CN111158424A - 一种快速启动电路与方法 - Google Patents

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    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc

Abstract

本发明公开了一种快速启动电路与方法，主要解决现有启动电路功耗与启动速度不兼具的问题。该电路主要通过对电容C和负载电容Cload进行充放电实现电路节点的电压的快速建立；当电路使能EN从0变成1时，晶体管MP4的栅端电压从0变成1，MP5的栅端电压为0V，MP2开启，MN2关断，MP5通过电阻R对C进行充电，MN3/MN4的栅端电压逐级升高，流过MN3和MN4的电流逐渐增加，对电容Cload进行放电，当负载电容Cload的下极板电压达到工作电压时，晶体管MP3导通，将晶体管MP5的栅极电压上拉到VCC从而关断，流过MN3和MN4的电流为零，电路启动完成。使得主电路工作以后会自动关闭启动部分，不需要逻辑电路的硬切换，不增加电路的静态工作电流，在降低功耗的同时又兼具快速启动功能。

Description

一种快速启动电路与方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体地说，是涉及一种快速启动电路与方法。
背景技术
在集成电路中，电路的启动速度决定了电路从关闭状态到正常工作之间的建立时间。启动电路需要在电路使能之后提供较大的电流迅速将电路建立到正常工作的电压点，电路正常工作之后，启动电路需要自动关闭，不能增加电路的静态工作电流。
现有的启动电路，其启动速度快和功耗低是相矛盾的，即启动速度快了，对应的功耗也会增加，如果功耗降低了，那么启动速度也会相应变慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速启动电路与方法，主要解决现有启动电路功耗与启动速度不兼具的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种快速启动电路，包括P型晶体管MP0～MP5，N型晶体管MN0～MN4，电阻R，以及负载电容Cload和电容C；所述晶体管MP0的源极接VCC，漏极与所述晶体管MN0的漏极相接，所述晶体管MP0的栅极与晶体管MN0栅极相接并接入启动电路的使能信号EN，晶体管MN0的源极接地；所述晶体管MP1的源极接VCC，漏极接所述晶体管MP4的栅极和晶体管MN1的漏极，栅极接晶体管MP0和MN0的漏极；所述晶体管MN1的源极接地，栅极接晶体管MP1、MP2、MN2的栅极；所述晶体管MP2的源极接VCC，漏极接晶体管MP5的源极；所述晶体管MP3的源极接VCC，漏极接晶体管MP4的源极、MP5的栅极，栅极接负载电容Cload的下端板；所述晶体管MP4的漏极接地；所述晶体管MP5的漏极接电阻R，电阻R的另一端接晶体管MN3的漏极、栅极及晶体管MN2的漏极，晶体管MN3的栅极接晶体管MN2的漏极、晶体管MN4的栅极及电容C，晶体管MN2、MN3、MN4的源极及电容C的另一端接地；所述晶体管MN4的漏极接负载电容Cload的下端板；所述负载电容Cload的上端板接VCC。
基于上述的一种快速启动电路，本发明还提供一种快速启动电路的启动方法，包括如下步骤：
(S1)电路使能后，不同晶体管的栅极端电压发生变化，电容C开始充电；
(S2)随着电容C的电容储能上升，栅极端与电容C相连的的晶体管的电压逐渐升高，流过该晶体管的电流也逐渐增加；
(S3)负载电容开始放电，电路工作点建立；
(S4)负载电容的下极板电压下降到集成电路工作电压时，启动电路关闭，电路启动完成。
进一步地，在所述步骤(S1)中，电容C的具体充电过程为：当电路使能EN从0变成1时，晶体管MP4的栅极电压从0变成1，晶体管MP5的栅极电压为0V，晶体管MP2开启，晶体管MN2关断，晶体管MP5通过电阻R对电容C进行充电。
