CN106843363B - 一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路,包括电源产生模块vdd_gen、带隙基准模块bandgap和LDO反馈电路;所述电源产生模块vdd_gen产生各种偏置电压供本模块和其他模块使用;所述带隙基准模块bandgap用于带隙电压;所述LDO反馈电路产生各种电流漏并用于稳定带隙基准模块bandgap的输出电压。本发明中启动电路未使用倒比管,带有反馈电路,能自动关断启动电路,能很好地偏离电路的非平衡状态。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设计领域,具体的说是一种安全、稳定的带隙基准电路,其中启动电路不使用倒比管。
背景技术
基准电压源常见的有齐纳二极管、隐埋二极管和带隙基准电压源(BGR)3种,其中BGR具有低温度系数、高电源抑制比等优点,是设计一个与温度无关的基准源最常用的方法,其主要工作原理是利用MOS管PN结电压VBE的负温度系数特性和ΔVBE的正温度系数特性,将两者进行适当加权相加,温度系数相互抵消,以此来获得与温度无关的基准电压,这是由Widlar首次提出的。
传统的装置如图1所示。
由于运放深度反馈使得正负两端的电压相等。IC表示三极管的集电极电流,IS表示饱和电流,因此: 其中VT具有正温度系数,VBE3具有负温度系数,只要适当地选择R1、R2和N,就可以得到与温度无关的带隙基准电压。现有的用于带隙基准当中的启动电路通常会使用倒比管。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是提供一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的,一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路,包括电源产生模块vdd_gen、带隙基准模块bandgap和LDO反馈电路;
所述电源产生模块vdd_gen产生各种偏置电压供本模块和其他模块使用;
所述带隙基准模块bandgap用于带隙电压;
所述LDO反馈电路产生各种电流漏并用于稳定带隙基准模块bandgap的输出电压。
进一步,所述LDO反馈电路包括具有正、反向输入端的放大电路、MOS管M67、MOS管M68、MOS管M55和MOS管M57,所述放大电路的反向输入端与带隙基准模块bandgap的输出端连接,放大电路的正向输入端与MOS管M68的漏极连接,放大电路的输出端分别与MOS管M67的栅极、MOS管M55的栅极连接,MOS管M67的漏极与MOS管M68的源极连接,MOS管M68的漏极经电阻R1接地,MOS管M55的漏极与MOS管M57的源极连接,MOS管M57的漏极经电阻R2接地,所述MOS管67的源极、MOS管M55的源极分别与电源VCC连接。
进一步,启动电路包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M7、MOS管M10、MOS管M11、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16和MOS管M17;所述MOS管M15的源极、MOS管M14的源极、MOS管M16的源极、MOS管M17的源极分别接节点vcc2,MOS管M16的漏极接节点Vdd,MOS管M15的栅极、MOS管M16的栅极、MOS管M17的栅极、MOS管M14的漏极分别与节点basep连接,MOS管M15的漏极经电阻接地,MOS管M15的漏极与栅极连接,MOS管M14的栅极为节点A,MOS管M17的漏极分别与MOS管M20的栅极、MOS管M21的栅极连接,MOS管M21的栅极为节点B,MOS管M20的源极经电阻与第一三极管的发射极连接,MOS管M20的漏极分别与MOS管M18的漏极、MOS管M18的栅极、MOS管M19的栅极、MOS管M25的栅极连接,MOS管M18的源极、MOS管M19的源极、MOS管M25的源极连接,MOS管M19的漏极分别与MOS管M21的漏极、MOS管M21的栅极连接,MOS管M21的源极与第二三极管的发射极连接,第二三极管的基极、第一三极管的基极、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极接地,MOS管M25的漏极分别与MOS管M26的漏极、MOS管M27的栅极、MOS管M1的栅极、MOS管M6的栅