CN117369580A - 电压源输出电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压源输出电路及控制方法，包括参考电压源、稳压模块、开关模块和控制信号模块。参考电压源用电源电压产生参考电压；稳压模块，用于稳定参考电压；控制信号模块包括延时产生电路和比较单元，延时产生电路用于基于电源电压产生第一控制电压，比较单元用于基于电源电压和第一控制电压产生第二控制电压；开关模块基于第一控制电压和第二控制电压控制参考电压源、地电压与稳压模块之间的通断。根据本发明的一种电压源输出电路及控制方法，通过产生多个控制电压来延迟或隔断不稳定的参考电压，使电源电压上电过冲、抖动等问题均不会影响最终输出的电压波形，起到良好的稳压效果。

Description

电压源输出电路及控制方法

技术领域

本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种电压源输出电路及控制方法。

背景技术

常见的参考电压源通常可通过更改架构提高稳定性的办法来降低实现输出的平滑启动，但当快上电时，由于补偿电容的耦合等影响，仍然会出现一定过冲。传统的方案可在电路节点增加电容来减缓参考电压VREF的建立速度。如图1所示，在传统bandgap电路中，通过增加第一电容C1保证快上电时PMOS管P1完全关断，参考电压VREF不会被拉升；通过增加第二电容C2来减缓参考电压VREF的上升速度，同时也避免输出参考电压VREF的节点通过寄生电容被VDD拉起。这种方案的缺点主要在于，设计时需要综合考虑稳定性和上电过冲，需要较大面积的电容，并且针对不同的bandgap结构，需要进行不同的设计，较为复杂。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电压源输出电路及控制方法，其能够等待参考电压源输出稳定后再进行输出，从而消除快上电情况下参考电压的过冲。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种电压源输出电路，包括：参考电压源，用于基于电源电压产生参考电压；稳压模块，用于输出参考电压；开关模块，连接于参考电压源和稳压模块之间，用于控制参考电压源与稳压模块之间的通断；控制信号模块，包括延时产生电路和比较单元，所述延时产生电路用于基于电源电压延时产生第一控制电压，所述比较单元用于基于电源电压和第一控制电压产生第二控制电压，所述开关模块基于第二控制电压控制参考电压源与稳压模块之间的通断。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述开关模块基于第一控制电压控制地电压与稳压模块之间通断。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述延时产生电路包括第一电容、第一电阻和转换电路，所述第一电容的第一端与电源电压相连，所述第一电容的第二端和第一电阻的第一端与转换电路的第一端相连以基于电源电压产生第一输入电压，所述第一电阻的第二端与地电压相连，所述转换电路用于基于第一输入电压产生第一控制电压。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述延时产生电路还包括第一开关管，所述第一开关管的源极与第一电阻的第一端相连，所述第一开关管的栅极和第一开关管的漏极与第一电容的第二端相连。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述转换电路包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端与第一电容的第二端，所述第一反相器的输出端与第二反相器的输入端串联相连，所述第二反相器的输出端用于输出第一控制信号。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述延时产生电路包括计数器和时钟电路，所述计数器与时钟电路相连以基于时钟信号产生延时的第一控制电压。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述比较单元包括第一比较电路和第二比较电路和或门，所述第一比较电路用于基于电源电压、第一参考电压和第二参考电压产生第一调整电压，所述第二比较电路用于基于电源电压、第一参考电压和第二参考产生第二调整电压，所述或门用于对第一控制电压、第一调整电压和第二调整电压进行或运算以产生第二控制电压。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一比较电路包括第一比较器、第二电阻和第二电容，所述第二电阻的第一端与第一参考电压相连，所述第二电容的第一端与电源电压相连，所述第二电阻的第二端、第二电容的第二端与第一比较器的正向输入端相连并用于产生跟随电源电压变化的第二输入电压，所述第一比较器的负向输入端用于接收第二参考电压，所述第一比较器用于比较第二输入电压和第二参考电压的大小以产生第一调整电压。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第二比较电路包括第二比较器、第三电阻和第三电容，所述第三电阻的第一端与第二参考电压相连，所述第三电容的第一端与电源电压相连，所述第三电阻的第二端、第三电容的第二端与第二比较器的负向输入端相连并用于产生跟随电源电压变化的第三输入电压，所述第二比较器的正向输入端用于接收第一参考电压，所述第二比较器用于比较第三输入电压和第一参考电压的大小以产生第二调整电压。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述开关模块包括第二开关管，所述第二开关管的源极与参考电压源的输出端相连，所述第二开关管的栅极用于接收第二控制电压，所述第二开关管的漏极与稳压模块相连，所述第二开关管用于基于第二控制电压控制参考电压源与稳压模块之间的通断。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述开关模块包括第三开关管，所述第三开关管的源极与地电压相连，所述第三开关管的栅极用于接收第一控制电压，所述第三开关管的漏极与稳压模块相连，所述第三开关管用于基于第一控制电压控制地电压与稳压模块之间的通断。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述稳压模块包括第四电容，所述第四电容的第一端与开关模块相连，所述第四电容的第二端与地电压相连，所述第四电容用于对参考电压进行稳压并产生输出参考电压。