进一步地，在所述步骤(S2)中，流过晶体管MN3和MN4的电流：
IMN3＝IMN4＝0.5*Kn(VGS-VDH)2*(1+λ*VDS)＝(VCC-VGS)/R；
其中，IMN3为通过晶体管M3的电流，IMN4为通过晶体管MN4的电流，Kn为常数，VGS为晶体管MN4栅极G与晶体管MN4源极S之间的电压降，VDS为晶体管MN4漏极D与晶体管MN4源极S之间的电压降，λ为晶体管的沟道长度。
进一步地，在所述步骤(S4)中，当负载电容Cload的下极板电压达到集成电路工作电压时，晶体管MP3导通，将晶体管MP5的栅极电压上拉到VCC从而关断，流过MN3和MN4的电流为零，电路启动完成；若集成电路的启动电压为V0，由于负载电容Cload上极板电压为VCC，工作点建立之后，IMN4＝Cload*dv/dt，所以启动时间：
Tstartup＝(VCC-V0)*Cload/I＝(VCC-V0)*Cload*R/(VCC-VGS)。
进一步地，所述电路的启动时间可通过设置电阻R的大小调节电路的启动时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明电路结构简单，能够提高电路节点的电压建立速度，提高启动电路的启动速度，并且主电路工作以后会自动关闭启动部分，不需要逻辑电路的硬切换，不增加电路的静态工作电流，不增加额外功耗，在降低功耗的同时又兼具快速启动功能。
(2)本发明还可以通过调整电阻R的阻值，调节电路的启动速度，满足不同电路的对启动时间的需求。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种快速启动电路，包括P型晶体管MP0～MP5，N型晶体管MN0～MN4，电阻R，以及负载电容Cload和电容C；所述晶体管MP0的源极接VCC，漏极与所述晶体管MN0的漏极相接，所述晶体管MP0的栅极与晶体管MN0栅极相接并接入启动电路的使能信号EN，晶体管MN0的源极接地；所述晶体管MP1的源极接VCC，漏极接所述晶体管MP4的栅极和晶体管MN1的漏极，栅极接晶体管MP0和MN0的漏极；所述晶体管MN1的源极接地，栅极接晶体管MP1、MP2、MN2的栅极；所述晶体管MP2的源极接VCC，漏极接晶体管MP5的源极；所述晶体管MP3的源极接VCC，漏极接晶体管MP4的源极、MP5的栅极，栅极接负载电容Cload的下端板；所述晶体管MP4的漏极接地；所述晶体管MP5的漏极接电阻R，电阻R的另一端接晶体管MN3的漏极、栅极及晶体管MN2的漏极，晶体管MN3的栅极接晶体管MN2的漏极、晶体管MN4的栅极及电容C，晶体管MN2、MN3、MN4的源极及电容C的另一端接地；所述晶体管MN4的漏极接负载电容Cload的下端板；所述负载电容Cload的上端板接VCC。
电路快速启动的实现过程如下：当电路使能EN从0变成1时，晶体管MP4的栅极电压从0变成1，晶体管MP5的栅极电压为0V，晶体管MP2开启，晶体管MN2关断，晶体管MP5通过电阻R对电容C进行充电，晶体管MN3和MN4的栅极电压逐级升高，流过MN3和MN4的电流逐渐增加，对负载电容Cload进行放电，放电期间两者的电流为IMN3＝IMN4＝0.5*Kn(VGS-VDH)2*(1+λ*VDS)＝(VCC-VGS)/R；其中，IMN3为通过晶体管M3的电流，IMN4为通过晶体管MN4的电流，Kn为常数，VGS为晶体管MN4栅极G与晶体管MN4源极S之间的电压降，VDS为晶体管MN4漏极D与晶体管MN4源极S之间的电压降，λ为晶体管的沟道长度。常数Kn的计算公式为：Kn＝Kn’*W/L*(1+λ*VDS)，Kn’＝μn*COX，其中，W为晶体管的宽度，L为晶体管的长度，μn为介电常数，COX是栅氧电容。当负载电容Cload的下极板电压达到工作电压时，晶体管MP3导通，将晶体管MP5的栅极电压上拉到VCC从而关断，流过MN3和MN4的电流为零，电路启动完成，主电路启动部分关闭。
由于负载电容Cload上极板电压为VCC，工作点建立之后，下极板电压为V0，IMN4＝Cload*dv/dt，所以启动时间：
