CN116827106B - 一种高精度高可靠性的电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度高可靠性的电路结构，通过设置启动电路和主电路，启动电路为主电路提供启动电信号，主电路基于该启动电信号启动并在工作稳定后能够为外部结构供电；同时设置保护电路，保护电路中第一保护电路和第二保护电路能够分别在主电路启动过程中和稳定工作状态中控制主电路的工作电信号，避免主电路中的元器件损坏。由此能够确保电路处于各个工作阶段时，均能实现对该高精度高可靠性的电路结构的有效保护，从而大大提高了电路的可靠性。

Description

一种高精度高可靠性的电路结构

技术领域

本发明涉及供电电路技术领域，具体涉及一种高精度高可靠性的电路结构。

背景技术

低压差线性稳压电路是本领域常见的供电电路结构，该供电电路的应用范围较广，如可利用电池作为该供电电路的电源为负载供电，或者将电池作为该供电电路的负载，利用该供电电路为电池充电，从而构成电池供电电路，也可作为半导体集成电路芯片内部的供电电路，为半导体集成电路芯片内部其他电路模块进行供电，从而构成半导体集成电路芯片内部的电压源；

然而，由于现有技术中的低压差线性稳压电路需要额外设置基准电压，从而导致电路体积较大；同时，由于基准电压和低压差线性稳压电路内部器件均受温度影响，从而导致电路的输出电压精度较低；此外，现有技术中的低压差线性稳压电路通常缺乏简易高效的保护电路，从而大大降低电路的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种高精度高可靠性的电路结构，以解决现有技术中低压差线性稳压电路通常缺乏简易高效的保护电路，从而大大降低电路的可靠性的技术问题。

本发明实施例提供的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种高精度高可靠性的电路，所述电路包括：启动电路、保护电路和主电路，所述保护电路包括第一保护电路和/或第二保护电路；

所述启动电路的第一端连接外部电源，所述启动电路的第二端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端，所述启动电路的第三端连接所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述启动电路的第四端连接所述第二保护电路的第二端，所述启动电路的第五端连接所述第二保护电路的第三端，所述启动电路的第六端接地，所述启动电路用于根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述主电路提供启动电信号，所述启动电路还用于为所述第一保护电路以及第二保护电路提供工作电信号；

所述主电路的第三端连接外部电源，所述主电路的第四端接地，所述主电路的第五端连接所述电路的输出端，所述主电路用于根据所述启动电信号启动并在启动完成后达到稳定工作状态；所述第一保护电路的第二端连接外部电源，所述第一保护电路用于结合所述启动电路控制所述主电路处于启动过程中的工作电信号；所述第二保护电路的第四端连接外部电源，所述第二保护电路用于控制所述主电路处于稳定工作状态过程中的工作电信号。

在一种可选地实施方式中，所述主电路包括：第一电流镜电路、第一开关电路和稳定电路；所述第一开关电路的第一端连接外部电源；所述第一电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第一电流镜电路的第二端连接所述第一保护电路的第一端以及所述启动电路的第三端，所述第一电流镜电路的第三端连接所述稳定电路的第一端，所述第一电流镜电路的第四端连接所述稳定电路的第二端以及所述第一开关电路的第二端；所述稳定电路第三端连接所述第一开关电路的第三端以及所述电路的输出端，所述稳定电路的第四端接地；所述第一开关电路用于根据所述启动电信号导通工作，所述稳定电路用于根据所述第一开关电路工作后产生的电信号导通工作，所述第一电流镜电路用于根据所述稳定电路工作后产生的电信号导通工作，所述稳定电路用于根据所述第一电流镜电路工作后产生的电流信号调节所述主电路中的电流直至达到稳定工作状态。

在一种可选地实施方式中，所述第一开关电路包括：第一开关管，所述第一电流镜电路包括：第二开关管、第三开关管和第五开关管；所述第二开关管的第一端连接外部电源，所述第二开关管的第二端连接所述稳定电路的第二端以及所述第一开关管的第二端，所述第二开关管的第三端连接所述第三开关管的第一端、所述第三开关管的第二端、所述第五开关管的第一端以及所述稳定电路的第一端；所述第三开关管的第三端连接外部电源；所述第五开关管的第二端连接外部电源，所述第五开关管的第三端连接所述第一保护电路的第一端以及所述启动电路的第三端。

在一种可选地实施方式中，所述稳定电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、稳压电容、第十五开关管和第十六开关管；所述稳压电容的一端连接所述电路的输出端、所述第一开关电路的第三端以及所述第二电阻的一端，所述稳压电容的另一端接地；所述第二电阻的另一端连接所述第一三极管的第一端、所述第一三极管的第二端、所述第二三极管的第一端、所述第三三极管的第一端以及所述第三电阻的一端；所述第一三极管的第三端连接所述第三电阻的另一端、所述第一电阻的一端、所述第三三极管的第二端并接地；所述第二三极管的第二端连接所述第一电阻的另一端，所述第二三极管的第三端连接所述第十五开关管的第一端；所述第三三极管的第三端连接所述第十六开关管的第一端；所述第十五开关管的第二端连接所述第十六开关管的第二端、所述第十六开关管的第三端以及所述第一电流镜电路的第三端，所述第十五开关管的第三端连接所述第一电流镜电路的第四端以及所述第一开关电路的第二端。