本发明还公开了一种电压源输出控制方法，包括：

通过参考电压源基于电源电压产生参考电压；

通过稳压模块稳定参考电压；

通过延时产生电路基于电源电压产生第一控制电压，通过比较单元基于电源电压和第一控制电压产生第二控制电压，通过延时产生电路基于电源电压产生第一控制电压，通过比较单元基于电源电压和第一控制电压产生第二控制电压，通过开关模块基于第二控制电压控制参考电压源与稳压模块之间的通断。

在本发明的一个或多个实施方式中，通过开关模块基于第一控制电压控制稳压模块与地电压之间的通断。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的电压源输出电路及控制方法，在不对现有参考电压源结构做修改的情况下，通过引入控制信号模块和开关模块，产生多个控制电压来延迟或隔断不稳定的参考电压，使电源电压上电过冲、抖动等问题均不会影响最终输出的电压波形，起到良好的稳压效果。

附图说明

图1是传统参考电压源输出电路结构图；

图2是根据本发明一实施方式的电压源输出电路结构图；

图3是根据本发明一实施方式的控制信号模块结构图；

图4是根据本发明一实施方式的第一控制电压时序图；

图5是根据本发明一实施方式的电压源输出控制方法流程图；

图6是根据本发明一实施方式的电压输出时序图；

图7是根据本发明另一实施方式的电路结构及电压输出时序图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

说明书中的“耦接”或“连接”或“相连”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介进行的连接，其可具有寄生电感或寄生电容；间接连接还可包括在实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。另外，在本发明中，例如“第一”、“第二”之类的词语主要用于区分一个技术特征与另一个技术特征，而并不一定要求或暗示这些技术特征之间存在某种实际的关系、数量或者顺序。

实施例1

如图2所示，电压源输出电路包括参考电压源10、控制信号模块20、开关模块30和稳压模块40。

其中，参考电压源10用于基于电源电压VDD产生参考电压Vref，稳压模块40用于稳定参考电压Vref。开关模块30用于控制参考电压源10、地电压与稳压模块40之间的通断，开关模块30基于第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2控制参考电压源VDD、地电压与稳压模块40之间的通断，具体的，开关模块30基于第一控制电压Vc1控制地电压与稳压模块40之间的通断，开关模块30基于第二控制电压Vc2控制参考电压源10与稳压模块40之间的通断。

如图3所示，控制信号模块20包括延时产生电路21和比较单元22，延时产生电路21用于基于电源电压VDD产生第一控制电压Vc1，比较单元22用于基于电源电压VDD和第一控制电压Vc1产生第二控制电压Vc2。

其中，延时产生电路21包括第一电容C1、第一电阻R1、第一开关管M1和转换电路211。第一电容C1的第一端与电源电压VDD相连，第一电容C1的第二端与转换电路211的第一端相连以基于电源电压VDD产生第一输入电压V1。第一开关管M1为N沟道MOS管，第一开关管M1的源极与通过第一电阻R1与地电压相连，第一开关管M1的栅极和第一开关管M1的漏极与第一电容C1的第二端相连以产生第一输入电压V1，转换电路211用于基于第一输入电压V1产生第一控制电压Vc1。其他实施例中，第一开关管M1可以为P沟道MOS管，则该MOS管与其他元器件的连接结构做适应性修改。

