CN112835407B - 基于单电源的多电压域产生电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于单电源的多电压域产生电路，包括直流转换模块、次级转换模块、带隙基准电路模块、第一低压差线性稳压模块和第二低压差线性稳压模块；直流转换模块用于将外部电源的电压转换为第一电压；带隙基准电路模块用于基于第一电压产生独立于外部电源的基准电压；第一低压差线性稳压模块用于基于第一电压以及基准电压产生第二电压；次级转换模块用于基于外部输入的控制位产生受控于控制位的第三电压；第二低压差线性稳压模块用于基于第三电压以及基准电压产生受控于控制位的第四电压。本申请能够在只有一个外部电源供电的情况下产生多个不同的低压电源，从而能够分别为不同电压需求的电路供电。

Description

基于单电源的多电压域产生电路

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种基于单电源的多电压域产生电路。

背景技术

随着集成电路工艺的不断发展，电路的集成规模越来越大，数模混合电路的设计成为主流趋势，在一个芯片中常常既包含小规则线宽低压的数字部分，也包含大线宽的常压模拟电路，甚至同时包含高压大电流的功率器件。这就使得在一个芯片中要同时考虑三个不同电压域的供电情况，这给芯片电路设计造成很大的难度。如何在一个外部电源供电的情况下实现在一个电路内部产生多个不同的电压源是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于单电源的多电压域产生电路。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种基于单电源的多电压域产生电路，包括直流转换模块、次级转换模块、带隙基准电路模块、比较模块、第一低压差线性稳压模块和第二低压差线性稳压模块；

所述直流转换模块用于将外部电源的电压转换为第一电压；所述第一电压低于所述外部电源的电压；

所述带隙基准电路模块用于基于所述第一电压产生独立于所述外部电源的基准电压；

第一低压差线性稳压模块用于基于所述第一电压以及所述基准电压产生第二电压；

所述次级转换模块用于基于外部输入的控制位产生受控于所述控制位的第三电压；

所述第二低压差线性稳压模块用于基于所述第三电压以及所述基准电压产生受控于所述控制位的第四电压。

进一步地，所述基于单电源的多电压域产生电路还包括稳压电路模块，所述稳定电路模块用于保持所述第一电压处于稳定状态。

进一步地，所述稳压电路模块包括电阻和稳压二极管，所述电阻与所述稳压二极管的负极相连接。

进一步地，所述直流转换模块包括第一金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）、第二MOSFET、第四MOSFET、第五MOSFET、第一三极管和第二三极管；所述第一MOSFET的栅极与所述第二MOSFET的栅极相连接，所述第二MOSFET的源极与所述第四MOSFET的漏极相连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极相连接，所述第四MOSFET的源极与所述第一三极管的集电极相连接，所述第五MOSFET的源极与所述第二三极管的集电极相连接；所述第四MOSFET的栅极以及所述第五MOSFET的栅极分别与所述稳压二极管的负极相连接。

进一步地，所述次级转换模块包括第三MOSFET、第六MOSFET、第七MOSFET和一个电阻；所述第三MOSFET的源极与所述电阻相连接；所述第三MOSFET的漏极与所述第一MOSFET的源极相连接；所述第六MOSFET的漏极与所述第五MOSFET的源极相连接，所述第六MOSFET的源极与所述第七MOSFET的漏极相连接。

进一步地，所述基于单电源的多电压域产生电路还包括比较模块；所述第三MOSFET的栅极以及所述第三MOSFET的源极分别与所述比较模块相连接，所述比较模块用于将所述第三MOSFET的栅极电压与所述第三MOSFET的源极电压进行比较，根据比较结果输出一个指示信号。

进一步地，所述第一MOSFET、所述第二MOSFET和所述第六MOSFET均为P沟道增强型MOSFET，所述第三MOSFET、所述第四MOSFET、所述第五MOSFET和所述第七MOSFET均为N沟道增强型MOSFET。

进一步地，所述带隙基准电路模块的输入端与所述第五MOSFET的源极相连接。

进一步地，所述第五MOSFET的源极、所述带隙基准电路模块的基准电压输出端分别与所述第一低压差线性稳压模块的两个输入端一一对应连接。

进一步地，所述第三MOSFET的栅极、所述带隙基准电路模块的基准电压输出端分别与所述第二低压差线性稳压模块的两个输入端一一对应连接。

本申请实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例提供的基于单电源的多电压域产生电路，能够在只有一个外部电源供电的情况下，通过直流转换模块、次级转换模块、带隙基准电路模块、第一低压差线性稳压模块和第二低压差线性稳压模块分别产生多个不同的低压电源，从而能够分别为不同电压需求的电路供电。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请的一个实施方式的电路结构框图；