在一种可选地实施方式中，所述电路还包括：第一电流源；所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的阻值满足预设关系时，所述电路的输出端输出零温度系数的输出电压值，所述输出电压值根据所述第二电阻和第三电阻的阻值确定；所述第一电流源连接在外部电源和所述启动电路之间，所述第一电流源输出的电流小于所述主电路处于稳定工作状态时所述第一电流镜电路中的电流。

在一种可选地实施方式中，所述启动电路包括：第二电流镜电路和第二开关电路；

所述第二电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第二电流镜电路的第二端连接所述第二开关电路的第一端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述第二电流镜电路的第三端连接所述第二保护电路的第二端，所述第二电流镜电路的第四端连接所述第二保护电路的第三端，所述第二电流镜电路的第五端接地，所述第二电流镜电路用于根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述第二开关电路、第一保护电路以及第二保护电路提供工作电信号；

所述第二开关电路的第二端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端，所述第二开关电路的第三端接地，所述第二开关电路用于根据第二电流镜电路提供的电信号导通工作并为所述主电路提供启动电信号，所述第二开关电路还用于在所述第一保护电路工作后控制所述主电路启动过程中的工作电信号。

在一种可选地实施方式中，所述第二电流镜电路包括：第四开关管、第十开关管、第十一开关管和第十七开关管；所述第四开关管的第一端连接所述第十开关管的第一端、所述第十一开关管的第一端、所述第十七开关管的第一端、所述第十七开关管的第二端以及外部电源，所述第四开关管的第二端连接所述第十开关的第二端、所述第十一开关管的第二端、所述第十七开关管的第三端并接地，所述第四开关管的第三端连接所述第二开关电路的第一端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端；所述第十开关管的第三端连接所述第二保护电路的第二端；所述第十一开关管的第三端连接所述第二保护电路的第三端。

在一种可选地实施方式中，所述第二开关电路包括：第六开关管和第四电阻；所述第六开关管的第一端连接所述第二电流镜电路的第二端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第四电阻的一端，所述第六开关管的第三端接地；所述第四电阻的另一端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端。

在一种可选地实施方式中，所述第一保护电路包括：第七开关管、第八开关管和第九开关管；所述第七开关管的第一端连接外部电源，所述第七开关管的第二端连接所述第七开关管的第三端以及所述第八开关管的第一端；所述第八开关管的第二端连接所述第八开关管的第三端以及所述第九开关管的第一端；所述第九开关管的第二端连接所述第九开关管的第三端、所述主电路的第二端以及所述启动电路的第三端。

在一种可选地实施方式中，所述第二保护电路包括：第三电流镜电路、第三开关电路以及第四开关电路；所述第三电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第三电流镜电路的第二端连接所述启动电路的第五端，所述第三电流镜电路的第三端连接所述第三开关电路的第一端、所述第四开关电路的第一端以及所述启动电路的第四端，所述第三电流镜电路用于根据所述启动电路提供的电信号导通工作并为所述第三开关电路提供导通工作的电信号；所述第三开关电路的第二端连接所述第四开关电路的第二端以及外部电源，所述第三开关电路用于根据所述第三电流镜提供的电信号导通工作，并输出电信号至所述第四开关电路的第一端；所述第四开关电路的第三端连接所述启动电路的第二端以及所述主电路的第一端，所述第四开关电路用于根据所述第三开关电路输出的电信号和所述主电路稳定工作状态的电信号切换工作状态，控制所述主电路处于稳定工作状态中的工作电信号。

在一种可选地实施方式中，所述第三开关电路包括：第十二开关管和第十三开关管，所述第三电流镜电路包括第十八开关管和第十九开关管，所述第四开关电路包括第十四开关管；所述第十二开关管的第一端连接外部电源，所述第十二开关管的第二端连接所述第十二开关管的第三端以及所述第十三开关管的第一端；所述第十三开关管的第二端连接所述第十三开关管的第三端、所述第十四开关管的第一端、所述第十九开关管的第一端以及所述启动电路的第四端；所述第十四开关管的第二端连接外部电源，所述第十四开关管的第三端连接所述启动电路的第二端以及所述主电路的第一端；所述第十九开关管的第二端连接外部电源，所述第十九开关管的第三端连接所述第十八开关管的第一端、所述第十八开关管的第二端以及所述启动电路的第五端；所述第十八开关管的第三端连接外部电源。

本发明实施例第二方面提供一种电池供电电路，包括：电池和本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的高精度高可靠性的电路；所述电路用于为所述电池供电；或者，所述电池作为外部电源为所述电路提供电信号。

本发明实施例第三方面提供一种半导体集成电路芯片内部的电压源，包括：本发明实施例第一方面及第一方面所述的高精度高可靠性的电路，所述电路用于为芯片内部的功能模块供电。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的高精度高可靠性的电路，通过设置启动电路和主电路，启动电路为主电路提供启动电信号，主电路基于该启动点信号启动并在工作稳定后能够为外部结构供电；同时设置保护电路，保护电路中第一保护电路和第二保护电路能够分别在主电路启动过程中和稳定工作状态中控制主电路的工作电信号，避免主电路中的元器件损坏。由此能够确保电路处于各个工作阶段时，均能实现对该高精度高可靠性的电路结构的有效保护，从而大大提高了电路的可靠性。