转换电路211包括第一反相器B1和第二反相器B2，第一反相器B1的输入端与第一电容C1的第二端相连，第一反相器B1的输出端与第二反相器B2的输入端相连，第二反相器B2的输出端与比较单元22的或门OR的第一输入端相连以输出第一控制电压Vc1。

如图4所示，在一实施例中，当电源电压VDD快速上电时，第一输入电压V1通过第一电容C1被电源电压VDD拉高，然后通过兆Ω量级的第一电阻R1缓慢放电，直至第一输入电压V1小于第一反相器B1的翻转阈值时，第一反相器B1输出一高电平信号，第二反相器B2则对该高电平信号进行翻转处理，由此通过第一电容C1放电延迟产生低电平的第一控制电压Vc1。第一开关管M1的栅极与源极之间的电压Vgs使第一电阻R1上的电压降低，从而减慢放电速度，从而放宽对第一电阻R1的阻值要求。

如图3所示，比较单元22包括第一比较电路221、第二比较电路222和或门OR，第一比较电路221用于基于电源电压VDD、第一参考电压Vrefl和第二参考电压Vrefh产生第一调整电压Vt1，第二比较电路222用于基于电源电压VDD、第一参考电压Vrefl和第二参考电压Vrefh产生第二调整电压Vt2，或门OR用于对第一控制电压Vc1、第一调整电压Vt1和第二调整电压Vt2进行或运算以产生第二控制电压Vc2。

其中，第一比较电路221包括第二电容C2、第二电阻R2和第一比较器COMP1。第二电容C2的第一端与电源电压VDD相连，第二电阻R2的第一端与第一参考电压Vrefl相连，第二电容C2的第二端、第二电阻R2的第二端与第一比较器COMP1的正向输入端相连并用于产生跟随电源电压VDD变化的第二输入电压V2。第一比较器COMP1的负向输入端用于接收第二参考电压Vrefh，第一比较器COMP1用于比较第二输入电压V2和第二参考电压Vrefh的大小以产生第一调整电压Vt1，第一比较器COMP1的输出端与或门OR的第二输入端相连。

第二比较电路222包括第三电容C3、第三电阻R3和第二比较器COMP2，第三电容C3的第一端与电源电压VDD相连，第三电阻R3的第一端与第二参考电压Vrefh相连，第三电容C3的第二端和第三电阻R3的第二端与第二比较器COMP2的负向输入端相连并用于产生跟随电源电压VDD变化的第三输入电压V3。第二比较器COMP2的正向输入端用于接收第一参考电压Vrefl，第二比较器COMP2用于比较第一参考电压Vrefl和第三输入电压V3的大小以产生第二调整电压Vt2，第二比较器COMP2的输出端与或门OR的第三输入端相连。

或门OR的第一输入端与第二反相器B2的输出端相连以接收第一控制电压Vc1，或门OR的第二输入端与第一比较器COMP1的输出端相连以接收第一调整电压Vt1，或门OR的第三输入端与第二比较器COMP2的输出端相连以接收第二调整电压Vt2，或门OR的输出端与第二开关管M2的栅极相连以输出第二控制电压Vc2。

一实施例中，第二电阻R2用于避免电源电压VDD的变化直接影响第一参考电压Vrefl，第三电阻R3用于避免电源电压VDD的变化直接影响第二参考电压Vrefh。

一实施例中，第一参考电压Vrefl比第二参考电压Vrefh稍低，当正常工作时，第二输入电压V2与第一参考电压Vrefl相等，第三输入电压V3与第二参考电压Vrefh相等。当电源电压VDD向上阶跃的时候，第二输入电压V2通过第二电容C2被拉高，第二输入电压V2大于第二参考电压Vrefh，第一调整电压Vt1翻转为高电平。当电源电压VDD向下阶跃的时候，第三输入电压V3通过第三电容C3被拉低，第三输入电压V3小于第一参考电压Vrefl，第二调整电压Vt2翻转为高电平。

当第一控制电压Vc1、第一调整电压Vt1和第二调整电压Vt2中任意一个为高电平时，第二控制电压Vc2都为高电平。

如图2所示，开关模块30包括第二开关管M2和第三开关管M3，第二开关管M2为P沟道MOS管，第三开关管M3为N沟道MOS管。

第二开关管M2的源极与参考电压源10的输出端相连，第二开关管M2的漏极与稳压模块的第一端相连，第二开关管M2的栅极与比较单元22的或门OR的输出端相连以接收第二控制电压Vc2，第二开关管M2用于基于第二控制电压Vc2控制参考电压源10与稳压模块40之间的通断。