极连接并接节点basen1,MOS管M26的栅极接节点basen2,MOS管M26的源极接MOS管M27的漏极,MOS管M27的源极接地,MOS管M6的漏极与源极接地,MOS管M1的栅极与MOS管M5的栅极连接并接节点basen1,MOS管M1的漏极分别与MOS管M2的漏极、MOS管M2的栅极、MOS管M3的栅极、MOS管M11的栅极连接,MOS管M2的源极与MOS管M3的源极连接并接节点vcc2,MOS管M3的漏极分别与MOS管M4的漏极、MOS管M9的漏极、MOS管M4的栅极、MOS管M7的栅极连接并同时接节点basen2,MOS管M9的栅极接节点basep,MOS管M9的源极与MOS管M10的源极连接,M10的漏极与MOS管M11的源极连接,MOS管M10的栅极与MOS管M11的漏极、MOS管M7的漏极连接并接节点A,MOS管M7的源极与MOS管M5的漏极连接,MOS管M4的源极、MOS管M1的源极、MOS管M5的源极分别接地。
由于采用了上述技术方案,本发明具有如下的优点:
本发明中启动电路未使用倒比管,带有反馈电路,能自动关断启动电路,能很好地偏离电路的非平衡状态。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:
图1为带隙基准传统电路;
图2为vdd_gen模块结构图;
图3为bandgap模块架构图;
图4为LDO模块结构图;
图5为顶层结构;
图6为与启动电路相关的结构图。
具体实施方式
以下将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述;应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不是为了限制本发明的保护范围。
一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路,包括电源产生模块vdd_gen、带隙基准模块bandgap、LDO反馈电路、启动电路、带隙基准电压源和偏置电路;
如图2所示为本发明所提出的电源产生模块vdd_gen,所述电源产生模块vdd_gen包括MOS管M1~MOS管M16,除MOS管M7、MOS管M8、MOS管M11、MOS管M13外,其余MOS管的源极与衬底连接;所述MOS管M1的源极接地,MOS管M1的栅极接节点basen1,MOS管M1的漏极分别与MOS管M2的栅极、MOS管M2的漏极、MOS管M3的栅极连接,MOS管M3的栅极接节点vp2,MOS管M2的源极接节点vcc2,MOS管M3的源极接节点vcc2,MOS管M3的漏极分别与MOS管M4的漏极、MOS管M9的漏极、MOS管M8的栅极、MOS管M4的栅极、MOS管M7的栅极连接,MOS管M4的源极分别与MOS管M5的源极、MOS管M6的源极连接并接地;MOS管M5的栅极、MOS管M6的栅极分别与MOS管M1的栅极连接,MOS管M5的源极与MOS管M7的衬底连接,MOS管M5的漏极与MOS管M7的源极连接,MOS管M6的源极与MOS管M8的衬底连接,MOS管M6的漏极与MOS管M8的源极连接;MOS管M8的漏极接节点id,MOS管M8的栅极接节点basen2,MOS管M7的漏极分别与MOS管M11的漏极、MOS管M10的栅极连接,MOS管M11的栅极接节点vp2,MOS管M11的源极与MOS管M10的漏极连接,MOS管M11的衬底与MOS管M10的衬底连接,MOS管M10的源极、MOS管M9的源极、MOS管M12的源极、MOS管M14的源极、MOS管M15的源极、MOS管M16的源极、第一二极管的阴极、电容的一端接节点vcc,第一二极管的阳极接地,电容的另一端接地;MOS管M9的栅极接节点basep,MOS管M12的源极与MOS M13的衬底连接,MOS管M12的栅极接节点vp1,MOS管M12的漏极与MOS管M13的源极连接,MOS管M13的栅极接节点vp2,MOS管M13的漏极、分别与第二二极管的阴极、MOS管M16的漏极连接,第二二极管的阳极接地,MOS管M14的栅极接节点vp1,MOS管M14的漏极分别与MOS管M15的栅极、MOS管M15的漏极、电阻的一端连接,电阻的另一端接地,MOS管M15的源极接节点vcc2,MOS管M16的栅极接节点basep。
该模块左边为电流镜偏置结构,产生各种偏置电压供本模块和其他模块使用,同时左侧圈标注的地方为bandgap产生一个1.8V的vdd电源并提供电流。
