CN114546013A - 一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，包括电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管，所述电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管依次连接，所述电流检测电路采用正输入端带有失调电压的比较器。通过使用本发明，可以使电流模基准电路上电后成功脱离零电流工作点及小电流工作点，使基准电路正常工作。本发明作为一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，可广泛应用于集成电路领域。

Description

一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路。

背景技术

带隙基准电路是一种常用的模拟集成电路，其功能是为集成电路中的各个电路模块提供一个不随环境温度及电源电压变化的稳定参考电压或偏置电流。带隙基准电路主要分为电压模架构的带隙基准及电流模架构的带隙基准。其中，电压模架构的带隙基准的输出基准电压一般为1.25V左右，不适用于电源电压较低的应用。电流模架构的带隙基准的输出电压可以调整，相比于电压模形式的基准更不易受电源电压的限制，并且具有更好的PSRR(电源抑制比)性能，应用范围更加广泛。但是，面向电流模基准电路的传统启动电路无法对该电流模基准电路在小电流状态工作点起作用。在一些极端的条件下，如低温或者工艺角漂移时，电路上电后，启动电路工作会使电路脱离零电流点进入小电流工作点并保持稳定，此时节点的电压已经使启动电路关闭，而电路未正常工作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，可以使电流模基准电路上电后成功脱离零电流工作点及小电流工作点，使基准电路正常工作。

本发明所采用的第一技术方案是：一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，包括电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管，所述电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管依次连接，所述电流检测电路采用正输入端带有失调电压的比较器。

进一步，所述电流模基准电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一放大器，所述第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极和第一放大器的输出端相连，所述第一晶体管的漏极、第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和第一放大器的正输入端相连，所述第二晶体管的漏极、第四晶体管的发射极、第三电阻的第一端和第一放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与第三晶体管的发射极连接。

进一步，所述电流检测电路的输入端与第一电阻的两端相连，用于检测流经第一电阻的电流。

进一步，所述电流检测电路包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和尾电流晶体管，所述第五晶体管的栅极与第一电阻的第一端连接，所述第五晶体管的源极、第六晶体管的源极和尾电流晶体管的漏极相连，所述第五晶体管的漏极、第七晶体管的漏极、第七晶体管的栅极和第八晶体管的栅极相连，所述第六晶体管的栅极与第一电阻的第二端连接，所述第六晶体管的漏极、第八晶体管的漏极和第一级反相电路的输入相连，所述第五晶体管的尺寸与第六晶体管的尺寸不匹配。

进一步，所述第一级反相电路和第二级反相电路均采用反相器组成。

进一步，所述第一级反相电路和第二级反相电路均采用晶体管组成。

进一步，工作原理步骤如下：

当电路上电后还未成功启动，检测到流经第一电阻的电流为0或处于小电流状态；

电流检测电路中带有失配的比较器检测到第一电阻两端的电压差小于触发电压，输出低电平；

低电平通过第一级反相电路、第二级反相器后在第二级反相器的输出端输出0电位，打开启动晶体管；

通过启动晶体管的作用将第一晶体管、第二晶体管的栅极电压拉低，使电路正常工作。

电路正常工作后，有大电流流经第一电阻；

电流检测电路检测到节点第一电阻的第一端电压大于第二端电压，输出为高电平；

高电平通过第一级反相电路、第二级反相电路后在第二级反相器的输出端输出电源电压，关闭启动晶体管，使电路停止工作。

本发明的有益效果是：本发明为电流检测型启动电路，可以更准确的判断电流模基准电路是否在正确的工作状态，该启动电路可以成功使电路脱离零电流工作点及小电流工作点，保证电路处于正常工作状态，引入的失调电压，将提高电流的判断准确度，从而确保启动电路正确开启与关断。

附图说明

图1是本发明一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路的步骤流程图；

图2是本发明具体实施例电流检测电路的晶体管级示意图；

图3是本发明启动电路的一种具体实施例示意图；

图4是本发明启动电路的另一具体实施例示意图；

图5是本发明启动电路的瞬态仿真结果；

图6是本发明启动电路与传统启动电路的温度特性仿真对比结果；

附图标记：M0、启动晶体管；M1、第一晶体管；M2、第二晶体管；Q1、第三晶体管；Q2、第四晶体管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；U1、第一放大器；MP1、第五晶体管；MP2、第六晶体管；MN1、第七晶体管；MN2、第八晶体管；MB、尾电流晶体管；节点、N1-N5；MP3、第九晶体管；MN3、第十晶体管；MP4、第十一晶体管；MN4、第十二晶体管；MP5、第十三晶体管；MP6、第十四晶体管；MN5、第十五晶体管；MP7；第十六晶体管；MN6、第十七晶体管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