本发明实施例提供的高精度高可靠性的电路，通过设置第一电阻、第二电阻以及第三电阻的阻值满足预设关系，从而使得电路的输出端输出零温度系数的输出电压值，其中输出电压值根据第二电阻和第三电阻的阻值确定；由此，该电路无需额外设置基准电压，通过独特的电路设计和参数选取，能够得到任意数值的输出电压值，从而减小了电路体积；同时，在第一电阻、第二电阻以及第三电阻的阻值满足预设关系时，能够得到零温度系数的输出电压值，从而降低了温度对输出电压值的影响，大大提高了电路的输出电压精度。另外通过设置外部电源提供的电流小于电路处于稳定工作状态时第一电流镜电路中的电流，使得当电路处于稳定工作状态时，第一开关管的控制端电压，不受第六开关管的影响，从而提高了主电路运行的可靠性。

本发明实施例提供的电池供电电路，采用上述实施例中的高精度高可靠性的电路作为电源为电池供电，或者采用电池作为该电路的电源，减小了应用该高精度高可靠性的电路结构的电池供电电路的体积，并且降低了温度对该电池供电电路的影响，大大提高了该电池供电电路的输出电压精度和可靠性。

本发明实施例提供的半导体集成电路芯片内部的电压源，采用上述实施例中的高精度高可靠性的电路作为芯片内部的电压源为芯片内部其他功能模块供电，由此减小了应用该高精度高可靠性的电路结构的电压源电路的体积，并且降低了温度对该电压源电路的影响，大大提高了该电压源电路的输出电压精度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中高精度高可靠性的电路的结构框图；

图2为本发明实施例中高精度高可靠性的电路的结构示意图；

图3为本发明实施例中电池供电电路的结构框图；

图4为本发明实施例中半导体集成电路芯片的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种高精度高可靠性的电路，如图1所示，所述电路包括：启动电路10、保护电路和主电路20，所述保护电路包括第一保护电路30和/或第二保护电路40。

所述启动电路10的第一端连接外部电源，所述启动电路10的第二端连接所述主电路20的第一端以及所述第二保护电路40的第一端，所述启动电路10的第三端连接所述主电路20的第二端以及所述第一保护电路30的第一端，所述启动电路10的第四端连接所述第二保护电路40的第二端，所述启动电路10的第五端连接所述第二保护电路40的第三端，所述启动电路10的第六端接地，所述启动电路10用于根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述主电路20提供启动电信号，所述启动电路10还用于为所述第一保护电路30以及第二保护电路40提供工作电信号。

所述主电路20的第三端连接外部电源，所述主电路20的第四端接地，所述主电路20的第五端连接所述电路的输出端，所述主电路20用于根据所述启动电信号启动并在启动完成后达到稳定工作状态。所述第一保护电路30的第二端连接外部电源，所述第一保护电路30用于结合所述启动电路10控制所述主电路20处于启动过程中的工作电信号。所述第二保护电路40的第四端连接外部电源，所述第二保护电路40用于控制所述主电路20处于稳定工作状态中的工作电信号。

本发明实施例提供的高精度高可靠性的电路，通过设置启动电路和主电路，启动电路为主电路提供启动电信号，主电路基于该启动电信号启动并在工作稳定后能够为外部结构供电；同时设置保护电路，保护电路中第一保护电路和第二保护电路能够分别在主电路启动过程中和稳定工作状态中控制主电路的工作电信号，避免主电路中的元器件损坏。由此能够确保电路处于各个工作阶段时，均能实现对该高精度高可靠性的电路结构的有效保护，从而大大提高了电路的可靠性。

在一种可选的实施方式中，所述主电路包括：第一电流镜电路、第一开关电路和稳定电路；所述第一开关电路的第一端连接外部电源；所述第一电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第一电流镜电路的第二端连接所述第一保护电路的第一端以及所述启动电路的第三端，所述第一电流镜电路的第三端连接所述稳定电路的第一端，所述第一电流镜电路的第四端连接所述稳定电路的第二端以及所述第一开关电路的第二端；所述稳定电路第三端连接所述第一开关电路的第三端以及所述电路的输出端，所述稳定电路的第四端接地；所述第一开关电路用于根据所述启动电信号导通工作，所述稳定电路用于根据所述第一开关电路工作后产生的电信号导通工作，所述第一电流镜电路用于根据所述稳定电路工作后产生的电信号导通工作，所述稳定电路用于根据所述第一电流镜电路工作后产生的电流信号调节所述主电路中的电流直至达到稳定工作状态。

其中，所述第一开关电路包括：第一开关管，所述第一电流镜电路包括：第二开关管、第三开关管和第五开关管；所述第二开关管的第一端连接外部电源，所述第二开关管的第二端连接所述稳定电路的第二端以及所述第一开关管的第二端，所述第二开关管的第三端连接所述第三开关管的第一端、所述第三开关管的第二端、所述第五开关管的第一端以及所述稳定电路的第一端；所述第三开关管的第三端连接外部电源；所述第五开关管的第二端连接外部电源，所述第五开关管的第三端连接所述第一保护电路的第一端以及所述启动电路的第三端。

