CN107908220B - 一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，包括：初始参考电压产生电路，用于产生初始参考电压；电容分压电路，用于产生电容基准电压；第一开关，用于在上电时或复位操作后给初始参考电压产生电路和电容分压电路供电；复位电路，用于当检测到电源电压许可信号频繁切换时将初始参考电压产生电路和电容分压电路复位；复位电路延时控制电路，用于在电源电压在低电压和高电压间频繁切换导致电源电压许可信号频繁切换时产生切换检测信号以控制复位电路动作；第二开关，用于在初始参考电压建立后需要刷新参考电压时将其分压输出；第三开关，用于刷新参考电压前打开初始参考电压产生电路产生Vref，并在刷新操作完成后关断。

Description

一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路

技术领域

本发明涉及一种参考电压产生电路，特别是涉及一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路。

背景技术

低功耗设计在银行卡、MCU等领域受到青睐，其中一种降低功耗的方法是通过降低电源电压来降低系统功耗，低电压慢速读取和高电压快速读取的灵活使用能有效降低系统对功耗的要求。工作在低电压的嵌入式闪存IP能降低外围电路的设计难度，同时使得整个系统能工作在低功耗模式。

低功耗设计对电源电压的要求：

当LVE＝0时工作在VDD＝1.5V+/-10％

当LVE＝1时工作在VDD＝1.2V+/-10％

图1为传统的参考电压产生电路的电路示意图。如图1所示，传统的参考电压产生电路(1.35-1.65V)由初始参考电压产生电路1和电容分压电路2以及第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3组成。其中，初始参考电压产生电路1由电阻R1、二极管D1和NMOS管M1组成，用于产生初始参考电压Vref；电容分压电路2由第一电容C1和第二电容C2组成，用于产生电容基准电压Vcap；第一开关S1用于在上电时或复位操作后给初始参考电压产生电路1和电容分压电路2供电；第二开关S2用于在初始参考电压Vref建立后需要刷新参考电压时将初始参考电压产生电路1的分压输出即初始参考电压Vref和电容基准分压Vcap短路以输出参考电压；第三开关S3用于刷新参考电压前打开初始参考电压产生电路产生Vref，并在刷新操作完成后关断。电源电压VDD通过第一开关S1连接至电阻R1和第一电容C1的一端，电阻R1的另一端与NMOS管M1的栅极、二极管D1的阳极、第二开关S2的一端相连组成初始参考电压Vref节点，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端和第二开关S2的另一端相连组成电容基准电压Vcap节点，二极管D1的阴极连接至NMOS管M1的漏极，NMOS管M1的源极连接第三开关的一端，第三开关S3的另一端和第二电容C2的另一端接地。

参考电压产生电路1产生一个初始参考电压Vref电压，电容分压电路2的存在会耦合产生一个电容基准电压Vcap电压，通过第二开关S2控制给电容充电，再通过电容分压电路2保持住电容基准电压Vcap电压(Vcap＝Vref)。由于电容分压电路2的耦合作用会减小初始参考电压Vref给电容的充电时间，使初始参考电压Vref快速稳定，然后由电容保持住初始参考电压Vref电压从而省掉初始参考电压产生电路1的功耗。其中，

Vref＝0.9V＝0.6*VDD

Vcap＝C1*VDD/(C1+C2)＝0.6*VDD

然而，上述电路具有如下缺点：在不同电源电压(1.2V或1.5V)下，Vref和Vcap电压不能保持相等。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其具有较小功耗，可以工作在宽电源电压范围，并产生一个稳定的参考电压。

本发明之另一目的在于提供一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，可避免在电源电压切换过程中过充现象，产生一个稳定的参考电压。

为达上述目的，本发明提出一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，包括：

初始参考电压产生电路，用于产生初始参考电压Vref；

电容分压电路，用于产生电容基准电压Vcap；

第一开关，用于在上电时或复位操作后给所述初始参考电压产生电路和电容分压电路供电；

复位电路，用于当检测到电源电压许可信号LVE频繁切换时将所述初始参考电压产生电路和电容分压电路复位；

复位电路延时控制电路，用于在电源电压在低电压和高电压间频繁切换导致电源电压许可信号LVE频繁切换时产生切换检测信号LVEd以控制所述复位电路动作；

第二开关，用于在所述初始参考电压Vref建立后需要刷新参考电压时将所述初始参考电压产生电路的分压输出即初始参考电压Vref；

第三开关，用于刷新参考电压前打开初始参考电压产生电路产生Vref，并在刷新操作完成后关断。

进一步地，所述初始参考电压产生电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、二极管D1、第三NMOS管N3和第一PMOS管P1。

