CN112859993A - 高压带隙基准电压源及其产生方法、高压固定电源及其应用 - Google Patents

高压带隙基准电压源及其产生方法、高压固定电源及其应用 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种高压带隙基准电压源,包括:带隙基准核模块,包括零温度系数电流产生模块,其用于在所述高压带隙基准电压源稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流;高压输出模块,用于根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。本公开还提供了一种高压带隙基准电压源产生方法、高压固定电源及其应用。

Description

高压带隙基准电压源及其产生方法、高压固定电源及其应用
技术领域
本公开涉及高压带隙基准电压源技术领域,具体涉及一种高压带隙基准电压源及其产生方法、高压固定电源及其应用。
背景技术
相对于传统传感器,MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微型机电系统)传感器具有成本低、尺寸小、重量轻、功耗低等诸多优点,已经在消费电子、医疗健康、汽车电子、工业控制等领域实现了越来越多的应用。相对于压阻式、压电式、电磁式等其他敏感机理,电容式MEMS传感器具有灵敏度高、直流特性稳定、温漂小、功耗低,并且温度系数小等优点,广泛应用于压力、加速度、角速度、流量、湿度等测量中。
电容式MEMS传感器一般采用静电激励、电容检测的换能方式,这就需要较高的DC(Direct Current直流)电压作为极化电压,施加在传感器的质量块上,以增大激励静电力,以及提高输出电压(即输出电流)的大小,从而提高器件的机械信噪比。为了节省功耗,一般采用一个高压DC极化电压和一个低压AC(Alternating Current交流)激励电压对MEMS器件进行能量输入。一般地,高压DC极化电压的电压值要高出MEMS传感器接口电路的电源电压很多,所以需要进行高压电路的设计。另一方面,由于诸多MEMS电容式器件需要高分辨率的可编程DC极化电压,以及考虑到该电压的纹波和噪声会影响器件的输出信号质量,所以还需要设计高精度(即低纹波、低噪声)的高压电源。值得庆幸的是,该高压电源的负载是电容式MEMS器件,即很轻的负载。在设计高精度高压电路时可以充分利用这一点。
在现有技术中,如公开文件CN110071629 A公开的技术方案如图1所示,其虽然面向电池管理技术领域,但是其公开的一种高精度低噪声的电源设计方法,利用DC-DC电源+LDO(Low-Dropout Regulator低压差线性稳压器)组合的电源架构,充分利用DC-DC电源的高效率和LDO低纹波噪声等特点,实现电路效率和性能的有效均衡。具体地,使用商用芯片LM5002SD将输入的9V~31V电源转换成高压33V,然后利用LDO芯片TPS7A33RGW将33V高压进行低纹波和低噪声处理,实现高精度的30V高压输出。经过对比分析,现有技术存在以下缺陷:
(1)采用分立商用芯片实现,无法单片实现,即无法与MEMS传感器的其他处理电路实现单片集成。
(2)参考现有技术的架构进行单片化实现时,发现LDO的功率MOS(Metal OxideSemiconductor,金属氧化物半导体)管始终处于线性区,甚至是深度线性区工作,这主要是因为功率MOS管的栅极驱动电路,即误差放大器,采用低电源电压供电(一般为3.3V或5V)造成的,且处于线性区工作的功率MOS管对DC-DC电源的输出电压的纹波和噪声抑制很弱。
(3)由于采用商用芯片实现,功耗和尺寸都很大。
发明内容
为了解决现有技术中上述问题,本公开提供了一种高压带隙基准电压源及其产生方法,通过合理设计高压带隙基准电压源结构,实现了低噪声、低纹波及与温度无关的高压电压输出。
本公开的第一个方面提供了一种高压带隙基准电压源,包括:带隙基准核模块,包括零温度系数电流产生模块,其用于在高压带隙基准电压源稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流;高压输出模块,用于根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
进一步地,零温度系数电流产生模块包括第一支路及第二支路,其中,第一支路由两组并联个数为n的高压PNP与电阻R1串联,并与电阻R2并联构成,用于输出零温度系数的带隙基准电流;第二支路由两个串联的高压PNP与R2并联构成,用于输出一与温度成反比的电压。
进一步地,该带隙基准核模块还包括:两个高压单管PMOS,用于向第一支路及第二支路提供相等的偏置电流;高压放大器,用于将第一支路及第二支路的输出端电压大小调节成一致。