所述稳定电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、稳压电容、第十五开关管和第十六开关管；所述稳压电容的一端连接所述电路的输出端、所述第一开关电路的第三端以及所述第二电阻的一端，所述稳压电容的另一端接地；所述第二电阻的另一端连接所述第一三极管的第一端、所述第一三极管的第二端、所述第二三极管的第一端、所述第三三极管的第一端以及所述第三电阻的一端；所述第一三极管的第三端连接所述第三电阻的另一端、所述第一电阻的一端、所述第三三极管的第二端并接地；所述第二三极管的第二端连接所述第一电阻的另一端，所述第二三极管的第三端连接所述第十五开关管的第一端；所述第三三极管的第三端连接所述第十六开关管的第一端；所述第十五开关管的第二端连接所述第十六开关管的第二端、所述第十六开关管的第三端以及所述第一电流镜电路的第三端，所述第十五开关管的第三端连接所述第一电流镜电路的第四端以及所述第一开关电路的第二端。

在一种可选的实施方式中，所述启动电路包括：第二电流镜电路和第二开关电路；所述第二电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第二电流镜电路的第二端连接所述第二开关电路的第一端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述第二电流镜电路的第三端连接所述第二保护电路的第二端，所述第二电流镜电路的第四端连接所述第二保护电路的第三端，所述第二电流镜电路的第五端接地，所述第二电流镜电路用于根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述第二开关电路、第一保护电路以及第二保护电路提供工作电信号；所述第二开关电路的第二端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端，所述第二开关电路的第三端接地，所述第二开关电路用于根据第二电流镜电路提供的电信号导通工作并为所述主电路提供启动电信号，所述第二开关电路还用于在所述第一保护电路工作后控制所述主电路启动过程中的工作电信号。

其中，所述第二电流镜电路包括：第四开关管、第十开关管、第十一开关管和第十七开关管；所述第四开关管的第一端连接所述第十开关管的第一端、所述第十一开关管的第一端、所述第十七开关管的第一端、所述第十七开关管的第二端以及外部电源，所述第四开关管的第二端连接所述第十开关的第二端、所述第十一开关管的第二端、所述第十七开关管的第三端并接地，所述第四开关管的第三端连接所述第二开关电路的第一端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端；所述第十开关管的第三端连接所述第二保护电路的第二端；所述第十一开关管的第三端连接所述第二保护电路的第三端。

所述第二开关电路包括：第六开关管和第四电阻；所述第六开关管的第一端连接所述第二电流镜电路的第二端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第四电阻的一端，所述第六开关管的第三端接地；所述第四电阻的另一端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端。

具体地，对于启动电路和主电路中的开关管，可以采用三极管，也可以采用MOS管。以下以采用MOS管为例对启动电路和主电路的工作过程进行说明：电路刚上电后，首先，启动电路根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述主电路提供启动电信号。如图2所示，具体包括如下过程，第十七开关管M17、第十一开关管M11、第十开关管M10和第四开关管M4的控制端充电，第十七开关管M17、第十一开关管M11、第十开关管M10和第四开关管M4的控制端电压被拉高，第十七开关管M17、第十一开关管M11、第十开关管M10和第四开关管M4导通，此时，第四开关管M4将C点电压拉低，第六开关管M6导通，因此，B点电压通过第四电阻R4和第六开关管M6被拉低，即此时，第一开关管M1的控制端电压被拉低，第一开关管M1导通；由此，实现了启动电路的导通工作。

第一开关电路中的第一开关管M1导通工作后，稳定电路根据第一开关电路工作后产生的电压信号导通工作，所述第一电流镜电路根据所述稳定电路工作后产生的电压信号导通工作。该过程具体包括：在第一开关管M1导通后，第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的控制端电压被第二电阻R2和第一开关管M1拉高，第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3均导通；此时，第二三极管Q2和第三三极管Q3分别将第十五开关管M15和第十六开关管M16的源极电压拉低，第十五开关管M15和第十六开关管M16的栅源电压差大于其开启阈值电压，第十五开关管M15和第十六开关管M16导通，因此，第二开关管M2、第三开关管M3和第五开关管M5的控制端电压通过第十六开关管M16和第三三极管Q3被拉低，第二开关管M2、第三开关管M3和第五开关管M5导通。

通过上述过程完成了主电路的启动过程。之后主电路中的稳定电路根据所述第一电流镜电路工作后产生的电流信号调节所述电路中的电流直至达到稳定状态。具体地，电路启动完成后，在第三开关管M3、第十六开关管M16和第三三极管Q3组成的支路中流过第四电流I4，且由于第二开关管M2、第三开关管M3和第五开关管M5构成1：1：1的第一电流镜电路，因此，从第二开关管M2流入B点的电流同样为I4；而第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的宽长比为1：M：1，且第一三极管Q1和第三三极管Q3的基极和发射极分别相连，因此，第一三极管Q1中流过的电流也为I4；并且当上电初期，第四电流I4较小时，第一电阻R1上的压降接近为0，故此时，从B点流入第二三极管Q2的第五电流I5为M*I4，即电路启动完成后，从第二开关管M2流入B点的第四电流I4小于从B点流入第二三极管Q2的第五电流I5，B点电压被继续拉低，此时，第一开关管M1中流过的第八电流I8增大，一部分第八电流I8给稳压电容C1充电，一部分第八电流变为第七电流I7流入第二电阻R2中，且该第七电流I7等于从第二电阻R2流入第一三极管Q1的第四电流I4加上从第二电阻R2流入第三电阻R3的第六电流I6，故此时，电路输出端的输出电压，将I7替换得到，然后将该公式拆分，得到，其中VBE1是第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差。