进一步地，电源电压通过所述第一开关连接至由所述第一电阻R1的一端、电容分压电路输入端、第一PMOS管P1的源极、复位电路输入端相连组成的第一参考电压VF节点，所述第一电阻R1的另一端与第一PMOS管P1的漏极和第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与所述第三NMOS管N3的栅极、二极管D1的阳极、第二开关S2的一端以及复位电路的输出端相连组成所述初始参考电压Vref节点，所述二极管D1的阴极连接至所述第三NMOS管N3的漏极，第三NMOS管N3的源极通过第三开关S3接地，第一PMOS管P1的栅极连接至互补电源电压许可信号LVEb。

进一步地，所述电容分压电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第二PMOS管，所述第一电容C1的一端、第三电容C3的一端组成电容分压电路的输入端连接至所述第一参考电压VF节点，所述第三电容C3的另一端连接至第二PMOS管P2的源极，所述第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端、第二PMOS管P2的漏极和第二开关S2的另一端相连组成电容基准电压Vcap节点，所述第二PMOS管P2的栅极连接至所述互补电源电压许可信号LVEb。

进一步地，所述复位电路包括第一NMOS管N1和第二NMOS管N2。

进一步地，所述第一NMOS管N1的漏极连接至所述第一参考电压VF节点，第一NMOS管N1的源极与第二NMOS管N2的漏极相连组成复位电路的输出端连接至所述初始参考电压Vref节点，第一NMOS管N1的栅极和第二NMOS管N2的栅极连接至切换检测信号LVEd。

进一步地，第三NMOS管N3的源极通过第三开关S3接地，第二NMOS管N2的源极和第二电容C2的另一端接地

进一步地，所述复位电路延时控制电路包括跳变检测电路和延时电路。

进一步地，电源电压许可信号LVE连接至所述跳变检测电路的输入端，跳变检测电路的输出端连接至所述延时电路的输入端，延时电路的输出端即切换检测信号LVEd连接至所述第一NMOS管N1的栅极和第二NMOS管N2的栅极。

进一步地，所述复位电路用于当检测到电源电压许可信号LVE频繁切换时将初始参考电压产生电路和电容分压电路复位并使输出参考电压为0。

进一步地，所述电路通过第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的通断控制，实现在不同电压范围下，调节初始参考电压产生电路中电阻的比例以及电容分压电路中电容比例，产生稳定的初始参考电压Vref，同时产生相应比例的电容基准电压Vcap，以在不同电压时均能减小初始参考电压Vref向电容基准电压Vcap的充电时间，从而快速建立电容基准电压Vcap。

与现有技术相比，本发明一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路具有较小功耗，可以工作在宽电源电压范围，并产生一个稳定的参考电压，并且本发明通过初始化操作，可避免在电源电压切换过程中过充现象，产生一个稳定的参考电压。

附图说明

图1为传统的参考电压产生电路的电路示意图；

图2为本发明一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路的结构示意图；

图3为本发明具体实施例与背景技术的仿真对比示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路的结构示意图。如图2所示，本发明一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，包括：初始参考电压产生电路1和电容分压电路2、复位电路3、复位电路延时控制电路4以及第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3。

其中，初始参考电压产生电路1由第一电阻R1、第二电阻R2、二极管D1和第三NMOS管N3和第一PMOS管P1组成，用于产生初始参考电压Vref；电容分压电路2由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第二PMOS管P2组成，用于产生电容基准电压Vcap；第一开关S1用于在上电时或复位操作后给初始参考电压产生电路1和电容分压电路2供电；复位电路3由第一NMOS管N1和第二NMOS管N2组成，用于当检测到电源电压许可信号LVE频繁切换时将初始参考电压产生电路1和电容分压电路2复位并使输出参考电压为0；复位电路延时控制电路4由跳变检测电路(Transition Detection)和延时电路(Delay)组成，用于在电源电压在低电压VDDL(1.2V)和高电压VDDH(1.5V)间频繁切换导致电源电压许可信号LVE频繁切换时产生切换检测信号LVEd以控制复位电路3动作；第二开关S2用于在初始参考电压Vref建立后需要刷新参考电压时将初始参考电压产生电路1的分压输出即初始参考电压Vref和电容基准分压Vcap短路以输出参考电压；第三开关S3用于刷新参考电压前打开初始参考电压产生电路1产生Vref，并在刷新操作完成后关断。

