CN115756061A - 超低功耗带隙基准启动电路 - Google Patents

超低功耗带隙基准启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低功耗带隙基准启动电路，其，包括分别与电源电压连接的电流产生单元、第一偏置电压产生单元及第二偏置电压产生单元；所述电流产生单元用以产生nA级电流并产生所述第一偏置电压产生单元的启动电压，所述第一偏置电压产生单元根据所述电流产生单元提供的启动电压启动并生成第一偏置电压，将所述第一偏置电压输出至第二偏置电压产生单元；所述第二偏置电压产生单元以所述第一偏置电压作为启动电压启动并产生第二偏置电压；所述第一偏置电压与所述第二偏置电压均输出至带隙基准电路以启动所述带隙基准电路。本发明的超低功耗带隙基准启动电路能正常启动nA级的带隙基准电路，且启动电路的工作电流也为nA级，降低了功耗，节省了成本。

Description

超低功耗带隙基准启动电路
技术领域
本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种超低功耗带隙基准启动电路。
背景技术
随着便携式电子产品在市场上的广泛普及和迭代，对芯片的功耗和性能要求也越来越高。而带隙基准电路作为集成电路的基本组成部分，在不同产品要求的应用中下，对应的带隙基准电路是不可避免的一部分。
为了实现超低功耗，相对于传统的带隙基准电路，超低功耗带隙基准电路需要用高阻抗来降低工作电流，而为了降低工作电流通常可以通过在带隙基准电路中直接增加电阻串即可简单来实现；但是工作电流为nA级的带隙基准电路中，目前这种通过直接增加电阻串降低工作电流的结构并不能稳定地驱动且维持带隙基准电路结构的正常工作状态，影响带隙基准电路的工作，进一步影响整个芯片的工作性能。
因此，有必要提供一种改进的超低功耗带隙基准启动电路以正常有效地启动带隙基准电路来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低功耗带隙基准启动电路，本发明的超低功耗带隙基准启动电路能正常启动nA级的带隙基准电路，且启动电路的工作电流也为nA级，降低了功耗，节省了成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种超低功耗带隙基准启动电路，其，包括分别与电源电压连接的电流产生单元及第一偏置电压产生单元；所述电流产生单元用以产生nA级电流并产生所述第一偏置电压产生单元的启动电压，所述第一偏置电压产生单元根据所述电流产生单元提供的启动电压启动并生成第一偏置电压，将所述第一偏置电压输出至带隙基准电路以启动所述带隙基准电路；其中，所述第一偏置电压产生单元包括第三MOS管及一电容，所述第三MOS管的漏极与电源电压连接，其栅极与所述电流产生单元连接，其源极与带隙基准电路的一输入端连接，所述电容一端与所述第二MOS管的源极连接，另一端接地。
较佳地，所述超低功耗带隙基准启动电路还包括第二偏置电压产生单元，所述第二偏置电压产生单元分别与电源电压、第一偏置电压产生单元及带隙基准电路的一输入端连接，所述第三MOS管的源极与所述第二偏置电压产生单元连接，以将所述第一偏置电压输入至所述第二偏置电压产生单元，所述第二偏置电压产生单元以所述第一偏置电压作为启动电压启动并产生第二偏置电压，并将所述第二偏置电压输出至带隙基准电路较佳地，所述第二偏置电压产生单元包括第四MOS管及第五MOS管，所述第四MOS管的栅极与第三MOS管的源极连接，其源极接地，所述第三MOS管的漏极与第五MOS管的漏极连接，所述第五MOS管的源极与电源电压连接，其栅极与漏极连接并与带隙基准电路的另一输入端连接。
较佳地，各个所述倒比MOS管均为N型MOS管，且长宽比均大于1。
较佳地，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管均为N型MOS管，所述第五MOS管为P型MOS管。