进一步地,高压输出模块由一高压单管PMOS及输出电阻R3构成,该高压单管PMOS用于拷贝零温度系数的带隙基准电流,输出电阻R3用于将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
进一步地,该高压带隙基准电压源还包括:启动电路,用于通过输出电阻R3获取低电压用以驱动启动电路,以使带隙基准核模块成功启动后,该启动电路关闭。
本公开的第二个方面提供了一种高压带隙基准电压源产生方法,包括:在高压带隙基准电路稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流;高压输出模块根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
本公开的第三个方面提供了一种高压固定电源,包括:DC-DC转换器,用于将低压输入电源转换成高压电源;如本公开的第一方面提供的高压带隙基准电压源,用于在高压电源的供电下产生一高压带隙基准电压。
进一步地,DC-DC转换器采用无电感的基于电荷泵结构,其包括:振荡器,用于产生稳定的时钟信号;非交叠时钟产生电路,用于将时钟信号形成两相非交叠时钟信号CK和CKN;电荷泵核,用于在两相非交叠时钟信号CK和CKN的控制下,有序搬移电荷至电荷泵核的输出端,以使低压输入电源转换成高压电源;电阻分压泄放电路,用于将高压电源分压处理,得到一低压电压信号;基准电路,用于产生一参考基准电压信号;比较器,用于将低压电压信号与基准电压信号进行比较,并输出比较结果;逻辑控制电路,用于根据比较结果调节振荡器的使能信号控制,以形成闭环反馈操作,使得电荷泵核的输出电压稳定在一预置电压范围内。
进一步地,该比较结果包括:若低压电压信号大于基准电压信号的电压,该比较器输出“1”,则通过逻辑控制电路控制振荡器关闭;若低压电压信号小于基准电压信号的电压,该比较器输出“0”,则通过逻辑控制电路控制振荡器打开。
进一步地,该高压固定电源还包括:高压缓冲器,用于隔离负载电路对高压带隙基准电压源输出电压的影响,以使高压带隙基准电压源始终保持稳定的高压带隙基准电压驱动负载电路。
本公开的第三个方面提供了一种如本公开的第三个方面提供的高压固定电源在电容式MEMS器件上的应用。
本公开相比现有技术,至少具备以下有益效果:
(1)前级DC-DC转换器的高压输出仅仅作为高压带隙基准电路的电源使用,相比现有技术有效避免了LDO电路方案带来的问题。另外,通过合理设计高压基准电路,可以实现低噪声和低纹波,且可以获得与温度无关的高压电压输出。
(2)采用高压带隙基准电压源而非LDO电路,实现了低功耗设计。由于LDO内部存在反馈机制,为了环路稳定以及输出驱动需要,一般功率PMOS的电流消耗很大,而本公开提供的高压带隙基准电压源,由于不存在从输出到输入的反馈环路,所以不需要考虑整体电路的稳定性,通过灵活设计基准电路的各个支路的偏置电流,在满足输出驱动需要时可以尽量压低电路的整体功耗。
(3)采用高压带隙基准电压源而非LDO电路,实现了可集成的技术方案,相比现有技术中,LDO电路为了稳定性考虑,在片外需要加入一枚较大容值的陶瓷电容,而本公开的技术方案不需要这样大的片外电容,因此可实现单片集成。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势,现在将参考结合附图的以下描述,其中:
图1示意性示出了现有技术的高精度低噪声电源设计电路示意图;
图2示意性示出了根据本公开实施例的高压带隙基准电压源结构示意图;
图3示意性示出了根据本公开实施例的高压带隙基准电压源产生方法示意图;
图4示意性示出了根据本公开实施例的高压固定电源结构示意图;
图5示意性示出了根据本公开实施例的DC-DC转换器结构示意图;
图6示意性示出了根据本公开另一实施例的高压固定电源结构示意图;
图7示意性示出了电容式MEMS传感器结构示意图。
具体实施方式
以下,将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而,明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本公开的概念。
图2示意性示出了根据本公开实施例的高压带隙基准电压源结构示意图。
如图2所示,该高压带隙基准电压源包括:
带隙基准核模块210,其包括:零温度系数电流产生模块,用于在高压带隙基准电压源稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使带隙基准核模块210输出一零温度系数的带隙基准电流。
高压输出模块220,用于根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