电源电压VDD通过第一开关S1连接至由第一电阻R1的一端、电容分压电路2的输入端(即第一电容C1、第三电容C3的公共端)、第一PMOS管P1的源极、第一NMOS管N1的漏极(复位电路3的输入端)相连组成的第一参考电压VF节点，第一电阻R1的另一端与第一PMOS管P1的漏极和电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与第三NMOS管N3的栅极、二极管D1的阳极、第二开关S2的一端以及由第一NMOS管N1的源极、第二NMOS管N2的漏极组成的复位电路3的输出端相连组成初始参考电压Vref节点，第三电容C3的另一端连接至第二PMOS管P2的源极，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端、第二PMOS管P2的漏极和第二开关S2的另一端相连组成电容基准电压Vcap节点，二极管D1的阴极连接至第三NMOS管N3的漏极，第三NMOS管N3的源极通过第三开关S3接地，第一PMOS管P1的栅极和第二PMOS管P2的栅极连接至互补电源电压许可信号LVEb，第一NMOS管N1的栅极和第二NMOS管N2的栅极连接至切换检测信号LVEd，第二NMOS管N2的源极和第二电容C2的另一端接地，电源电压许可信号LVE连接至跳变检测电路(Transition Detection)的输入端，跳变检测电路(Transition Detection)的输出端连接至延时电路(Delay)的输入端，延时电路(Delay)的输出端即切换检测信号LVEd连接至第一NMOS管N1的栅极和第二NMOS管N2的栅极。

当电源电压许可信号LVE＝0(互补电源电压许可信号LVEb＝1)时，工作在高电压模式(VDD＝1.5V)。此时第一PMOS管P1/第二PMOS管P2关闭，第一电阻R1被接入，第三电容C3电容断开不与第一电容C1并联。

Vref＝0.9V＝0.6*VDD

Vcap＝C1*VDD/(C1+C2)＝0.6*VDD

C1＝1.5*C2

当电源电压许可信号LVE＝1(互补电源电压许可信号LVEb＝0)时，工作在低电压模式(VDD＝1.2V)。此时第一PMOS管P1/第二PMOS管P2打开，第一电阻R1被短接，第三电容C3与第一电容C1并联。由于第三电容C3的存在，保证在低电压时Vcap＝Vref，从而快速稳定。

Vref＝0.9V＝0.75*VDD

Vcap＝(C1+C3)*VDD/(C1+C2+C3)＝0.75*VDD

C1＝1.5*C2，C3＝1.5*C2

在没有复位电路延时控制电路4时，当电源电压在低电压VDDL(1.2V)和高电压VDDH(1.5V)来回切换时，由于电容分压比例不等以及第二开关S2放电不及时会导致输出参考电压偏高；本发明增加复位电路延时控制电路4，当电源电压在低电压VDDL(1.2V)和高电压VDDH(1.5V)来回切换时，即电源电压许可信号LVE切换时，复位电路延时控制电路产生一个切换检测信号LVEd。该切换检测信号LVEd控制打开第一NMOS管N1和第二NMOS管N2及第二开关S2，将第一参考电压VF、初始参考电压Vref和电容基准电压Vcap全部拉到零电位，初始化整个电路。电容基准电压Vcap减小初始参考电压Vref向电容基准电压Vcap的充电时间，从而快速建立电容基准电压Vcap。

本发明通过第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的通断控制，实现在不同电压范围下，调节初始参考电压产生电路中电阻的比例以及电容分压电路中电容比例，产生稳定的初始参考电压Vref，同时产生相应比例的电容基准电压Vcap，以在不同电压时均能减小初始参考电压Vref向电容基准电压Vcap的充电时间，从而快速建立电容基准电压Vcap。具体地，在电源电压1.2V时，LVEb＝0，管P1打开将电阻R1短接，保证Vref＝0.9V＝0.75*VDD；管P2打开接入C3，产生一个Vcap＝0.75*VDD，由于Vcap＝Vref这样能减小Vref向电容基准电压Vcap充电时间。在电源电压1.5V时，LVEb＝1，管P1关断，此时Vref＝0.9V＝0.6*VDD；管P2关断，C3不接入，此时产生一个Vcap＝0.6*VDD，由于Vcap＝Vref依旧成立，同样减小了Vref向电容基准电压Vcap充电时间。