之后，随着第八电流I8的增大，稳压电容C1的两端电压越充越高，即此时，输出电压VO逐渐增大，而由上述记载可知，输出电压，故此时，第七电流I7也越来越大。

随着第七电流I7和输出电压VO的增大，第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极电压以及流过第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的电流也逐渐增大，即此时，第四电流I4和第五电流I5逐渐升高，第一电阻R1两端的压差也逐渐变大，故此时，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2相对于第三三极管Q3的基极和发射极之间的电压差VBE3越来越小，且本领域中，流过三极管的集电极电流随着基极和发射极之间的电压差的增大呈指数增长，故此时，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2与第三三极管Q3的基极和发射极之间的电压差VBE3之间的差值对电流的影响会慢慢大于第二三极管Q2与第三三极管Q3的宽长比M对电流的影响，即此时，当第三三极管Q3的基极和发射极之间的电压差VBE3上升到某个临界值时，第四电流I4大于第五电流I5，此时，B点电压被抬高，第一开关管M1关断，流过第一三极管Q1的第四电流I4减小，第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差VBE1减小，故此时，第三三极管Q3的基极和发射极之间的电压差VBE3也减小，即第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极电压均减小；此时，若第五电流I5不变，则第二三极管Q2的发射极和基极电压均不变，显然与第二三极管Q2的基极电压减小矛盾，若第五电流I5增大，则第一电阻R1的两端电压差增大，即第二三极管Q2的发射极电压增大，此时，第二三极管Q2的基极电压需要增大才能实现第五电流I5增大，显然与第二三极管Q2的基极电压减小矛盾，若第五电流I5减小，则第一电阻R1的两端电压差减小，即第二三极管Q2的发射极电压减小，此时，第二三极管Q2的基极电压需要减小才能实现第五电流I5减小，故此时，第五电流I5和第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2均减小，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2与第三三极管Q3的基极和发射极之间的电压差VBE3之间的差值对电流的影响小于第二三极管Q2与第三三极管Q3的宽长比M对电流的影响，第五电流I5又大于第四电流I4。

由上述分析可知，当电路达到稳定状态时，第四电流I4等于第五电流I5，此时，由三极管公式可知：

，

，

此时可得，稳定状态的电流；因此，当电路处于稳定状态时，输出电压/>表示为：

，

其中，VT为热电压，其大小和绝对温度成正比，具体为VT=0.086mV*K，K为开尔文温度，第一三极管Q1发射极和基极之间的电压差VBE1是一个以1.2V为基准的负温度系数电压，具体为，VBE1=1.2V-1.9mV*K，故此时可得，输出电压表示为：

，

将该公式拆分得到

。

因此，根据上述分析可知，所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的阻值满足预设关系时，所述电路的输出端输出零温度系数的输出电压值，所述输出电压值根据所述第二电阻和第三电阻的阻值确定。具体地，根据上述公式可知，预设关系表示为：。此时，输出电压值只与第二电阻以及第三电阻有关，即输出电压/>；从该公式中可以看出，该输出电压与开尔文温度K无关，且由于第二电阻和第三电阻进行除法运算，因此，第二电阻和第三电阻的温度系数可以消除，即该输出电压为零温度系数。同时，在实际应用中，可以根据所需的输出电压调整第二电阻和第三电阻的阻值。

并且，当主电路达到稳定状态时，稳定状态的电流，且由于第十七开关管M17、第十一开关管M11、第十开关管M10和第四开关管M4构成1：1：1：1的第二电流镜电路，如图2所示，为了便于对电路中电流进行控制，在第十七开关管M17的第一端连接第一电流源A1。此时，第四开关管M4中流过的电流等于第一电流源A1中产生的第一电流I1，故此时，可将第一电流I1设计为小于稳定状态的电流/>，即当电路达到稳定状态后，从第五开关管M5流入C点的电流大于从C点流入第四开关管M4中的电流，此时，C点电压被拉高，第六开关管M6关断，确保B点电压，即第一开关管M1的控制端电压，不受第六开关管M6的影响，从而提高了主电路运行的可靠性。

在一种可选的实施方式中，所述第一保护电路包括：第七开关管、第八开关管和第九开关管；所述第七开关管的第一端连接外部电源，所述第七开关管的第二端连接所述第七开关管的第三端以及所述第八开关管的第一端；所述第八开关管的第二端连接所述第八开关管的第三端以及所述第九开关管的第一端；所述第九开关管的第二端连接所述第九开关管的第三端、所述主电路的第二端以及所述启动电路的第三端。需要说明的是，在第一保护电路中，开关管的数量可以根据实际的保护阈值进行增减，即在实际应用中，对于第一保护电路中的开关管数量不作限定。