Tstartup＝(VCC-V0)*Cload/I＝(VCC-V0)*Cload*R/(VCC-VGS)。
因此，所述电路的启动时间可通过设置电阻R的大小进行调节。
本发明电路结构简单，能够提高电路节点的电压建立速度，提高启动电路的启动速度，并且主电路工作以后会自动关闭启动部分，不需要逻辑电路的硬切换，不增加电路的静态工作电流，不增加额外功耗，在降低功耗的同时又兼具快速启动功能。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速启动电路，其特征在于，包括P型晶体管MP0～MP5，N型晶体管MN0～MN4，电阻R，以及负载电容Cload和电容C；所述晶体管MP0的源极接VCC，漏极与所述晶体管MN0的漏极相接，所述晶体管MP0的栅极与晶体管MN0栅极相接并接入启动电路的使能信号EN，晶体管MN0的源极接地；所述晶体管MP1的源极接VCC，漏极接所述晶体管MP4的栅极和晶体管MN1的漏极，栅极接晶体管MP0和MN0的漏极；所述晶体管MN1的源极接地，栅极接晶体管MP1、MP2、MN2的栅极；所述晶体管MP2的源极接VCC，漏极接晶体管MP5的源极；所述晶体管MP3的源极接VCC，漏极接晶体管MP4的源极、MP5的栅极，栅极接负载电容Cload的下端板；所述晶体管MP4的漏极接地；所述晶体管MP5的漏极接电阻R，电阻R的另一端接晶体管MN3的漏极、栅极及晶体管MN2的漏极，晶体管MN3的栅极接晶体管MN2的漏极、晶体管MN4的栅极及电容C，晶体管MN2、MN3、MN4的源极及电容C的另一端接地；所述晶体管MN4的漏极接负载电容Cload的下端板；所述负载电容Cload的上端板接VCC。
2.如权利要求1所述的一种快速启动电路的启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)电路使能后，不同晶体管的栅极端电压发生变化，电容C开始充电；
(S2)随着电容C的电容储能上升，栅极端与电容C相连的的晶体管的电压逐渐升高，流过该晶体管的电流也逐渐增加；
(S3)负载电容开始放电，电路工作点建立；
(S4)负载电容的下极板电压下降到集成电路工作电压时，启动电路关闭，电路启动完成。
3.根据权利要求2所述的一种快速启动电路的启动方法，其特征在于，在所述步骤(S1)中，电容C的具体充电过程为：当电路使能EN从0变成1时，晶体管MP4的栅极电压从0变成1，晶体管MP5的栅极电压为0V，晶体管MP2开启，晶体管MN2关断，晶体管MP5通过电阻R对电容C进行充电。
4.根据权利要求2所述的一种快速启动电路的启动方法，其特征在于，在所述步骤(S2)中，流过晶体管MN3和MN4的电流：
IMN3＝IMN4＝0.5*Kn(VGS-VDH)2*(1+λ*VDS)＝(VCC-VGS)/R；
其中，IMN3为通过晶体管M3的电流，IMN4为通过晶体管MN4的电流，Kn为常数，VGS为晶体管MN4栅极G与晶体管MN4源极S之间的电压降，VDS为晶体管MN4漏极D与晶体管MN4源极S之间的电压降，λ为晶体管的沟道长度。
5.根据权利要求2所述的一种快速启动电路的启动方法，其特征在于，在所述步骤(S4)中，当负载电容Cload的下极板电压达到集成电路工作电压时，晶体管MP3导通，将晶体管MP5的栅极电压上拉到VCC从而关断，流过MN3和MN4的电流为零，电路启动完成；若集成电路的启动电压为V0，由于负载电容Cload上极板电压为VCC，工作点建立之后，IMN4＝Cload*dv/dt，所以启动时间：
Tstartup＝(VCC-V0)*Cload/I＝(VCC-V0)*Cload*R/(VCC-VGS)。
6.根据权利要求5所述的一种快速启动电路的启动方法，其特征在于，所述电路的启动时间可通过设置电阻R的大小调节电路的启动时间。
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