如图3所示为本发明所提出的带隙基准模块bandgap,所述带隙基准模块bandgap包括MOS管M17~MOS管M27、第一三极管、第二三极管、第三三极管、电阻R1、电阻R2和电阻R3,除MOS管M26以外,其余MOS管的源极与衬底连接;所述MOS管M17的栅极接节点basep,MOS管M17的源极接节点vcc2,MOS管M17的漏极分别与MOS管M20的栅极、MOS管M21的栅极连接,MOS管M20的源极经电阻R1与第一三极管的发射极连接,第一三极管的集电极与基极接地,MOS管M20的漏极经电阻与MOS管M18的漏极连接,MOS管M18的栅极分别与MOS管M19的栅极、MOS管M20的漏极、MOS管M24的栅极、MOS管M25的栅极连接,MOS管M21的栅极与MOS管M19的漏极连接,MOS管M21的漏极通过电阻与MOS管M19的漏极连接,MOS管M21的漏极与MOS管M22的栅极连接,MOS管M21的源极与第二三极管的发射极连接,第二三极管的集电极和基极接地,MOS管M22的漏极分别与MOS管M23的漏极、MOS管M23的栅极连接,MOS管M23的源极接地,MOS管M24的漏极分别与电阻R2的一端、电阻R3的一端、节点Vout连接,电阻R2的另一端与第三三极管的发射极连接,第三三极管的集电极和基极接地,电阻R3的另一端接地,MOS管M18的源极、MOS管M19的源极、MOS管M22的源极、MOS管M24的源极、MOS管M25的源极接节点vdd;MOS管M25的漏极与MOS管M26的漏极连接,MOS管M26的源极与MOS管M27的漏极连接,MOS管M27的源极接地,MOS管M26的栅极接节点basen2,MOS管M26的衬底接节点vdd,MOS管M26的漏极、MOS管M27的栅极接节点basen1。
由于三极管m2和m1两条支路上端电流镜的存在,E和F两点的电压相等,即:IR1+VBE1=VBE2
R1两端电压为:
忽略外接电阻R3时,通过上方的电流镜拷贝得R2端口电压为:该电压已经是带隙电压了,考虑外接电阻R3后,有如下结果:
R3可以通过控制开关K0到K7,得到不同分压比,进而得到不同控制字下的带隙电压。控制字对应着开关的闭合,控制字为111时对应K7闭合,110时对应K6闭合依此类推控制字为000时对应K0闭合。
如图4所示为本发明所提出的LDO反馈电路,所述LDO反馈电路包括MOS管M28~MOS管M72,除MOS管M32、MOS管M42~MOS管M44、MOS管M47~MOS管M50、MOS管M53、MOS管M54、MOS管M57、MOS管M58、MOS管M60、MOS管M65、MOS管M68和MOS管M70以外,其余MOS管的源极与衬底连接;MOS管M28的漏极分别与MOS管M28的栅极、MOS管M29的栅极连接并同时接节点vp2,MOS管M29的漏极分别与MOS管M31的漏极、MOS管M31的栅极、MOS管M32的栅极连接并接节点vn2,MOS管M30的漏极分别与MOS管M32的源极、MOS管M33的栅极、MOS管M36的栅极连接并接节点vn1,MOS管M32的漏极与MOS管M33的栅极连接,MOS管M32的衬底接地,MOS管M34的栅极分别与MOS管M34的漏极、MOS管M35的漏极连接,MOS管M34的栅极接节点vp3,MOS管M35的栅极接vn2,MOS管M35的源极与MOS管M36的漏极连接;MOS管M37的栅极分别与MOS管M37的漏极、MOS管M38的漏极连接,MOS管M37的栅极接节点vp1,MOS管M38的栅极接节点vn2,MOS管M38的源极与MOS管M39的漏极连接,MOS管M39的栅极接vn1;MOS管M40的栅极分别与MOS管M41的栅极、MOS管M42的漏极、MOS管M44的漏极连接,MOS管M40的漏极与MOS管M42的源极连接,MOS管M40的源极接节点vcc,MOS管M42的栅极接节点vp1,MOS管M44的栅极接节点vn2,MOS管M44的源极与MOS管M45的漏极连接,MOS管M44的衬底与MOS管M45的源极连接,MOS管M45的栅极接节点vn1,MOS管M41的漏极与MOS管M43的源极连接,MOS管M41的源极与MOS管M43的衬底连接,MOS管M43的栅极接节点vp1,MOS管M43的漏极与MOS管M47的漏极连接并接节点Am_out,MOS管M47的衬底与MOS管M46的衬底连接,MOS管M47的源极与MOS管M46的漏极连接,MOS管M47的栅极接节点vn2,MOS管M46的栅极接节点vn1,MOS管M48的栅极接节点vp2,MOS管M48的漏极分别与MOS管M49的漏极、MOS管M50的漏极连接,MOS管M49的栅极接节点feedback,MOS管M50的栅极接节点vref,MOS管M49的源极与MOS管M44的源极连接,MOS管M50的源极与MOS管M47的源极连接,MOS管M28的源极、MOS管M29的源极、MOS管M30的源极、MOS管M34的源极、MOS管M37的源极、MOS管M40的源极、MOS管M41的源极、MOS管M48的源极分别接节点vcc,MOS管M31的源极、MOS管M33的源极、MOS管M36的源极、MOS管M39的源极、MOS管M45的源极、MOS管M46的源极分别接地;