较佳地，所述第五MOS管与所述带隙基准电路形成电流镜结构。
与现有技术相比，本发明的超低功耗带隙基准启动电路，通过所述电流产生单元产生的nA级电流并依次顺序启动所述第一偏置电压产生单元与第二偏置电压产生单元，并相应先后产生第一偏置电压与第二偏置电压，直到第二偏置电压产生才可启动所述带隙基准电路，且在此启动过程中，所述第一偏置电压与第二偏置电压均是在其所在单元的电压值达到设定启动值才产生的，使得产生的两个偏置电压都稳定可靠，从而可稳定而可靠地启动所述带隙基准电路；而且在整个启动电路的运行过程中，电流产生单元、第一偏置电压产生单元及第二偏置电压产生单元的工作电流均为nA级，也保证了整个启动电路一直维持在超低功耗的水平。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明的超低功耗带隙基准启动电路的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种超低功耗带隙基准启动电路，本发明的超低功耗带隙基准启动电路能正常启动nA级的带隙基准电路，且启动电路的工作电流也为nA级，降低了功耗，节省了成本。
请参考图1，图1为本发明的超低功耗带隙基准启动电路的结构示意图。如图1所示，本发明的超低功耗带隙基准启动电路包括分别与电源电压AVD连接的电流产生单元、第一偏置电压产生单元及第二偏置电压产生单元；所述电流产生单元用以产生nA级电流并产生所述第一偏置电压产生单元的启动电压，所述电流产生单元产生的电流为nA级，同时还向所述第一偏置电压产生单元提供启动电压，从而使得所述电流产生单元与第一偏置电压产生单元的功耗都能保持在比较低的水平，以保证整个启动电路的超低功耗。所述第一偏置电压产生单元根据所述电流产生单元提供的启动电压启动并生成第一偏置电压，将所述第一偏置电压输出至第二偏置电压产生单元；所述第二偏置电压产生单元以所述第一偏置电压作为启动电压启动并产生第二偏置电压；所述第一偏置电压与所述第二偏置电压均输出至带隙基准电路以启动所述带隙基准电路；从而通过所述电流产生单元依次顺序启动所述第一偏置电压产生单元与第二偏置电压产生单元，并相应先后产生第一偏置电压与第二偏置电压，直到第二偏置电压产生才可启动所述带隙基准电路，且在此启动过程中，所述第一偏置电压与第二偏置电压均是在其所在单元的电压值达到设定启动值才产生的，使得产生的两个偏置电压都稳定可靠，从而可稳定而可靠地启动所述带隙基准电路。另外，在一些应用场合，所述带隙基准电路只需要一个偏置电压即可正常启动工作，在此种场景，可以不需要所述第二偏置电压产生单元，通过所述第一偏置产生单元产生的第一偏置电压即可正常启动所述带隙基准电路；因此，本发明的超低功耗带隙基准启动电路在应用过程中，可根据所需要启动的带隙基准电路的具体要求而选择是否加入所述第二偏置电压产生单元。
具体地，如图1所示，所述电流产生单元包括第一MOS管MN1、第二MOS管MN2及n个相互串联连接的倒比MOS管(M1、M2……Mn-1、Mn)，第1个倒比MOS管M1的漏极与电源电压AVD连接，第n个倒比MOS管Mn的源极与所述第二MOS管MN2的漏极、第一MOS管MN1的漏极、栅极共同连接并与所述第一偏置电压产生单元连接，以向所述第一偏置电压产生单元提供启动电压；所述第二MOS管MN2的栅极与带隙基准电路的一输出端连接，从而可通过所述带隙基准电路的输出电压VFB进一步控制所述第二MOS管MN2的导通或关闭，加强反馈控制作用；所述第一MOS管MN1、第二MOS管MN2的源极均接地。作为本发明的优选实施方式，各个所述倒比MOS管(M1、M2……Mn-1、Mn)均为N型MOS管，且长宽比均大于1，从而以保证所述电流产生单元产生的电流Ia很小并为nA级的电流。其中，在本发明中，n为大于1的自然数，n的取值可根据电路的实际使用需求来决定，当n的取值越大时，相应地所述电流产生单元产生的电流就越小，反之，所述电流产生单元产生的电流就越大；因此，只要所述电流产生单元产生的电流Ia为nA级，具体电流值的大小可根据实际情况灵活选择，从而对应选择n的取值。