具体地，在电路的启动过程中，为了确保B点电压不会被第三电流I3即B点流入第四电阻R4的电流拉到很低，从而导致第一开关管M1的栅源电压差较大，而损坏第一开关管M1，可在电路中设置第一保护电路，对于第一保护电路中的开关管，可以采用三极管，也可以采用MOS管。如图2所示，以下以采用MOS管为例对第一保护电路结合启动电路进行启动过程保护的工作原理进行说明：

第九开关管M9的控制端与C点相连，而第四开关管M4导通之后会拉低C点的电压，故此时第九开关管M9导通，而第八开关管M8的控制端通过第九开关管M9与C点相连，因此，第八开关管M8的控制端电压也被拉低，第八开关管M8导通，而又由于第七开关管M7的控制端通过第八开关管M8和第九开关管M9与C点相连，因此，第七开关管M7的控制端电压也被拉低，第七开关管M7导通，此时，C点电压被第七开关管M7、第八开关管M8和第九开关管M9钳位到VIN-VGS7-VGS8-VGS9，其中VGS7是第七开关管M7的栅源电压差，VGS8是第八开关管M8的栅源电压差，VGS9是第九开关管M9的栅源电压差，且将第六开关管M6、第七开关管M7、第八开关管M8和第九开关管M9设计为参数相同的开关管，故此时可假设，VGS6=VGS7=VGS8=VGS9=VGS，其中VGS6是第六开关管M6的栅源电压差，故此时可得第六开关管M6的栅极电压被钳位到VIN-3VGS，第六开关管M6的源极电压被钳位在VIN-2VGS，从而使得B点电压等于VIN-2VGS+VR4，其中VR4为第四电阻R4上的压降，即第一开关管M1的栅极电压为VIN-2VGS+VR4，而由于第一开关管M1的源极电压为VIN，因此，可得第一开关管M1的栅源电压差为2VGS-VR4，从而确保第一开关管M1的栅源电压差不会超过2VGS，使得第一开关管M1得到有效保护，从而提高了主电路运行的可靠性。

在一种可选的实施方式中，所述第二保护电路包括：第三电流镜电路、第三开关电路以及第四开关电路；所述第三电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第三电流镜电路的第二端连接所述启动电路的第五端，所述第三电流镜电路的第三端连接所述第三开关电路的第一端、所述第四开关电路的第一端以及所述启动电路的第四端，所述第三电流镜电路用于根据所述启动电路提供的电信号导通工作并为所述第三开关电路提供导通工作的电信号；所述第三开关电路的第二端连接所述第四开关电路的第二端以及外部电源，所述第三开关电路用于根据所述第三电流镜提供的电信号导通工作，并输出电信号至所述第四开关电路的第一端；所述第四开关电路的第三端连接所述启动电路的第二端以及所述主电路的第一端，所述第四开关电路用于根据所述第三开关电路输出的电信号和所述主电路稳定工作状态的电信号切换工作状态，控制所述主电路处于稳定工作状态中的工作电信号。

其中，所述第三开关电路包括：第十二开关管和第十三开关管，所述第三电流镜电路包括第十八开关管和第十九开关管，所述第四开关电路包括第十四开关管；所述第十二开关管的第一端连接外部电源，所述第十二开关管的第二端连接所述第十二开关管的第三端以及所述第十三开关管的第一端；所述第十三开关管的第二端连接所述第十三开关管的第三端、所述第十四开关管的第一端、所述第十九开关管的第一端以及所述启动电路的第四端；所述第十四开关管的第二端连接外部电源，所述第十四开关管的第三端连接所述启动电路的第二端以及所述主电路的第一端；所述第十九开关管的第二端连接外部电源，所述第十九开关管的第三端连接所述第十八开关管的第一端、所述第十八开关管的第二端以及所述启动电路的第五端；所述第十八开关管的第三端连接外部电源。需要说明的是，在第三开关电路中，开关管的数量可以根据实际的保护阈值进行增减，即在实际应用中，对于第三开关电路中的开关管数量不作限定。

具体地，在电路启动完成，处于稳定工作状态后，为了确保B点电压不会被第五电流I5等拉到很低，从而导致第一开关管M1的栅源电压差较大，而损坏第一开关管M1，可在电路中设置第二保护电路，对于第二保护电路中的开关管，可以采用三极管，也可以采用MOS管。如图2所示，以下以采用MOS管为例对第二保护电路的工作原理进行说明：

第十八开关管M18和第十九开关管M19的控制端电压被第十一开关管M11拉低，第十八开关管M18和第十九开关管M19导通，此时，由于第十七开关管M17、第十一开关管M11、第十开关管M10和第四开关管M4构成1：1：1：1的第二电流镜电路，因此，第十七开关管M17、第十一开关管M11和第十开关管M10中流过的电流等于第一电流源A1中产生的第一电流I1，且由于第十八开关管M18和第十一开关管M11串联连接，因此，第十八开关管M18中流过的电流也为第一电流I1，而又由于第十八开关管M18和第十九开关管M19构成N：1的第三电流镜电路，因此，流过第十九开关管M19中的第二电流I2的大小为I1/N，故此时，从第十九开关管M19流入A点的第二电流I2小于从A点流入第十开关管M10的第一电流I1，A点电压被拉低。