MOS管M51的源极、MOS管M52的源极、MOS管M55的源极、MOS管M56的源极、MOS管M59的源极、MOS管M67的源极、MOS管M69的源极分别接节点vcc;MOS管M51的源极与MOS管M53的衬底连接,MOS管M52的源极与MOS管M54的衬底连接,MOS管M55的源极与MOS管M57的衬底连接,MOS管M56的源极与MOS管M58的衬底连接,MOS管M59的源极与MOS管M60的衬底连接,MOS管M67的源极与MOS管M68的衬底连接,MOS管M69的源极与MOS管M70的衬底连接;MOS管M51的漏极与MOS管M53的源极连接,MOS管M52的漏极与MOS管M54的源极连接,MOS管M55的漏极与MOS管M57的源极连接,MOS管M56的漏极与MOS管M58的源极连接,MOS管M59的漏极与MOS管M60的源极连接,MOS管M67的漏极与MOS管M68的源极连接,MOS管M69的漏极与MOS管M70的源极连接;MOS管M51的栅极、MOS管M52的栅极、MOS管M55的栅极、MOS管M56的栅极、MOS管M59的栅极、MOS管M67的栅极、MOS管M69的栅极分别接节点Am_out;MOS管M53的栅极、MOS管M54的栅极、MOS管M57的栅极、MOS管M58的栅极、MOS管M68的栅极、MOS管M70的栅极分别接节点vp3,MOS管M53的漏极接节点iu<1:4>,MOS管M54的漏极接节点iu5;MOS管M57的漏极经一个电阻接地,经另一个电阻接节点vo,MOS管M58的漏极分别与MOS管M60的漏极、MOS管M61的漏极、MOS管M61的栅极、MOS管M62的栅极连接,MOS管M62的漏极接节点id<1:8>,MOS管M61的源极、MOS管M62的源极接地,MOS管M63的漏极分别与MOS管M64的漏极、节点vcc、MOS管M65的衬底连接,MOS管M65的源极接节点vp3,MOS管M65的漏极分别与MOS管M63的源极、MOS管M60的栅极连接,MOS管M63的栅极分别与MOS管M64的源极、MOS管M66的漏极连接,MOS管M64的栅极分别与MOS管M66的栅极、节点en<3:4>、MOS管M65的栅极连接;MOS管M66的源极接地;MOS管M68的漏极经电阻接地同时接节点feedback,MOS管M70的漏极分别与MOS管M71的漏极、MOS管M71的栅极、MOS管M72的栅极连接,MOS管M72的漏极接节点id<9:12>,MOS管M71的源极、MOS管M72的源极接地。
该电路除了提供各种电流漏之外,通过一个LDO来稳定bandgap的输出电压,并将0.92V的带隙电压转换为1.2V,误差放大器为折叠式共源共栅结构,dc增益约为70dB,输出电压和反馈点上方的PMOS功率调整管参数完全一样,确保两路的电流一样,电压转换的比值只和下方电阻有关,并且也提供了输出端所需的大电流通路。
如图5所示为本发明提出的顶层结构图,主要包括1.8V电源产生模块vdd_gen,隙基准模块bandgap以及LDO反馈电路。整个电路的顶层电源为2.5V。而其中LDO又包括一个误差放大器,调整功率管以及电阻R1,R2。
在本实施例中,假设图中误差放大器dc增益为Av,而后面调整管增益为A1。则:
A1Av(Vref-Vbk)=Vbk
由于后面两路调整功率管的结构完全一样所以有:
如图6所示为本发明提出的启动电路相关结构图,