具体的，当第二控制电压Vc2为低电平，第二开关管M2开启，参考电压源10与稳压模块40导通，当第二控制电压Vc2为高电平，第二开关管M2关闭，参考电压源10与稳压模块40断开。

第三开关管M3的源极与地电压相连，第三开关管M3的漏极与稳压模块40的第一端相连，第三开关管M3的栅极与转换电路211的第二反相器B2的输出端相连以接收第一控制电压Vc1，第三开关管M3用于基于第一控制电压Vc1控制地电压与稳压模块40之间的通断。

具体的，当第一控制电压Vc1为高电平，第三开关管M3开启，稳压模块40与地电压导通，当第一控制电压Vc1为低电平，第三开关管M3关闭，稳压模块40与地电压断开。

如图2所示，稳压模块40包括第四电容C4，第四电容C4的第一端与第二开关管M2的漏极和第三开关管M3的漏极相连，第四电容C4的第二端与地电压相连，第四电容C4用于对参考电压Vref进行稳压并输出参考电压Vref_out。

正常工作时，第四电容C4被参考电压Vref充电。当电源电压VDD发生发生向上阶跃或向下阶跃时，第二控制电压Vc2都会翻转为高电平，参考电压源10与稳压模块40之间的通路被断开，第四电容C4放电以保持输出稳定的参考电压Vref_out。

如图5所示，基于上述的电压源输出电路，本实施例还公开了一种电压源输出控制方法，包括：

通过参考电压源10基于电源电压VDD产生参考电压Vref。

通过延时产生电路21基于电源电压VDD产生第一控制电压Vc1，通过比较单元22基于电源电压VDD和第一控制电压Vc1产生第二控制电压Vc2。

通过开关模块30基于第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2控制输出参考电压Vref。

通过稳压模块40稳定参考电压Vref。一实施例中，通过开关模块30基于第一控制电压Vc1控制稳压模块40与地电压之间的通断，通过开关模块30基于第二控制电压Vc2控制参考电压源10与稳压模块40之间的通断。

当第一控制电压Vc1为高电平，稳压模块40与地电压导通；当第一控制电压Vc1为低电平，稳压模块40与地电压断开。当第二控制电压Vc2为低电平，参考电压源10与稳压模块40导通；当第二控制电压Vc2为高电平，参考电压源10与稳压模块40断开。

具体的，如图6所示，当电源电压VDD快速上电，第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2随电源电压VDD上升，第三开关管M3开启，第二开关管M2关闭，输出参考电压Vref_out通过第三开关管M3保持为低电平；第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2经延迟后翻低，第三开关管M3关闭，第二开关管M2开启，输出参考电压Vref_out翻高。此时参考电压的上电过冲已经消除，不影响输出参考电压Vref_out的波形。

当电压电源VDD发生向上阶跃或向下阶跃时，第二控制电压Vc2都会短暂地翻高为高电平，第二开关管M2关闭，隔离参考电压Vref和输出参考电压Vref_out，第四电容C4继续保持稳定输出参考电压Vref_out。

实施例2

如图7所示，和实施例1的区别在于，延时产生电路21包括计数器50和时钟电路60。时钟电路60用于给计数器50提供时钟信号CK，计数器50用于基于时钟信号CK产生延时时间可控的第一控制电压Vc1。由计数器50来实现延迟，使电路不需要大面积的电阻和电容，纯数字的结构设计更加灵活，产生的延迟也更加准确，并且可以通过配置计数时间来产生可控制的延迟以适配不同的上电时间。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (14)

1.一种电压源输出电路，其特征在于，包括：

参考电压源，用于基于电源电压产生参考电压；

稳压模块，用于输出参考电压；

开关模块，连接于参考电压源和稳压模块之间，用于控制参考电压源与稳压模块之间的通断；

控制信号模块，包括延时产生电路和比较单元，所述延时产生电路用于基于电源电压延时产生第一控制电压，所述比较单元用于基于电源电压和第一控制电压产生第二控制电压，所述开关模块基于第二控制电压控制参考电压源与稳压模块之间的通断。