另外，所述第一偏置电压产生单元包括第三MOS管MN3及一电容C1，所述第三MOS管MN3的漏极与电源电压AVD连接，其栅极与所述电流产生单元连接，其源极与所述第二偏置电压产生单元、带隙基准电路的一输入端连接，以将产生的第一偏置电压VB1输入至所述带隙基准电路；所述电容C1一端与所述第二MOS管的源极连接，另一端接地；在本单元中，所述电流产生单元因为与所述第三MOS管MN3的栅极连接，从而可通过所述电流产生单元上的电压使所述第三MOS管MN3启动导通，并对所述电容C1充电，且在充电过程中慢慢拉高所述第三MOS管MN3源极的电压(也即第一偏置电压VB1)，也即在所述第三MOS管MN3导通的前提下，使所述第一偏置电压VB1的电压值慢慢达到所述带隙基准电路所需要的电压值。
再有，所述第二偏置电压产生单元包括第四MOS管MN4及第五MOS管MP1，所述第四MOS管MN4的栅极与第三MOS管MN3的源极连接，其源极接地，所述第三MOS管MN3的漏极与第五MOS管MP1的漏极连接，所述第五MOS管MP1的源极与电源电压AVD连接，其栅极与漏极连接并与带隙基准电路的另一输入端连接；在本单元中，当所述以第三MOS管MN3的源极电压达到所述第一偏置电压VB1的电压值时，将启动所述第二偏置电压产生单元并使所述第四MOS管MN4导通，将从而使得所述第五MOS管MP1产生第二偏置电压VB2，并输入至所述带隙基准电路，以配合所述第一偏置电压VB1启动所述带隙基准电路。作为本发明的优选实施方式，所述第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3及第四MOS管MN4均为N型MOS管，所述第五MOS管MP1为P型MOS管，以保证能产生对应的稳定的电流与电压。另外，所述第五MOS管MP1与所述带隙基准电路形成电流镜结构，而所述带隙基准电路的工作电流为nA级，所述第五MOS管MP1则镜像所述带隙基准电路的工作电流，使得所述第五MOS管MP1所在的第二偏置电压产生单元的上的电流Ic也为nA级，保证了所述第二偏置电压产生单元的超低功耗。
下面请再参考图1，描述本发明超低功耗带隙基准启动电路的工作原理：
在初始状态下，对于电流产生单元，电路默认导通，倒比MOS管M1～Mn串联，提供足够大的阻值以控制电流产生单元的电流Ia为nA级。而对于第一偏置电压产生单元,带隙基准电路没有开始工作，其输出电压VFB＝0，使得所述第二MOS管MN2处于截止状态；此时，所述第三MOS管MN3由第一MOS管MN1的栅源电压作为栅极偏置电压，使得第三MOS管MN3导通，并开始向所述电容C1充电，其中，可通过调整第三MOS管MN3的宽长比和电容C1电容值的大小来控制对电容C1的充电时间和充电电流Ib的大小。在第二偏置电压产生单元中，由于第一偏置电压VB1的初始值为0(电容C1未充电)，所述第四MOS管MN4未导通，随着所述第三MOS管MN3的导通并向电容C1充电，第一偏置电压VB1逐渐上升，并上升至所述第四MOS管MN4的导通电压而导通所述第四MOS管MN4，从而使得所述第二偏置电压产生单元启动，进而通过所述第五MOS管MP1的栅极产生第二偏置电压VB2；将所述第一偏置电压VB1与第二偏置电压VB2均输入带隙基准电路，以启动所述带隙基准电路进入工作状态。当带隙基准电路处于工作状态后，其输出电压VFB上升，使所述第二MOS管MN2导通，第二MOS管MN2与二极管方式连接的第一MOS管MN1并联，电流Ia全部流向第二MOS管MN2，而n个倒比管M1～Mn与第二MOS管MN2串联分压，由于第二MOS管MN2的阻抗远小于n个倒比管M1～Mn串联后的总阻抗，节点A相当于接地，从而使得所述第三MOS管MN3的栅极电压被下拉到地，第三MOS管MN3截止，所述第一偏置电压产生单元处于关闭状态，并不再对电容C1充电，第一偏置电压VB1不再上升，所述第二偏置电压产生单元随之也稳定下来，第二偏置电压VB2不再变化，带隙基准电路继续维持正常工作。