图2示出了本申请的另一实施方式的电路结构框图；

图3示出了本申请的另一实施方式的电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例

如图1所示，本申请的一个实施方式提供了一种基于单电源的多电压域产生电路，包括直流转换模块、次级转换模块、带隙基准电路模块、第一低压差线性稳压模块和第二低压差线性稳压模块；直流转换模块用于将外部电源的电压转换为第一电压；第一电压低于外部电源的电压；带隙基准电路模块用于基于第一电压产生独立于外部电源的基准电压；第一低压差线性稳压模块用于基于第一电压以及基准电压产生第二电压；次级转换模块用于基于外部输入的控制位产生受控于控制位的第三电压；第二低压差线性稳压模块用于基于第三电压以及基准电压产生受控于控制位的第四电压。

基于单电源的多电压域产生电路还包括稳压电路模块，稳定电路模块用于保持第一电压处于稳定状态。

在某些实施方式中，稳压电路模块包括电阻和稳压二极管，电阻与稳压二极管的负极相连接。

在某些实施方式中，直流转换模块包括第一MOSFET、第二MOSFET、第四MOSFET、第五MOSFET、第一三极管和第二三极管；第一MOSFET的栅极与第二MOSFET的栅极相连接，第二MOSFET的源极与第四MOSFET的漏极相连接，第一三极管的基极与第二三极管的基极相连接，第四MOSFET的源极与第一三极管的集电极相连接，第五MOSFET的源极与第二三极管的集电极相连接；第四MOSFET的栅极以及第五MOSFET的栅极分别与稳压二极管的负极相连接。

在某些实施方式中，次级转换模块包括第三MOSFET、第六MOSFET、第七MOSFET和一个电阻；第三MOSFET的源极与电阻相连接；第三MOSFET的漏极与第一MOSFET的源极相连接；第六MOSFET的漏极与第五MOSFET的源极相连接，第六MOSFET的源极与第七MOSFET的漏极相连接。

如图2所示，在某些实施方式中，基于单电源的多电压域产生电路还包括比较模块；第三MOSFET的栅极以及第三MOSFET的源极分别与比较模块相连接，比较模块用于将第三MOSFET的栅极电压与第三MOSFET的源极电压进行比较，根据比较结果输出一个指示信号。

在某些实施方式中，第一MOSFET、第二MOSFET和第六MOSFET均为P沟道增强型MOSFET，第三MOSFET、第四MOSFET、第五MOSFET和第七MOSFET均为N沟道增强型MOSFET。

带隙基准电路模块的输入端与第五MOSFET的源极相连接。

第五MOSFET的源极、带隙基准电路模块的基准电压输出端分别与第一低压差线性稳压模块的两个输入端一一对应连接。

第三MOSFET的栅极、带隙基准电路模块的基准电压输出端分别与第二低压差线性稳压模块的两个输入端一一对应连接。

如图3所示，本申请的另一个实施方式提供了一种基于单电源的多电压域产生电路，包括直流转换模块A、稳压电路模块B、次级转换模块C、带隙基准电路模块BANDGAP、比较模块VBB_OK、第一低压差线性稳压模块LDO1和第二低压差线性稳压模块LDO2。单电源即单个外部电源，多电压域即不同的电压。

直流转换模块A包括四个MOSFET和两个三极管，四个MOSFET分别标记为M1、M2、M4和M5，两个三极管分别标记为Q1和Q2。

次级转换模块C包括三个MOSFET和一个电阻R1，该三个MOSFET分别标记为M3、M6和M7。

稳压电路模块B包括互相连接的电阻R2和稳压二极管Z2。

M1、M2和M6都是P沟道增强型MOSFET，M3、M4、M5和M7都是N沟道增强型MOSFET。Q1和Q2均是NPN型三极管。

M1的栅极与M2的栅极相连接，M1的源极与M2的栅极相连接。M1的源极与M3的漏极相连接，M3的源极与R1的第一端相连接，M3的栅极与VBB_OK相连接。M2的源极与M4的漏极相连接，M4的栅极分别与M5的栅极、R2的第一端以及Z2的负极相连接。M4的源极与Q1的集电极相连接，M5的源极与Q2的集电极相连接。Q1的基极与Q2的基极相连接；Q1的基极与Q1的集电极相连接。M6的漏极与M5的源极相连接，M6的源极与M7的漏极相连接。LDO1、BANDGAP分别与M5的源极相连接，由M5的源极提供电压V1。LDO2、VBB_OK以及M3的栅极分别与M6的源极相连接，由M6的源极提供电压V2。VBB_OK与M3的源极相连接，由M3的源极提供电压VR。LDO1、LDO2分别与BANDGAP的VBG输出端相连接，由BANDGAP的VBG输出端提供电压VBG。BANDGAP还具有两个分别输出电流Ibias1和电流Ibias2的输出端。

