围就是1.47V到2V之间，VDD电压差就超过0.5V。

在本实施例中，将一个PMOS管MP4和电阻R2串接在一起，一同用来产生基准电压VREF。由于流过MOS管产生的电压呈负温度系数特性，因此刚好可以补偿电阻产生的正温度系数，最终根据他们温度系数的倍数进行合理的设计，就能得到一个较为平稳的基准电压。

在本实施例中，同样以典型的0.18um工艺为例仿真，虽然产生的基准电流仍然随温度变化，但是最终产生的电压却不随温度变化。在-25°时，产生的基准电压为576.98mV；常温27°时，产生的基准电压为576.56mV；当温度为85°时，产生的基准电压为577.05mV。整个电压值随温度变化较小，而且基准电压差值仅仅只有0.5mv，如果由这个基准电压来乘以3倍来产生最终的VDD，那么VDD的变化范围就是1.72968V到1.73115V之间，VDD电压差就超过1.5mV。

由以上数据可以看出，背景技术中的基准电压随温度变化特别大，而采用本发明的方案的基准电压随温度变化几乎不变，从而说明本发明的基准电压电路能产生较稳定的偏置电压。

实施例2

负温度器件除了上述的PMOS管实现，还可以采用NMOS管实现。

作为另外一个可行的实施例，参见图3，负温度器件由NMOS管MN5实现。NMOS管MN5的栅极和漏极连接至PMOS管MP3的漏极，NMOS管MN5的源级串联电阻R2后接地。该NMOS管MN5实现的电路，与实施例1中的PMOS管MP4的实现原理相同，这里不再赘述。

在背景技术中，如果直接将电阻换成MOS管，那么整个电路就会呈现负温度系数的特性，无法得到与温度无关的性能。只有将MOS管和电阻串联并调整其参数，才能得到一个与温度无关的基准电压值。在无线充电接收器中，用较少的功耗和较少的器件得到一个与温度无关的基准电压，是非常具有实用价值的。

本发明采用上述基准电压电路结构，在现有的基准电路中加入了一个具有负温度系数的MOS管(PMOS管或者NMOS管均可)，从而对正温度系数作补偿，最终得到一个随温度变化较小的基准电压值。这保证了整个电路在高低温工作时的稳定性，提高了电路的整体性能。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基准电压电路，其特征在于：包括启动电路、正温度系数基准电路和偏置电压电路；其中偏置电压电路包括PMOS管MP3、电阻R2和负温度器件，该负温度器件为具有负温度系数的MOS管；PMOS管MP3的漏极依次串联负温度器件和电阻后接地。

2.根据权利要求1所述的基准电压电路，其特征在于：所述负温度器件由PMOS管MP4实现，PMOS管MP4的源级连接至PMOS管MP3的漏极，PMOS管MP4的栅极和漏极相连，并串联电阻R2后接地。

3.根据权利要求2所述的基准电压电路，其特征在于：所述正温度系数基准电路包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN3、NMOS管MN4和电阻R1，偏置电压电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4和电阻R2；PMOS管MP1的栅极与PMOS管MP2的栅极以及NMOS管MN4的源级相连，PMOS管MP1的源级、PMOS管MP2的源级以及PMOS管MP3的源级连接至VDD，PMOS管MP1的漏极连接NMOS管MN3的漏极、NMOS管MN3的栅极以及NMOS管MN4的栅极；NMOS管MN3的源级接地；NMOS管MN4的漏极串联电阻R1后接地；PMOS管MP3的漏极连接PMOS管MP4的源级；PMOS管MP4的栅极和漏极相连，串联电阻R2后接地。

4.根据权利要求1所述的基准电压电路，其特征在于：所述负温度器件由NMOS管MN5实现，NMOS管MN5的栅极和漏极连接至PMOS管MP3的漏极，NMOS管MN5的源级串联电阻R2后接地。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基准电压电路，其特征在于：该偏置电压电路还包括滤波电路，滤波电路接于PMOS管MP3的漏极。

6.根据权利要求5所述的基准电压电路，其特征在于：该滤波电路采用电容C2实现，电容C2的一端连接PMOS管MP3的漏极，电容C2的另一端接地。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的基准电压电路，其特征在于：所述启动电路包括NMOS管MN1，NMOS管MN2和电容C1，NMOS管MN1的栅极连接NMOS管MN3的漏极，NMOS管MN1的源级接地，NMOS管MN1的漏极连接电容C1的一端以及NMOS管MN2的栅极；电容C1的另一端连接至VDD；NMOS管MN2的源级接地，NMOS管MN2的漏极连接至NMOS管MN4的源级。