根据本公开的实施例,该零温度系数电流产生模块包括第一支路及第二支路,其中,第一支路由两组并联个数为n的高压PNP(Q1)与电阻R1串联,并与电阻R2并联构成,用于输出零温度系数的带隙基准电流;第二支路由两个串联的高压PNP(Q1)与R2并联构成,用于输出一与温度成反比的电压。其中,通过设置高压PNP的比例因子n及电阻R1和电阻R2的电阻值,以使第一支路输出一零温度系数的带隙基准电流。
具体地,本公开实施例中的所有高压PNP(Q1)的基极和集电极相连短路,以使其作为二极管使用,用于在给定的偏置电流作用时产生一个负温度系数的基极-发射极电压。
根据本公开的实施例,该带隙基准核模块210还包括:两个高压单管PMOS(PM2、PM3),用于向第一支路及第二支路提供相等的偏置电流;高压放大器,用于将第一支路及第二支路的输出端电压大小调节成一致。
具体地,该第一支路与第二支路的输出端分别与高压放大器的同相输入端及反相输入端相连,以使节点A及节点B的电压调节为一致,该高压放大器的输出端与高压PM2及高压PM3的栅极相连。其中,该第一支路与第二支路设置的两组堆叠的高压PNP(Q1)作用是为了提供一个较高的DC电位,以适配高压放大器的输入电压值。
具体地,带隙基准核模块210中高压PM2与高压PM3的栅极相连,其源极均外接高压电源,漏极分别与第一支路及第二支路输出端相连,通过高压PM2及高压PM3的偏置作用,使得第一支路及第二支路的DC电流保持一致。
根据本公开的实施例,高压输出模块220由一高压单管PMOS(PM4)及输出电阻R3构成,该高压PM4用于拷贝零温度系数的带隙基准电流,输出电阻R3用于将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
具体地,高压PM4的栅极与高压PM2及高压PM3的栅极相连,其源极外接高压电源,漏极与输出电阻R3相连。
根据本公开的实施例,该高压带隙基准电压源还包括:启动电路230,用于通过输出电阻R3获取低电压用以驱动启动电路,以使带隙基准核模块成功启动后,该启动电路关闭。
具体地,该启动电路230包括:一高压单管PMOS(PM1)及两个一高压单管NMOS(NM1、NM2),该高压PM1的栅极与高压NM1的源极及高压NM2的源极相连并接地,其源极外接高压电源,漏极与高压NM2的栅极及高压NM1的漏极相连,高压NM1的栅极与输出电阻R3上设置的抽头连接,该高压NM2的漏极与高压PM2及高压PM3的栅极相连。
具体地,当高压带隙基准电压源处于上电阶段时,该启动电路230处于启动状态,其输出拉低带隙基准核模块210中高压PM2及高压PM3的栅极电压,以使带隙基准核模块210摆脱零电流状态并开始工作;当高压带隙基准电压源处于上电完成阶段后,该启动电路230在高压输出电路的输出电阻R3抽头电压的控制下,以使其处于关闭状态并停止为带隙基准核模块210提供下拉电压信号。
根据本公开的实施例,输出电阻R3可以采用具有相反温度系数的多晶硅电阻,以抵消电阻自身带来的温度效应。
如图2所示,该第一支路输出的零温度系数的带隙基准电流Ibg可表示为:
Figure BDA0002889259120000071
其中,n为两组并联个数为n的高压PNP比例因子;VT为高压PNP的PN结的热电势,其在27℃时约为26mV;VEB1为Q1管的发射极-基极的导通电压值。
本公开的实施例中,若VT的系数设置为21,则带隙基准电流Ibg在27℃处的温度系数为零,则通过公式1可以灵活调节电阻R2的阻值,以实现各种不同应用需求的带隙基准电流值Ibg。因此,相比于传统带隙基准核结构,本公开提供的高压带隙基准电压源可以直接实现带隙基准电流,且电流大小的调节更具灵活性。另外,第一支路和第二支路均使用了串联的两组或两个高压PNP,该结构抬高了高压放大器的同相和反相输入端的直流电压值,相比于传统的非串联结构,该结构更有助于高压放大器的内部设计,即其可以提供更大的设计空间和设计自由度。
本公开的实施例中,假设PM3的电流拷贝比例因子为m(默认值m=1),则输出的高压带隙基准电压可以表达为:
Vout=mIbg*R3 (2)
其中,I3=Ibg,由公式2可知,可以通过灵活调整比例因子m和R3的阻值,可实现任意的高压带隙基准电压输出。相对传统的输出结构,减少了一个高压或低压PNP管,节省了芯片面积。此外,该高压带隙基准电压实现了可调谐,具备任意值输出的能力,以使高压带隙基准电压源的灵活性极大提升。
图3示意性示出了根据本公开实施例的高压带隙基准电压源产生方法示意图。
如图3所示,该方法包括:
S1,在高压带隙基准电压源稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流。
S2,高压输出模块根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
根据本公开的实施例,该高压带隙基准电压源如上述内容所述的具体结构,此处不再表述。