图3a为背景技术的仿真示意图，图3b为本发明具体实施例的仿真示意图，从图3a和图3b来看，当电源电压从1.2V切换到1.5V时，电源电压许可信号LVE由高变低，背景技术的电路的输出参考电压(图3a中Vref)存在明显上冲，稳定后的电压也较高，籍此基准电压产生的高压输出VD25输出偏高；而发明的电路的输出参考电压(图3b中Vref)在切换瞬间下冲后即迅速稳定而不存在明显上冲，稳定后的电压也较低电源电压时没有明显变化，籍此基准电压产生的高压输出VD25输出平稳。

可见，本发明一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路具有较小功耗，可以工作在宽电源电压范围，并产生一个稳定的参考电压，并且本发明通过初始化操作，可避免在电源电压切换过程中过充现象，产生一个稳定的参考电压。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (7)

1.一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，包括：

初始参考电压产生电路，用于产生初始参考电压Vref；

电容分压电路，用于产生电容基准电压Vcap；

第一开关，用于在上电时或复位操作后给所述初始参考电压产生电路和电容分压电路供电；

复位电路，用于当检测到电源电压许可信号LVE频繁切换时将所述初始参考电压产生电路和电容分压电路复位；

复位电路延时控制电路，用于在电源电压在低电压和高电压间频繁切换导致电源电压许可信号LVE频繁切换时产生切换检测信号LVEd以控制所述复位电路动作；

第二开关，用于在所述初始参考电压Vref建立后需要刷新参考电压时将所述初始参考电压产生电路的分压输出即初始参考电压Vref；

第三开关，用于刷新参考电压前打开初始参考电压产生电路产生Vref，并在刷新操作完成后关断；

其中，所述初始参考电压产生电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、二极管D1、第三NMOS管N3和第一PMOS管P1；

电源电压通过所述第一开关连接至由所述第一电阻R1的一端、电容分压电路输入端、第一PMOS管P1的源极、复位电路输入端相连组成的第一参考电压VF节点，所述第一电阻R1的另一端与第一PMOS管P1的漏极和第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与所述第三NMOS管N3的栅极、二极管D1的阳极、第二开关S2的一端以及复位电路的输出端相连组成所述初始参考电压Vref节点，所述二极管D1的阴极连接至所述第三NMOS管N3的漏极，第三NMOS管N3的源极通过第三开关S3接地，第一PMOS管P1的栅极连接至互补电源电压许可信号LVEb；

所述电容分压电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第二PMOS管，所述第一电容C1的一端、第三电容C3的一端组成电容分压电路的输入端连接至所述第一参考电压VF节点，所述第三电容C3的另一端连接至第二PMOS管P2的源极，所述第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端、第二PMOS管P2的漏极和第二开关S2的另一端相连组成电容基准电压Vcap节点，所述第二PMOS管P2的栅极连接至所述互补电源电压许可信号LVEb。

2.如权利要求1所述的一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其特征在于：所述复位电路包括第一NMOS管N1和第二NMOS管N2。

3.如权利要求2所述的一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其特征在于：所述第一NMOS管N1的漏极连接至所述第一参考电压VF节点，第一NMOS管N1的源极与第二NMOS管N2的漏极相连组成复位电路的输出端连接至所述初始参考电压Vref节点，第一NMOS管N1的栅极和第二NMOS管N2的栅极连接至切换检测信号LVEd。

4.如权利要求3所述的一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其特征在于：所述复位电路延时控制电路包括跳变检测电路和延时电路。

5.如权利要求4所述的一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其特征在于：电源电压许可信号LVE连接至所述跳变检测电路的输入端，跳变检测电路的输出端连接至所述延时电路的输入端，延时电路的输出端即切换检测信号LVEd连接至所述第一NMOS管N1的栅极和第二NMOS管N2的栅极。

6.如权利要求1所述的一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其特征在于：所述复位电路用于当检测到电源电压许可信号LVE频繁切换时将初始参考电压产生电路和电容分压电路复位并使输出参考电压为0。

7.如权利要求3所述的一种适用于宽电源电压范围的参考电压产生电路，其特征在于：所述参考电压产生电路通过第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的通断控制，实现在不同电压范围下，调节初始参考电压产生电路中电阻的比例以及电容分压电路中电容比例，产生稳定的初始参考电压Vref，同时产生相应比例的电容基准电压Vcap，以在不同电压时均能减小初始参考电压Vref向电容基准电压Vcap的充电时间，从而快速建立电容基准电压Vcap。