CN117075669A - 一种无需启动电路的高psrr基准电流产生电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路及方法，包含电流源电阻、N型低压MOS管、N型高压MOS管、栅源电阻和限压齐纳二极管，电流源电阻的一端连接电源VDD，电流源电阻的另一端与N型低压MOS管的漏极、N型高压MOS管的栅极和限压齐纳二极管的阴极连接，N型低压MOS管的源极接地，N型低压MOS管的栅极与N型高压MOS管的源极和栅源电阻的一端连接，栅源电阻的另一端接地，N型高压MOS管的漏极作为基准电流输出端，流经电流源电阻的电流为参考电流，限压齐纳二极管的阳极接地。本发明电路结构简单，可以在不增加额外启动电路的基础上实现自启动，同时实现高的电源抑制比。

Description

一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路及方法

技术领域

本发明涉及一种基准电流产生电路及方法，特别是一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路及方法，属于半导体集成电路技术领域。

背景技术

作为模拟和数模混合集成电路中的基本有源器件，BJT、MOS、CMOS的正常导通工作都需要一定的开启电流，为有源器件提供开启电流的电路就是基准电流产生电路，因此基准电流产生电路将为整个电路提供静态工作点，在整个模拟集成电路中具有基础性地位。作为整个电路或系统的“基准”，希望其能够为电路提供恒定的电流源，其性能直接影响电路的性能甚至功能。因此基准电流源应具备良好的抗干扰性能，通常需要其对电源电压的变化不敏感，因此基准电流产生电路的一个重要参数指标就是电源抑制比(Power SupplyRejection Ratio,PSRR)。

现有的技术如图3所示。由PMOS管11和13、NMOS管12和14组成自偏置结构，通过NMOS管12与14的宽长比(W/L)成比例N，将参考电流101与宽长比N和电阻15引入约束关系。但该电路存在一个重要问题是存在“简并”点，即该电路存在一种允许所有晶体管均传输零电流，无限期地保持关断的状态，电路可以稳定在两种不同的工作状态中的一种，该问题被称为电路的启动问题。因此需要增加额外电路，使该电路在电源上电时能摆脱简并偏置点，但将增大电路复杂性，增大电路面积开销，不适用于低成本基准电流产生的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路及方法，在不增加额外启动电路的基础上实现自启动。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，包含电流源电阻、N型低压MOS管、N型高压MOS管、栅源电阻和限压齐纳二极管，电流源电阻的一端连接电源VDD，电流源电阻的另一端与N型低压MOS管的漏极、N型高压MOS管的栅极和限压齐纳二极管的阴极连接，N型低压MOS管的源极接地，N型低压MOS管的栅极与N型高压MOS管的源极和栅源电阻的一端连接，栅源电阻的另一端接地，N型高压MOS管的漏极作为基准电流输出端，流经电流源电阻的电流为参考电流，限压齐纳二极管的阳极接地。

进一步地，还包含频率补偿模块，频率补偿模块的一端与N型低压MOS管的栅极连接，频率补偿模块的另一端接地。

进一步地，所述频率补偿模块包含补偿电阻和补偿电容，补偿电阻的一端与N型低压MOS管的栅极连接，补偿电阻的另一端与补偿电容的一端连接，补偿电容的另一端接地。

进一步地，所述补偿电阻和补偿电容构成RC低通滤波器，N型低压MOS管和N型高压MOS管构成负反馈环路，RC低通滤波器对负反馈环路进行频率补偿。

进一步地，所述限压齐纳二极管的反向击穿电压为6V。

进一步地，所述电流源电阻的阻值需要满足电源VDD较高时N型低压MOS管的漏源和N型高压MOS管的栅源不被击穿。

一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路的基准电流产生方法，包含以下步骤：

在电源VDD上电时，流经电流源电阻的参考电流将N型高压MOS管的栅极拉高，N型高压MOS管的栅极为高电平从而使N型高压MOS管导通；

N型高压MOS管导通所形成的基准电流流经栅源电阻，当栅源电阻上的压降大于等于N型低压MOS管的阈值电压时，N型低压MOS管导通，至此基准电流产生电路完全启动；

N型低压MOS管的栅源电压等于基准电流与栅源电阻的乘积，即

V_gs,22＝I₁*R₂₅ (1)

其中，V_gs,22是N型低压MOS管的栅源电压，I₁是基准电流的电流值，R₂₅是栅源电阻的阻值；

当N型低压MOS管工作在饱和区时，参考电流流经N型低压MOS管的源漏极并且参考电流与过驱动电压的平方成正比，即

其中，I_REF是参考电流的电流值，k是与工艺和器件尺寸有关的常量，V_gs,22是N型低压MOS管的栅源电压，Vth是N型低压MOS管的阈值电压；

由公式(1)和公式(2)可得

即基准电流与参考电流的平方根成正比，弱化了基准电流与参考电流的关系。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明提供了一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路及方法，实现基准电流输出，本发明电路结构简单，可以在不增加额外启动电路的基础上实现自启动，同时实现高的电源抑制比。

附图说明

图1是本发明的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路的示意图。

图2是本发明的频率补偿模块的电路图。

图3是现有技术的基准电流产生电路的示意图。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，包含电流源电阻21、N型低压MOS管22、N型高压MOS管24、栅源电阻25和限压齐纳二极管26，电流源电阻21的一端连接电源VDD，电流源电阻21的另一端与N型低压MOS管22的漏极、N型高压MOS管24的栅极和限压齐纳二极管26的阴极连接，N型低压MOS管22的源极接地，N型低压MOS管22的栅极与N型高压MOS管24的源极和栅源电阻25的一端连接，栅源电阻25的另一端接地，N型高压MOS管24的漏极作为基准电流输出端，流经电流源电阻21的电流为参考电流202，限压齐纳二极管26的阳极接地。