图4示意性示出了根据本公开实施例的高压固定电源结构示意图。
如图4所示,该高压固定电源包括:
DC-DC转换器410,其用于将低压输入电源转换成高压电源。
如上述实施例所示的高压带隙基准电压源420,用于在高压电源的供电下产生一高压带隙基准电压。
根据本公开的实施例,如图5所示,该DC-DC转换器410采用无电感的基于电荷泵结构,其包括:
振荡器4101,用于产生稳定的时钟信号。
非交叠时钟产生电路4102,其输入端与振荡器4101的输出端相连,用于将时钟信号形成两相非交叠时钟信号CK和CKN。
电荷泵核4103,其输入端与非交叠时钟产生电路4102的输出端相连,用于在两相非交叠时钟信号CK和CKN的控制下,有序搬移电荷至电荷泵核的输出端,以使低压输入电源转换成高压电源。
电阻分压泄放电路4104,其输入端与电荷泵核4103的输出端相连,用于将高压电源分压处理,得到一低压电压信号。其中,该电阻分压泄放电路包括电阻R4及电阻R5,该电阻R4一端与电荷泵核的输出端相连,另一端分别与比较器4106的第一输入端及电阻R5相连,该电阻R5另一端接地。
基准电路4105,其输出端与比较器4106的第二输入端相连,用于产生一参考基准电压信号。
比较器4106,用于将低压电压信号与基准电压信号进行比较,并输出比较结果。
逻辑控制电路4107,其输入端与比较器4106的输出端相连,用于根据比较结果调节振荡器的使能信号控制,以形成闭环反馈操作,使得电荷泵核4103的输出电压稳定在一预置电压范围内。
具体地,该比较结果包括:若低压电压信号大于基准电压信号的电压,该比较器4106输出“1”,则通过逻辑控制电路控制振荡器关闭;若低压电压信号小于基准电压信号的电压,该比较器输出“0”,则通过逻辑控制电路控制振荡器打开。
其中,如图5所示,在进行信号模拟测试时,将DC-DC转换器410的高压输出端VDDH接入一等效电路4108进行模拟,该等效电路的容性负载由CL模拟,电流负载由电阻RL模拟,其中,容性负载由CL与电阻RL并联。
具体地,如图4所示,在DC-DC转换器410的输入端输入一低压电源,该低压电源可以为1.8V、3.3V或5V等,该低压电源经过DC-DC转换器转换为25V的高压电源,然后将该25V的高压电源对高压带隙基准电压源进行供电,以使其输出一个低噪声、低纹波的不随温度变化的20V高压带隙基准电压。最后,该20V高压带隙基准电压可应用于高精度电压驱动电容式MEMS器件的输入电源。
本公开的另一实施例中,如图6所示,该高压固定电源还包括:高压缓冲器430,用于隔离负载电路对高压带隙基准电压源输出电压的影响,以使高压带隙基准电压源始终保持稳定的高压带隙基准电压驱动负载电路,该高压缓冲器430的输入端与高压带隙基准电压源420相连。
根据本公开的实施例,本公开提供的高压固定电源中的高压带隙基准电压源如上述内容所述的具体结构,此处不再表述。
需说明的是,本公开的实施例并不仅适用于低压1.8V、3.3V或5V转换为25V的高压电源,并通过高压带隙基准电压源输出一不随温度变化的20V高压基准电压,其仅为说明本公开实施例作用原理的一实施例说明,在实际应用中可根据实际需求进行相应的其他任何的低压转高压的输出,但其需保证高压带隙基准电源的输入电压必须高于其输出电压。
另外,该DC-DC转换器410并不仅限于采用无电感的基于电荷泵结构,其还可以采用带电感的Buck或Boost结构,该Dickson电荷泵还可以用改进型电荷泵来代替,例如基于四相非交叠时钟、基于动态时钟电压幅度、基于动态时钟频率等等代替实现相应的功能。
本公开提供的一种高压固定电源,其通过前级DC-DC转换器的高压输出仅仅作为高压带隙基准电路的电源使用,相比现有技术有效避免了LDO电路方案带来的问题,并通过合理设计高压基准电路,实现了低噪声、低纹波及与温度无关的高压电压输出。另外,通过高压带隙基准电压源而非LDO电路,由于其不存在从输出到输入的反馈环路,所以不需要考虑整体电路的稳定性,通过灵活设计基准电路的各个支路的偏置电流,在满足输出驱动需要时可以尽量压低电路的整体功耗,并可实现单片的集成化,使其应用更加广泛。
本公开还公开了如上所述的高压固定电源在电容式MEMS传感器上的应用。
图7示意性示出了电容式MEMS传感器结构示意图。
如图7所示,该电容式MEMS传感器由输入电极、质量块和输出电极组成,其中,该输入电极及输出电极固定设置,该质量块沿x轴水平振动。
具体地,输入电极和输出电极均采用梳齿结构,输入电极与质量块构成输入电容C1,输出电极与质量块构成输出电容C2;在本公开提供的高压固定电源VDC作为输入,连接到质量块上;低压交变电源VAC作为另一路输入,连接到输入电极上;输出电极连接至外部微弱信号检测电路,以读取电容式MEMS传感器的量测信息。