参照图1和图2，本发明提供了一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，包括电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管M0，所述电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管M0依次连接，所述电流检测电路采用正输入端带有失调电压的比较器。

具体地，所述电流检测电路，主要由一个正输入端带有一定失调电压Vos的比较器构成，该比较器的输入端为电流检测电路的电流检测端，该比较器的输出端为电流检测电路的输出端。

所述电流模基准电路包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管Q1、第四晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一放大器U1，所述第一晶体管M1的栅极、第二晶体管M2的栅极和第一放大器U1的输出端相连，所述第一晶体管M1的漏极、第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端和第一放大器U1的正输入端相连，所述第二晶体管M2的漏极、第四晶体管Q2的发射极、第三电阻R3的第一端和第一放大器U1的负输入端连接，所述第一电阻R1的第二端与第三晶体管Q1的发射极连接。

具体地，所述第一级反相电路、第二级反相电路具体为第一级反向器、第二级反相器，所述电流检测电路的输出端与第一级反相器的输入端相连，所述第一级反相器的输出端与第二级反相器的输入端相连，所述第二级反相器的输出端与启动晶体管M0的栅极相连，启动晶体管M0的漏极接地，启动晶体管M0源极与第一晶体管M1、第二晶体管M2的栅极相连。

所述电流检测电路包括第五晶体管MP1、第六晶体管MP2、第七晶体管MN1、第八晶体管MN2和尾电流晶体管MB，所述第五晶体管MP1的栅极与第一电阻R1的第一端连接，所述第五晶体管MP1的源极、第六晶体管MP2的源极和尾电流晶体管MB的漏极相连，所述第五晶体管MP1的漏极、第七晶体管MN1的漏极、第七晶体管MN1的栅极和第八晶体管MN2的栅极相连，所述第六晶体管MP2的栅极与第一电阻R1的第二端连接，所述第六晶体管MP2的漏极、第八晶体管MN2的漏极和第一级反相电路的输入相连，所述第五晶体管MP1的尺寸与第六晶体管MP2的尺寸不匹配。

具体地，带有失调电压Vos的比较器构成的电流检测电路，由输入晶体管(第五晶体管MP1、第六晶体管MP2)、负载晶体管(第七晶体管MN1、第八晶体管MN2)和尾电流晶体管MB组成，第五晶体管MP1的栅极为电流检测电路的正输入端，第六晶体管MP2的栅极为电流检测电路的负输入端，第六晶体管MP2的漏极为电流检测电路的输入端。为了在正输入端设置一定的失调电压Vos，第五晶体管MP1、第六晶体管MP2的尺寸设置为不匹配，即第五晶体管MP1的尺寸为第六晶体管MP2的尺寸的n倍(n>1)。

参阅图3，进一步作为一种优选实施方式，所述第一级反相电路由第九晶体管MP3和第十晶体管MN3组成，所述第二反向电路由第十一晶体管MP4和第十二晶体管MN4组成，所述第九晶体管MP3和第十一晶体管MP4为PMOS晶体管，所述第十晶体管MN3和第十二晶体管MN4为NMOS晶体管。

参阅图4，进一步作为另一种优选实施方式，所述第一级反相电路由第十三晶体管MP5、第十四晶体管MP6及第十五晶体管MN5组成，第十三晶体管MP5和第十四晶体管MP6串联，第十三晶体管MP5的漏极与第十五晶体管MN5的漏极相连，第十五晶体管MN5的栅极与电流检测电路的输出端相连。所述第二级反相电路由第十六晶体管MP7及第十七晶体管MN6组成。当电流检测电路输出为低电平时，第十五晶体管MN5关闭，节点N4为高电平，通过第二级反相电路使节点N5为低电位，打开启动晶体管M0；反之，当电流检测电路输出为高电平时，第十五晶体管MN5打开，节点N4为低电平，通过第二级反相电路使节点N5为VDD，关闭启动晶体管M0。