由图2可知，第十三开关管M13的控制端与A点相连，即此时，第十三开关管M13的控制端电压被拉低，第十三开关管M13导通，而第十二开关管M12的控制端通过第十三开关管M13与A点相连，因此，第十二开关管M12的控制端电压也被拉低，第十二开关管M12导通，此时，A点电压被第十二开关管M12和第十三开关管M13拉高钳位到VIN-VGS12-VGS13，其中VGS12是第十二开关管M12的栅源电压差，VGS13是第十三开关管M13的栅源电压差；而此时，第十四开关管M14的源极电压，即B点电压，等于VIN-VGS1，其中VGS1是第一开关管M1的栅源电压差，并且将第十四开关管M14、第十二开关管M12和第十三开关管M13设计为导通参数相同的开关管，故此时可假设，VGS14=VGS12=VGS13=VGS’，因此，第十四开关管M14的栅极电压为VIN-2VGS’，此时，当电路处于异常状态或者流过第一开关管M1的电流较大，即当B点电压降低到低于VIN-3VGS’时，第十四开关管M14的栅极电压大于其源极电压的差值大于VGS’，第十四开关管M14导通，B点电压被第十四开关管M14拉高，当B点电压被拉高到大于VIN-3VGS’时，第十四开关管M14关断，因此，第二保护电路可确保B点电压不会低于VIN-3VGS’，即确保第一开关管M1的栅源电压差不会大于3VGS’，从而实现对第一开关管M1的保护功能，大大提高了主电路运行的可靠性。

本发明实施例还提供一种电池供电电路，如图3所示，包括：电池50和上述实施例的高精度高可靠性的电路60；所述电路60用于为所述电池50供电；或者，所述电池50作为外部电源为所述电路60提供电信号。具体地，电路可以作为电源为电池供电，或者也可以把电池作为电源为该电路供电。

本发明实施例还提供一种半导体集成电路芯片内部的电压源，如图4所示，包括：上述实施例的高精度高可靠性的电路60，所述电路60用于为芯片内部的功能模块70供电。具体地，在半导体集成电路芯片内部设置该电路作为电压源，可以为芯片内部其他模块供电。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (11)

1.一种高精度高可靠性的电路，其特征在于，所述电路包括：启动电路、保护电路和主电路，所述保护电路包括第一保护电路和/或第二保护电路；

所述启动电路的第一端连接外部电源，所述启动电路的第二端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端，所述启动电路的第三端连接所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述启动电路的第四端连接所述第二保护电路的第二端，所述启动电路的第五端连接所述第二保护电路的第三端，所述启动电路的第六端接地，所述启动电路用于根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述主电路提供启动电信号，所述启动电路还用于为所述第一保护电路以及第二保护电路提供工作电信号；

所述主电路的第三端连接外部电源，所述主电路的第四端接地，所述主电路的第五端连接所述电路的输出端，所述主电路用于根据所述启动电信号启动并在启动完成后达到稳定工作状态；

所述第一保护电路的第二端连接外部电源，所述第一保护电路用于结合所述启动电路控制所述主电路处于启动过程中的工作电信号；

所述第二保护电路的第四端连接外部电源，所述第二保护电路用于控制所述主电路处于稳定工作状态中的工作电信号；

所述主电路包括：第一电流镜电路、第一开关电路和稳定电路；

所述第一开关电路的第一端连接外部电源；

所述第一电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第一电流镜电路的第二端连接所述第一保护电路的第一端以及所述启动电路的第三端，所述第一电流镜电路的第三端连接所述稳定电路的第一端，所述第一电流镜电路的第四端连接所述稳定电路的第二端以及所述第一开关电路的第二端；

所述稳定电路第三端连接所述第一开关电路的第三端以及所述电路的输出端，所述稳定电路的第四端接地；

所述第一开关电路用于根据所述启动电信号导通工作，所述稳定电路用于根据所述第一开关电路工作后产生的电信号导通工作，所述第一电流镜电路用于根据所述稳定电路工作后产生的电信号导通工作，所述稳定电路用于根据所述第一电流镜电路工作后产生的电流信号调节所述主电路中的电流直至达到稳定工作状态；

所述稳定电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、稳压电容、第十五开关管和第十六开关管；

所述稳压电容的一端连接所述电路的输出端、所述第一开关电路的第三端以及所述第二电阻的一端，所述稳压电容的另一端接地；

所述第二电阻的另一端连接所述第一三极管的第一端、所述第一三极管的第二端、所述第二三极管的第一端、所述第三三极管的第一端以及所述第三电阻的一端；

所述第一三极管的第三端连接所述第三电阻的另一端、所述第一电阻的一端、所述第三三极管的第二端并接地；

所述第二三极管的第二端连接所述第一电阻的另一端，所述第二三极管的第三端连接所述第十五开关管的第一端；

所述第三三极管的第三端连接所述第十六开关管的第一端；

所述第十五开关管的第二端连接所述第十六开关管的第二端、所述第十六开关管的第三端以及所述第一电流镜电路的第三端，所述第十五开关管的第三端连接所述第一电流镜电路的第四端以及所述第一开关电路的第二端。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一开关管，所述第一电流镜电路包括：第二开关管、第三开关管和第五开关管；