需要说明的是，本发明中基准电流输出端只是本发明一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路的逻辑上的输出端，等效为电流源的正极。即对外部电路产生影响的端口。实际工作的时候，本发明的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路连接在需要控制基准电流大小的回路中，对回路的电流的大小调节至基准电流大小，实际的基准电流时从外部回路从基准电流输出端流入到本发明的无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路内。

在本发明的另一种实施例中，本发明的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路还包含频率补偿模块，频率补偿模块的一端与N型低压MOS管的栅极连接，频率补偿模块的另一端接地。频率补偿模块可以使该电路具有较好的时域和频域相应，提高电路稳定性。

具体地，频率补偿模块包含补偿电阻31和补偿电容32，补偿电阻31的一端与N型低压MOS管22的栅极连接，补偿电阻31的另一端与补偿电容32的一端连接，补偿电容32的另一端接地。

补偿电阻31和补偿电容32构成RC低通滤波器，N型低压MOS管22和N型高压MOS管24构成负反馈环路，RC低通滤波器对负反馈环路进行频率补偿。

限压齐纳二极管26的反向击穿电压为6V。在电源VDD电压较高的应用中，限压齐纳二极管26的反向击穿电压将为N型低压MOS管22的漏源极和N型高压MOS管24的栅源极提供保护。

电流源电阻21的阻值需要满足电源VDD较高时N型低压MOS管22的漏源和N型高压MOS管24的栅源不被击穿。

一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路的基准电流产生方法，包含以下步骤：

在电源VDD上电时，流经电流源电阻的参考电流202将N型高压MOS管24的栅极拉高，N型高压MOS管24的栅极为高电平从而使N型高压MOS管24导通。

N型高压MOS管24导通所形成的基准电流201流经栅源电阻25，当栅源电阻25上的压降大于等于N型低压MOS管22的阈值电压时，N型低压MOS管22导通，至此基准电流产生电路完全启动。

N型低压MOS管22的栅源电压等于基准电流201与栅源电阻25的乘积，即

V_gs,22＝I₁*R₂₅ (1)

其中，V_gs,22是N型低压MOS管22的栅源电压，I₁是基准电流201的电流值，R₂₅是栅源电阻25的阻值。

当N型低压MOS管22工作在饱和区时，参考电流202流经N型低压MOS管22的源漏极并且参考电流202与过驱动电压的平方成正比，即

其中，I_REF是参考电流202的电流值，k是与工艺和器件尺寸有关的常量，V_gs,22是N型低压MOS管22的栅源电压，Vth是N型低压MOS管22的阈值电压。

由公式(1)和公式(2)可得

即基准电流201与参考电流202的平方根成正比，弱化了基准电流与参考电流的关系，降低了参考电流对基准电流的影响。

本发明提供了一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路及方法，实现基准电流输出，本发明电路结构简单，可以在不增加额外启动电路的基础上实现自启动，同时实现高的电源抑制比。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，其特征在于：包含电流源电阻、N型低压MOS管、N型高压MOS管、栅源电阻和限压齐纳二极管，电流源电阻的一端连接电源VDD，电流源电阻的另一端与N型低压MOS管的漏极、N型高压MOS管的栅极和限压齐纳二极管的阴极连接，N型低压MOS管的源极接地，N型低压MOS管的栅极与N型高压MOS管的源极和栅源电阻的一端连接，栅源电阻的另一端接地，N型高压MOS管的漏极作为基准电流输出端，流经电流源电阻的电流为参考电流，限压齐纳二极管的阳极接地。

2.根据权利要求1所述的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，其特征在于：还包含频率补偿模块，频率补偿模块的一端与N型低压MOS管的栅极连接，频率补偿模块的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，其特征在于：所述频率补偿模块包含补偿电阻和补偿电容，补偿电阻的一端与N型低压MOS管的栅极连接，补偿电阻的另一端与补偿电容的一端连接，补偿电容的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，其特征在于：所述补偿电阻和补偿电容构成RC低通滤波器，N型低压MOS管和N型高压MOS管构成负反馈环路，RC低通滤波器对负反馈环路进行频率补偿。

5.根据权利要求1所述的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，其特征在于：所述限压齐纳二极管的反向击穿电压为6V。

6.根据权利要求1所述的一种无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路，其特征在于：所述电流源电阻的阻值需要满足电源VDD较高时N型低压MOS管的漏源和N型高压MOS管的栅源不被击穿。

7.一种权利要求1-6任一项所述的无需启动电路的高PSRR基准电流产生电路的基准电流产生方法，其特征在于包含以下步骤：

在电源VDD上电时，流经电流源电阻的参考电流将N型高压MOS管的栅极拉高，N型高压MOS管的栅极为高电平从而使N型高压MOS管导通；

N型高压MOS管导通所形成的基准电流流经栅源电阻，当栅源电阻上的压降大于等于N型低压MOS管的阈值电压时，N型低压MOS管导通，至此基准电流产生电路完全启动；

N型低压MOS管的栅源电压等于基准电流与栅源电阻的乘积，即

V_gs，22＝I₁*R₂₅ (1)

其中，V_gs,22是N型低压MOS管的栅源电压，I₁是基准电流的电流值，R₂₅是栅源电阻的阻值；

当N型低压MOS管工作在饱和区时，参考电流流经N型低压MOS管的源漏极并且参考电流与过驱动电压的平方成正比，即

其中，I_REF是参考电流的电流值，k是与工艺和器件尺寸有关的常量，V_gs,22是N型低压MOS管的栅源电压，Vth是N型低压MOS管的阈值电压；

由公式(1)和公式(2)可得

即基准电流与参考电流的平方根成正比，弱化了基准电流与参考电流的关系。