综上所述，本发明的超低功耗带隙基准启动电路，通过所述电流产生单元产生的nA级电流并依次顺序启动所述第一偏置电压产生单元与第二偏置电压产生单元，并相应先后产生第一偏置电压与第二偏置电压，直到第二偏置电压产生才可启动所述带隙基准电路，且在此启动过程中，所述第一偏置电压与第二偏置电压均是在其所在单元的电压值达到设定启动值才产生的，使得产生的两个偏置电压都稳定可靠，从而可稳定而可靠地启动所述带隙基准电路；而且在整个启动电路的运行过程中，电流产生单元、第一偏置电压产生单元及第二偏置电压产生单元的工作电流均为nA级，也保证了整个启动电路一直维持在超低功耗的水平。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

1.一种超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，包括分别与电源电压连接的电流产生单元及第一偏置电压产生单元；所述电流产生单元用以产生nA级电流并产生所述第一偏置电压产生单元的启动电压，所述第一偏置电压产生单元根据所述电流产生单元提供的启动电压启动并生成第一偏置电压，将所述第一偏置电压输出至带隙基准电路以启动所述带隙基准电路；其中，所述第一偏置电压产生单元包括第三MOS管及一电容，所述第三MOS管的漏极与电源电压连接，其栅极与所述电流产生单元连接，其源极与带隙基准电路的一输入端连接，所述电容一端与所述第二MOS管的源极连接，另一端接地。
2.如权利要求1所述的超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，还包括第二偏置电压产生单元，所述第二偏置电压产生单元分别与电源电压、第一偏置电压产生单元及带隙基准电路的一输入端连接，所述第三MOS管的源极与所述第二偏置电压产生单元连接，以将所述第一偏置电压输入至所述第二偏置电压产生单元，所述第二偏置电压产生单元以所述第一偏置电压作为启动电压启动并产生第二偏置电压，并将所述第二偏置电压输出至带隙基准电路。
3.如权利要求2所述的超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，所述电流产生单元包括第一MOS管、第二MOS管及N个相互串联连接的倒比MOS管，第1个倒比MOS管的漏极与电源电压连接，第n个倒比MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极、第一MOS管的漏极、栅极共同连接并与所述第一偏置电压产生单元连接，所述第二MOS管的栅极与带隙基准电路的一输出端连接，所述第一MOS管、第二MOS管的源极均接地，n为大于1的自然数。
4.如权利要求2所述的超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，所述第二偏置电压产生单元包括第四MOS管及第五MOS管，所述第四MOS管的栅极与第三MOS管的源极连接，其源极接地，所述第三MOS管的漏极与第五MOS管的漏极连接，所述第五MOS管的源极与电源电压连接，其栅极与漏极连接并与带隙基准电路的另一输入端连接。
5.如权利要求3所述的超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，各个所述倒比MOS管均为N型MOS管，且长宽比均大于1。
6.如权利要求4所述的超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管均为N型MOS管，所述第五MOS管为P型MOS管。
7.如权利要求4所述的超低功耗带隙基准启动电路，其特征在于，所述第五MOS管与所述带隙基准电路形成电流镜结构。
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