左边框图中为启动电路的核心电路,中间框图中为与启动电路相关的位于BGR中的电路,右边框图中为与启动电路相关的位于偏置电路中的电路。电路初始时,BGR中B点的电压为0,此时BGR中电流支路的电流为0,P1管子未导通。启动电路中左边支路一直导通,为basep点提供一个固定大概为1.75V左右的电压,与VCC2之间有一定压差,使得启动电路右边支路的管子导通,为BGR中B点提供电流,使得P1管子导通,其栅极电压下降,P2管子导通,则basen1电压升高,使得N1、N2支路导通,其支路电流变大,则A点电压降低,那么启动电路中P3管子导通,使得启动电路左侧支路电流变大,basep点电压升高,则启动电路中右侧支路P管关断,启动电路自动关断。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,显然,本领域的技术人员可以对本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 (2)
1.一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路,其特征在于:
启动电路包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M7、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16和MOS管M17;
所述MOS管M15的源极、MOS管M14的源极、MOS管M16的源极、MOS管M17的源极分别接节点vcc2,MOS管M16的漏极接节点Vdd,MOS管M15的栅极、MOS管M16的栅极、MOS管M17的栅极、MOS管M14的漏极分别与节点basep连接,MOS管M15的漏极经电阻接地,MOS管M15的漏极与栅极连接,MOS管M14的栅极为节点A,MOS管M17的漏极分别与MOS管M20的栅极、MOS管M21的栅极连接,MOS管M21的栅极为节点B,MOS管M20的源极经电阻与第一三极管的发射极连接,MOS管M20的漏极分别与MOS管M18的漏极、MOS管M18的栅极、MOS管M19的栅极、MOS管M25的栅极连接,MOS管M18的源极、MOS管M19的源极、MOS管M25的源极连接,MOS管M19的漏极分别与MOS管M21的漏极、MOS管M21的栅极连接,MOS管M21的源极与第二三极管的发射极连接,第二三极管的基极、第一三极管的基极、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极接地,MOS管M25的漏极分别与MOS管M26的漏极、MOS管M27的栅极、MOS管M1的栅极、MOS管M6的栅极连接并接节点basen1,MOS管M26的栅极接节点basen2,MOS管M26的源极接MOS管M27的漏极,MOS管M27的源极接地,MOS管M6的漏极与源极接地,MOS管M1的栅极与MOS管M5的栅极连接并接节点basen1,MOS管M1的漏极分别与MOS管M2的漏极、MOS管M2的栅极、MOS管M3的栅极、MOS管M11的栅极连接,MOS管M2的源极与MOS管M3的源极连接并接节点vcc2,MOS管M3的漏极分别与MOS管M4的漏极、MOS管M9的漏极、MOS管M4的栅极、MOS管M7的栅极连接并同时接节点basen2,MOS管M9的栅极接节点basep,MOS管M9的源极与MOS管M10的源极连接,M10的漏极与MOS管M11的源极连接,MOS管M10的栅极与MOS管M11的漏极、MOS管M7的漏极连接并接节点A,MOS管M7的源极与MOS管M5的漏极连接,MOS管M4的源极、MOS管M1的源极、MOS管M5的源极分别接地;
启动电路还包括电源产生模块vdd_gen、带隙基准模块bandgap和LDO反馈电路;
所述电源产生模块vdd_gen产生各种偏置电压供本模块和其他模块使用;
所述带隙基准模块bandgap用于带隙电压;
所述LDO反馈电路产生各种电流漏并用于稳定带隙基准模块bandgap的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种带隙基准电路中的不使用倒比管的反馈式启动电路,其特征在于:所述LDO反馈电路包括具有正、反向输入端的放大电路、MOS管M67、MOS管M68、MOS管M55和MOS管M57,所述放大电路的反向输入端与带隙基准模块bandgap的输出端连接,放大电路的正向输入端与MOS管M68的漏极连接,放大电路的输出端分别与MOS管M67的栅极、MOS管M55的栅极连接,MOS管M67的漏极与MOS管M68的源极连接,MOS管M68的漏极经电阻R1接地,MOS管M55的漏极与MOS管M57的源极连接,MOS管M57的漏极经电阻R2接地,所述MOS管67的源极、MOS管M55的源极分别与电源VCC连接。
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