所述第二开关管的第一端连接外部电源，所述第二开关管的第二端连接所述稳定电路的第二端以及所述第一开关管的第二端，所述第二开关管的第三端连接所述第三开关管的第一端、所述第三开关管的第二端、所述第五开关管的第一端以及所述稳定电路的第一端；

所述第三开关管的第三端连接外部电源；

所述第五开关管的第二端连接外部电源，所述第五开关管的第三端连接所述第一保护电路的第一端以及所述启动电路的第三端。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：第一电流源；

所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的阻值满足预设关系时，所述电路的输出端输出零温度系数的输出电压值，所述输出电压值根据所述第二电阻和第三电阻的阻值确定；

所述第一电流源连接在外部电源和所述启动电路之间，所述第一电流源输出的电流小于所述主电路处于稳定工作状态时所述第一电流镜电路中的电流。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述启动电路包括：第二电流镜电路和第二开关电路；

所述第二电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第二电流镜电路的第二端连接所述第二开关电路的第一端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述第二电流镜电路的第三端连接所述第二保护电路的第二端，所述第二电流镜电路的第四端连接所述第二保护电路的第三端，所述第二电流镜电路的第五端接地，所述第二电流镜电路用于根据外部电源提供的电信号导通工作并为所述第二开关电路、第一保护电路以及第二保护电路提供工作电信号；

所述第二开关电路的第二端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端，所述第二开关电路的第三端接地，所述第二开关电路用于根据第二电流镜电路提供的电信号导通工作并为所述主电路提供启动电信号，所述第二开关电路还用于在所述第一保护电路工作后控制所述主电路启动过程中的工作电信号。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二电流镜电路包括：第四开关管、第十开关管、第十一开关管和第十七开关管；

所述第四开关管的第一端连接所述第十开关管的第一端、所述第十一开关管的第一端、所述第十七开关管的第一端、所述第十七开关管的第二端以及外部电源，所述第四开关管的第二端连接所述第十开关的第二端、所述第十一开关管的第二端、所述第十七开关管的第三端并接地，所述第四开关管的第三端连接所述第二开关电路的第一端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端；

所述第十开关管的第三端连接所述第二保护电路的第二端；

所述第十一开关管的第三端连接所述第二保护电路的第三端。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二开关电路包括：第六开关管和第四电阻；

所述第六开关管的第一端连接所述第二电流镜电路的第二端、所述主电路的第二端以及所述第一保护电路的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第四电阻的一端，所述第六开关管的第三端接地；

所述第四电阻的另一端连接所述主电路的第一端以及所述第二保护电路的第一端。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一保护电路包括：第七开关管、第八开关管和第九开关管；

所述第七开关管的第一端连接外部电源，所述第七开关管的第二端连接所述第七开关管的第三端以及所述第八开关管的第一端；

所述第八开关管的第二端连接所述第八开关管的第三端以及所述第九开关管的第一端；

所述第九开关管的第二端连接所述第九开关管的第三端、所述主电路的第二端以及所述启动电路的第三端。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二保护电路包括：第三电流镜电路、第三开关电路以及第四开关电路；

所述第三电流镜电路的第一端连接外部电源，所述第三电流镜电路的第二端连接所述启动电路的第五端，所述第三电流镜电路的第三端连接所述第三开关电路的第一端、所述第四开关电路的第一端以及所述启动电路的第四端，所述第三电流镜电路用于根据所述启动电路提供的电信号导通工作并为所述第三开关电路提供导通工作的电信号；

所述第三开关电路的第二端连接所述第四开关电路的第二端以及外部电源，所述第三开关电路用于根据所述第三电流镜提供的电信号导通工作，并输出电信号至所述第四开关电路的第一端；

所述第四开关电路的第三端连接所述启动电路的第二端以及所述主电路的第一端，所述第四开关电路用于根据所述第三开关电路输出的电信号和所述主电路稳定工作状态的电信号切换工作状态，控制所述主电路处于稳定工作状态中的工作电信号。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第三开关电路包括：第十二开关管和第十三开关管，所述第三电流镜电路包括第十八开关管和第十九开关管，所述第四开关电路包括第十四开关管；

所述第十二开关管的第一端连接外部电源，所述第十二开关管的第二端连接所述第十二开关管的第三端以及所述第十三开关管的第一端；

所述第十三开关管的第二端连接所述第十三开关管的第三端、所述第十四开关管的第一端、所述第十九开关管的第一端以及所述启动电路的第四端；

所述第十四开关管的第二端连接外部电源，所述第十四开关管的第三端连接所述启动电路的第二端以及所述主电路的第一端；

所述第十九开关管的第二端连接外部电源，所述第十九开关管的第三端连接所述第十八开关管的第一端、所述第十八开关管的第二端以及所述启动电路的第五端；

所述第十八开关管的第三端连接外部电源。

10.一种电池供电电路，其特征在于，包括：电池和权利要求1-9任一项所述的高精度高可靠性的电路；

所述电路用于为所述电池供电；

或者，所述电池作为外部电源为所述电路提供电信号。

11.一种半导体集成电路芯片内部的电压源，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的高精度高可靠性的电路，所述电路用于为芯片内部的功能模块供电。