具体地,在本公开提供的高压固定电源和低压交变电压源的共同作用下,通过输入电容C1形成静电激励,推动质量块沿着x轴方向振动。随着质量块在x轴方向稳定地简谐振动,输出电容C2的容值也会发生简谐变化,检测此电容值就能推导出MEMS传感器所蕴涵的量测信息。
其中,根据电容式MEMS传感器的工作原理,该高压固定电源VDC的纹波越小、噪声越小,则输出电容C2的容值信息保真度越好,微弱信号检测电路的设计压力则越低。因此,通过提供的低纹波、低噪声的高压固定电压源有助于实现高性能的MEMS传感器测控系统。
尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本公开,但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。
本领域技术人员可以理解,本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合,即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地,在不脱离本公开精神和教导的情况下,本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开,但是本领域技术人员应该理解,在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下,可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此,本公开的范围不应该限于上述实施例,而是应该不仅由所附权利要求来进行确定,还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (11)

1.一种高压带隙基准电压源,其特征在于,包括:
带隙基准核模块,包括零温度系数电流产生模块,其用于在所述高压带隙基准电压源稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使所述带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流;
高压输出模块,用于根据输出电阻R3将所述零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
2.根据权利要求1所述的高压带隙基准电压源,其特征在于,所述零温度系数电流产生模块包括第一支路及第二支路,其中,
所述第一支路由两组并联个数为n的高压PNP与电阻R1串联,并与电阻R2并联构成,用于输出所述零温度系数的带隙基准电流;
所述第二支路由两个串联的高压PNP与R2并联构成,用于输出一与温度成反比的电压。
3.根据权利要求2所述的高压带隙基准电压源,其特征在于,所述带隙基准核模块还包括:
两个高压单管PMOS,用于向所述第一支路及所述第二支路提供相等的偏置电流;
高压放大器,用于将所述第一支路及所述第二支路的输出端电压大小调节成一致。
4.根据权利要求1所述的高压带隙基准电压源,其特征在于,所述高压输出模块由一高压单管PMOS及所述输出电阻R3构成,所述高压单管PMOS用于拷贝所述零温度系数的带隙基准电流,所述输出电阻R3用于将所述零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
5.根据权利要求1所述的高压带隙基准电压源,其特征在于,所述高压带隙基准电压源还包括:
启动电路,用于通过所述输出电阻R3获取低电压用以驱动所述启动电路,以使所述带隙基准核模块成功启动后,所述启动电路关闭。
6.一种高压带隙基准电压源产生方法,其特征在于,包括:
在高压带隙基准电压源稳定工作时,产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流,该两路电流以一定比例关系叠加后,以使所述带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流;
所述高压输出模块根据输出电阻R3将所述零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。
7.一种高压固定电源,其特征在于,包括:
DC-DC转换器,用于将低压输入电源转换成高压电源;
如权利要求1至6任意一项所述的高压带隙基准电压源,用于在所述高压电源的供电下产生一高压带隙基准电压。
8.根据权利要求7所述的高压固定电源,其特征在于,所述DC-DC转换器采用无电感的基于电荷泵结构,其包括:
振荡器,用于产生稳定的时钟信号;
非交叠时钟产生电路,用于将所述时钟信号形成两相非交叠时钟信号CK和CKN;
电荷泵核,用于在所述两相非交叠时钟信号CK和CKN的控制下,有序搬移电荷至所述电荷泵核的输出端,以使低压输入电源转换成高压电源;
电阻分压泄放电路,用于将所述高压电源分压处理,得到一低压电压信号;