2.如权利要求1所述的电压源输出电路，其特征在于，所述开关模块基于第一控制电压控制地电压与稳压模块之间通断。

3.如权利要求1所述的电压源输出电路，其特征在于，所述延时产生电路包括第一电容、第一电阻和转换电路，所述第一电容的第一端与电源电压相连，所述第一电容的第二端和第一电阻的第一端与转换电路的第一端相连以基于电源电压产生第一输入电压，所述第一电阻的第二端与地电压相连，所述转换电路用于基于第一输入电压产生第一控制电压。

4.如权利要求3所述的电压源输出电路，其特征在于，所述延时产生电路还包括第一开关管，所述第一开关管的源极与第一电阻的第一端相连，所述第一开关管的栅极和第一开关管的漏极与第一电容的第二端相连。

5.如权利要求4所述的电压源输出电路，其特征在于，所述转换电路包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端与第一电容的第二端，所述第一反相器的输出端与第二反相器的输入端相连，所述第二反相器的输出端用于输出第一控制信号。

6.如权利要求1所述的电压源输出电路，其特征在于，所述延时产生电路包括计数器和时钟电路，所述计数器与时钟电路相连以基于时钟信号产生延时的第一控制电压。

7.如权利要求1所述的电压源输出电路，其特征在于，所述比较单元包括第一比较电路和第二比较电路和或门，所述第一比较电路用于基于电源电压、第一参考电压和第二参考电压产生第一调整电压，所述第二比较电路用于基于电源电压、第一参考电压和第二参考产生第二调整电压，所述或门用于对第一控制电压、第一调整电压和第二调整电压进行或运算以产生第二控制电压。

8.如权利要求7所述的电压源输出电路，其特征在于，所述第一比较电路包括第一比较器、第二电阻和第二电容，所述第二电阻的第一端与第一参考电压相连，所述第二电容的第一端与电源电压相连，所述第二电阻的第二端、第二电容的第二端与第一比较器的正向输入端相连并用于产生跟随电源电压变化的第二输入电压，所述第一比较器的负向输入端用于接收第二参考电压，所述第一比较器用于比较第二输入电压和第二参考电压的大小以产生第一调整电压。

9.如权利要求7所述的电压源输出电路，其特征在于，所述第二比较电路包括第二比较器、第三电阻和第三电容，所述第三电阻的第一端与第二参考电压相连，所述第三电容的第一端与电源电压相连，所述第三电阻的第二端、第三电容的第二端与第二比较器的负向输入端相连并用于产生跟随电源电压变化的第三输入电压，所述第二比较器的正向输入端用于接收第一参考电压，所述第二比较器用于比较第三输入电压和第一参考电压的大小以产生第二调整电压。

10.如权利要求1所述的电压源输出电路，其特征在于，所述开关模块包括第二开关管，所述第二开关管的源极与参考电压源的输出端相连，所述第二开关管的栅极用于接收第二控制电压，所述第二开关管的漏极与稳压模块相连，所述第二开关管用于基于第二控制电压控制参考电压源与稳压模块之间的通断。

11.如权利要求2所述的电压源输出电路，其特征在于，所述开关模块包括第三开关管，所述第三开关管的源极与地电压相连，所述第三开关管的栅极用于接收第一控制电压，所述第三开关管的漏极与稳压模块相连，所述第三开关管用于基于第一控制电压控制地电压与稳压模块之间的通断。

12.如权利要求1所述的电压源输出电路，其特征在于，所述稳压模块包括第四电容，所述第四电容的第一端与开关模块相连，所述第四电容的第二端与地电压相连，所述第四电容用于对参考电压进行稳压并产生输出参考电压。

13.一种电压源输出控制方法，其特征在于，基于如权利要求1～12任一项所述的电压源输出电路，所述控制方法包括：

通过参考电压源基于电源电压产生参考电压；

通过稳压模块稳定参考电压；

通过延时产生电路基于电源电压产生第一控制电压，通过比较单元基于电源电压和第一控制电压产生第二控制电压，通过开关模块基于第二控制电压控制参考电压源与稳压模块之间的通断。

14.如权利要求13所述的一种电压源输出控制方法，其特征在于，通过开关模块基于第一控制电压控制稳压模块与地电压之间的通断。