M6的栅极以及M7的栅极分别用于接收外部输入的关断控制位SLEEP。

外部的高压电源电压经过直流转换模块A转换降到低压域，得到低压电压，该低压电压通过稳压电路模块B的稳压电路钳位稳定在低压端，用此低压电压作为内部电路的初级电压源V1。

稳压电路模块B包括互相连接的电阻R2和稳压二极管Z2，Z2采用ZENER管。如图2所示电路工作原理图，电路工作原理如下：高压电源VBB经过R2和Z2分压，通过Z2钳位稳定在低压端VD，VD是Z2钳位后的稳定电压值。直流转换模块A的M5能够增大稳定电路模块中钳位电路的带载能力。初级电压源V1用于作为内部电路的初级电压源。当外部的高压电源VBB有较大的变化时，由于Z2的稳压作用，经过M5的源极输出的V1将不受影响，保持输出电压稳定。为拓宽应用的范围，稳压电路模块B不局限于ZENER钳位电压，也可以使用其它电压的钳位二极管或使用独立的电压源产生该电压，比如使用BANDGAP电压升压后的电压值合理设计这个电压，产生诸如3.3V、2.5V、1.8V、1.2V电压源以满足不同的系统应用需求。

带隙基准电路模块，用于产生一个独立于外部的高压电源的电压的参考电压，并作为后级LDO的参考电压，利用初级电压源供电，通过LDO电路产生需要的内部电压源，利用LDO的高电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，PSRR）稳压特性，产生如AVDD=3.3V、DVDD=1.2V的内部工作电压。LDO即low dropout regulator的缩写，即低压差线性稳压器。带隙基准电路模块BANDGAP，利用初级电压源V1产生一个独立于高压电源VBB的基准电压VBG，VBG用于作为LDO1的供电电压。

LDO1利用初级电压源V1以及BANDGAP产生的基准电压VBG，通过自身电路产生内部需要的3.3V电压源，利用LDO1的高PSRR稳压特性，产生稳定的独立于电源电压VBB的内部低压电源。

由外部输入的控制位SLEEP控制的开关管M6和M7，通过PMOS开关M6产生一路受SLEEP控制的电压源V2。

LDO2电路，使用V2作为LDO2的供电电压源，利用VBG电压可以产生另一路受SLEEP控值的内部电压源，比如低压工作的2.5V、1.8V、1.2V数字电压源等。

M3管使用V2做栅极控制开关，配合M1、M2、M4和R1产生一个随电源VBB变化的电阻电压VR，监控VBB上电过程。VBB电压在增大过程中，电阻R端电压VR会逐渐增大，当VBB超过一个设定的阈值时，相应的VR电压也达到一个设计阈值。

比较模块VBB_OK，通过VBB_OK电路内部的比较器，将VR与VBG电压进行比较，输出一个状态指示信号POK，当VR电压逐渐升高到超过VBG时，比较器输出反转显示VBB上电达到正常工作需求。

SLEEP作为外部输入的关断控制位，当SLEEP=0时，M6导通，V2与V1导通，上述电路正常工作；当SLEEP=1时电路进入休眠模式，M6关闭，M7打开，将V2下拉到地，关断以V2做电压源的模块电路LDO2，同时也关断M3,使VR被下拉到地。流经M1的电流没有对地通路，将使得其栅漏电压抬高到VBUS关断M2，M2没有电流流下来，将使得M4没有电流，这样流过Q1和Q2的电流降为零。SLEEP也参与到控制右侧的四个模块电路，当SLEEP=1时，右侧的模块因为进入休眠模式，流经M5的输出电流将为零，这样M5没有电流输出。通过这样的设计使得电路在SLEEP=1时，只剩下R2和Z2作为VBUS直通对地通路，通过增大R2可以减小VBUS到地的电流，降低功耗。

为了拓宽电路的应用，增加了由SLEEP控制的开关管M6/M7，通过PMOS开关M6产生一路分支V2电压源，V2作为LDO2的电压源，可以产生另一路受SLEEP控值的2.5V电压源。

通过V2控制M3管，配合M1、M2、M4和R1产生一个随电源VBB变化的VR，并设计一个VBB_OK模块电路，监控VBB上电过程，当VR超过一个设定的阈值时，可给出一个状态指示信号POK，显示VBB上电达到正常工作需求。