基准电路,用于产生一参考基准电压信号;
比较器,用于将所述低压电压信号与所述基准电压信号进行比较,并输出比较结果;
逻辑控制电路,用于根据所述比较结果调节所述振荡器的使能信号控制,以形成闭环反馈操作,使得所述电荷泵核的输出电压稳定在一预置电压范围内。
9.根据权利要求8所述的高压固定电源,其特征在于,所述比较结果包括:
若所述低压电压信号大于所述基准电压信号的电压,所述比较器输出“1”,则通过所述逻辑控制电路控制所述振荡器关闭;
若所述低压电压信号小于所述基准电压信号的电压,所述比较器输出“0”,则通过所述逻辑控制电路控制所述振荡器打开。
10.根据权利要求7所述的高压固定电源,其特征在于,该高压固定电源还包括:
高压缓冲器,用于隔离负载电路对所述高压带隙基准电压源输出电压的影响,以使所述高压带隙基准电压源始终保持稳定的所述高压带隙基准电压驱动负载电路。
11.一种如权利要求7至10任意一项所述的高压固定电源在电容式MEMS器件上的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113703510A (zh) * 2021-08-30 2021-11-26 江苏集萃智能集成电路设计技术研究所有限公司 一种低功耗的带隙基准电路
US11815927B1 (en) 2022-05-19 2023-11-14 Changxin Memory Technologies, Inc. Bandgap reference circuit and chip

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199427A1 (en) * 1985-04-22 1986-10-29 Precision Monolithics Inc. Precision bandgap voltage reference
CN201689355U (zh) * 2009-11-09 2010-12-29 天津南大强芯半导体芯片设计有限公司 一种非对称型偏置电压补偿带隙基准电路
CN202083976U (zh) * 2011-05-05 2011-12-21 王宇星 一种高精度cmos带隙基准电路
CN103207636A (zh) * 2012-01-17 2013-07-17 国民技术股份有限公司 一种用于提供低噪声带隙基准电压源的电路
CN209281892U (zh) * 2018-10-30 2019-08-20 长鑫存储技术有限公司 电源调节电路及存储器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199427A1 (en) * 1985-04-22 1986-10-29 Precision Monolithics Inc. Precision bandgap voltage reference
CN201689355U (zh) * 2009-11-09 2010-12-29 天津南大强芯半导体芯片设计有限公司 一种非对称型偏置电压补偿带隙基准电路
CN202083976U (zh) * 2011-05-05 2011-12-21 王宇星 一种高精度cmos带隙基准电路
CN103207636A (zh) * 2012-01-17 2013-07-17 国民技术股份有限公司 一种用于提供低噪声带隙基准电压源的电路
CN209281892U (zh) * 2018-10-30 2019-08-20 长鑫存储技术有限公司 电源调节电路及存储器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEIWEI HUANG: "A bandgap voltage reference design for high power supply", 《IEEE》 *
陈华等: "一种利用门电路实现可靠启动的记载电流源", 《现代电子技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113703510A (zh) * 2021-08-30 2021-11-26 江苏集萃智能集成电路设计技术研究所有限公司 一种低功耗的带隙基准电路
CN113703510B (zh) * 2021-08-30 2022-07-22 江苏集萃智能集成电路设计技术研究所有限公司 一种低功耗的带隙基准电路
US11815927B1 (en) 2022-05-19 2023-11-14 Changxin Memory Technologies, Inc. Bandgap reference circuit and chip

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