进一步作为优选实施例，工作原理步骤如下：

当电路上电后还未成功启动时，流经第一电阻R1的电流为0(电路在零电流状态)或者极小(电路在小电流状态)，此时第一电阻R1的两端的电压差为0或者极小，电流检测电路中带有失配的比较器检测到第一电阻R1两端的电压差小于该比较器的触发电压，在节点N3输出为一个较低的电压，该电压通过第一级反相电路在节点N4输出电压为电源电压VDD，再经过第二级反相电路在节点N5输出0电位，从而打开启动晶体管M0，通过启动晶体管M0的作用下将Vo的电压拉低，使电路正常工作。电路正常工作后，有电流流经第一电阻R1，电流检测电路检测到节点N1的电压大于节点N2，比较器输出为较高的电平，通过第一级反相电路及第二级反相电路使节点N5的电平为VDD，关闭启动晶体管M0，从而关闭启动电路。

参阅图5，为对于图4的本发明实施例进行上电启动的瞬态仿真结果。VDD上电后，该电路经过8μs的时间使电路处于正常工作状态并保持稳定。

参阅图6，为本发明实施例与传统启动电路的电流Iref随温度变化的仿真结果。传统的启动电路在对采用蒙特卡若对不同工艺角及随机失配仿真时，会出现图6所示的在低温度段工作在小电流状态而启动电路已关闭的情况。而本发明提出的电流检测型的电流模带隙基准启动电路，在任何工艺角及失配的情况下，均为图中所示的正常工作状态。上述仿真结果证明了本发明提出的电路的性能优越性。

综上所述：本发明的电流检测型的电流模带隙基准启动电路，用在正输入端带有一定失调电压的比较器作为电流检测电路来判定启动的电路的开断，使电流模带隙基准不仅能脱离零电流工作点也能脱离小电流工作点，保证基准电路工作在正常工作状态。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，包括电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管，所述电流模基准电路、电流检测电路、第一级反相电路、第二级反相电路和启动晶体管依次连接，所述电流检测电路采用正输入端带有失调电压的比较器。

2.根据权利要求1所述一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，所述电流模基准电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一放大器，所述第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极和第一放大器的输出端相连，所述第一晶体管的漏极、第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和第一放大器的正输入端相连，所述第二晶体管的漏极、第四晶体管的发射极、第三电阻的第一端和第一放大器的负输入端连接，所述第一电阻的第二端与第三晶体管的发射极连接。

3.根据权利要求2所述一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，所述电流检测电路的输入端与第一电阻的两端相连，用于检测流经第一电阻的电流。

4.根据权利要求3所述一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，所述电流检测电路包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和尾电流晶体管，所述第五晶体管的栅极与第一电阻的第一端连接，所述第五晶体管的源极、第六晶体管的源极和尾电流晶体管的漏极相连，所述第五晶体管的漏极、第七晶体管的漏极、第七晶体管的栅极和第八晶体管的栅极相连，所述第六晶体管的栅极与第一电阻的第二端连接，所述第六晶体管的漏极、第八晶体管的漏极和第一级反相电路的输入相连，所述第五晶体管的尺寸与第六晶体管的尺寸不匹配。

5.根据权利要求4所述一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，所述第一级反相电路和第二级反相电路均采用反相器组成。

6.根据权利要求4所述一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，所述第一级反相电路和第二级反相电路均采用晶体管组成。

7.根据权利要求2所述一种采用带有失配的比较器检测电流的基准启动电路，其特征在于，工作原理步骤如下：

当电路上电后还未成功启动，检测到流经第一电阻的电流为0或处于小电流状态；

电流检测电路中带有失配的比较器检测到第一电阻两端的电压差小于触发电压，输出低电平；

低电平通过第一级反相电路、第二级反相器后在第二级反相器的输出端输出0电位，打开启动晶体管；

通过启动晶体管的作用将第一晶体管、第二晶体管的栅极电压拉低，使电路正常工作。

电路正常工作后，有大电流流经第一电阻；

电流检测电路检测到节点第一电阻的第一端电压大于第二端电压，输出为高电平；

高电平通过第一级反相电路、第二级反相电路后在第二级反相器的输出端输出电源电压，关闭启动晶体管，使电路停止工作。

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