SLEEP为0时，M6导通，V2与V1导通；SLEEP=1时，M6关闭，M7打开，将V2下拉到地，关断以V2做电压源的模块电路LDO2，同时也关断VBB_OK模块电路。

本申请实施例的基于单电源的多电压域产生电路，通过直流转换模块将外部单电源的高压转换为低压，实现外部高压电源在一个宽范围内变化时低压域输出稳定电压维持电路正常工作；高压域可用于功率部分的驱动电源，低压域部分用于低压模拟电路的设计，同时为数字部分小线宽电路专门提供更低压的电压源。在电源上电过程中，控制电路上电顺序，提供不同的控制信号，保证电路在不同的上电和掉电时序条件下，电路内部各部分模块电路的正常工作，确保整个电路的正常工作。

本申请实施例的基于单电源的多电压域产生电路，能够实现在只有一个外部电源供电的情况下，在电路内部产生多个不同的电压域，由一个外部高压电源供电，通过直流转换模块、次级转换模块、带隙基准电路模块、第一低压差线性稳压模块和第二低压差线性稳压模块产生多个不同的低压电源，能够分别为不同的电路供电，能够满足不同线宽的器件的工作需求，减少了系统级多电压源的需求，仅需要一个外部电源就能够满足设计需要，结构简单，降低了产品生产成本，在日益增长的市场竞争中提高产品的竞争力。

以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，包括直流转换模块、次级转换模块、带隙基准电路模块、第一低压差线性稳压模块、第二低压差线性稳压模块和稳压电路模块；

所述直流转换模块用于将外部电源的电压转换为第一电压；所述第一电压低于所述外部电源的电压；

所述带隙基准电路模块用于基于所述第一电压产生独立于所述外部电源的基准电压；

第一低压差线性稳压模块用于基于所述第一电压以及所述基准电压产生第二电压；

所述次级转换模块用于基于外部输入的控制位产生受控于所述控制位的第三电压；

所述第二低压差线性稳压模块用于基于所述第三电压以及所述基准电压产生受控于所述控制位的第四电压；

所述稳压电路模块与所述直流转换模块相连接，所述稳压电路模块用于保持所述第一电压处于稳定状态。

2.根据权利要求1所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述稳压电路模块包括第一电阻和稳压二极管，所述第一电阻与所述稳压二极管的负极相连接。

3.根据权利要求2所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述直流转换模块包括第一MOSFET、第二MOSFET、第四MOSFET、第五MOSFET、第一三极管和第二三极管；所述第一MOSFET的栅极与所述第二MOSFET的栅极相连接，所述第二MOSFET的源极与所述第四MOSFET的漏极相连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极相连接，所述第四MOSFET的源极与所述第一三极管的集电极相连接，所述第五MOSFET的源极与所述第二三极管的集电极相连接；所述第四MOSFET的栅极以及所述第五MOSFET的栅极分别与所述稳压二极管的负极相连接。

4.根据权利要求3所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述次级转换模块包括第三MOSFET、第六MOSFET、第七MOSFET和一个第二电阻；所述第三MOSFET的源极与所述第二电阻相连接；所述第三MOSFET的漏极与所述第一MOSFET的源极相连接；所述第六MOSFET的漏极与所述第五MOSFET的源极相连接，所述第六MOSFET的源极与所述第七MOSFET的漏极相连接。

5.根据权利要求4所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述基于单电源的多电压域产生电路还包括比较模块；所述第三MOSFET的栅极以及所述第三MOSFET的源极分别与所述比较模块相连接，所述比较模块用于将所述第三MOSFET的栅极电压与所述第三MOSFET的源极电压进行比较，根据比较结果输出一个指示信号。

6.根据权利要求4所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述第一MOSFET、所述第二MOSFET和所述第六MOSFET均为P沟道增强型MOSFET，所述第三MOSFET、所述第四MOSFET、所述第五MOSFET和所述第七MOSFET均为N沟道增强型MOSFET。

7.根据权利要求3所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述带隙基准电路模块的输入端与所述第五MOSFET的源极相连接。

8.根据权利要求7所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述第五MOSFET的源极、所述带隙基准电路模块的基准电压输出端分别与所述第一低压差线性稳压模块的两个输入端一一对应连接。

9.根据权利要求4所述的基于单电源的多电压域产生电路，其特征在于，所述第三MOSFET的栅极、所述带隙基准电路模块的基准电压输出端分别与所述第二低压差线性稳压模块的两个输入端一一对应连接。

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