CN1731308A - 一种超低工作电压能隙基准电压源 - Google Patents
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Abstract
一种超低工作电压能隙基准电压源，包括低工作电压能隙电压产生电路，其特征在于：在该电路上连接一用于减少静态平衡点的数目的非正常平衡点屏蔽电路，以及可连接抗电源抖动电路和抗电源跌落电路。本发明能够工作在超低电源电压环境下，具有下列优点，即：第一，减少静态平衡点的数目；第二，应用差模信号增强了电路的抗抖动能力；第三，抗电源跌落能力。本发明电路能够大大地加强超低电压工作的能隙基准电压源的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及模拟电路中需要产生具有低温度飘移和高电源抑制比的参考电压能隙参考电压源，尤其指高稳定性的超低工作电压能隙基准电压源，以特别适合电路在超低工作电压和大电源抖动的环境下应用。
背景技术
在模拟电路中经常需要产生低温度飘移和高电源抑制比的参考电压，能隙参考电压源由于能够提供非常低的温度飘移特性和高的电源抑制比而被广范研究。
能隙参考电压源利用具有负温度特性的PN结正向导通电压和具有正温度特性的两个PN结的正向导通电压差，按照一定的比例叠加，两种电压的温度特性相互抵销，产生具有非常小温度特性的能隙参考电压。常温下一个标准能隙参考电压的输出绝对值为1.25V。图1给出一个标准能隙参考电压产生电路，它由电阻R0、R1，晶体管M0、M1、Q0、Q1，以及运算放大器所组成。由于受限于标准能隙参考电压的输出绝对值，能隙参考电压产生电路的最小工作电压不能低于1.25V。如果在低于1.25V的应用环境下也需要有低温度飘移的能隙参考电压，就需要对图1电路进行一些变化。
如图2所示，低工作电压能隙电压产生电路，该电路的最大特点是能够工作在低于1V的电源电压环境下。图2电路在电阻R1上产生与温度成正比的IPTAT电流，在电阻R2和R3上产生负温度特性的Vbe/R2电流INTAT，R2和R3的阻值相等，所以电阻R3上通过的电流和电流R2上通过的电流相等，P1上通过的电流和P2上通过的电流相等。IPTAT和INTAT的温度特性相互抵销，产生具有低温度飘移的能隙电流Igap，该电流被镜像到一个电阻上，在该电阻上产生具有低温度飘移的参考电压，电阻阻值选取不同，输出的参考电压也不相同。因此可以产生远低于一个标准能隙电压的参考电压。由于没有了一个标准能隙电压的限制，该电路可以工作在低于1V的电源电压环境下。
但是相比图1只存在两个平衡点(N1＝0和N1＝Vbe)的标准能隙电压电路，图2的电路的最大缺点是该电路在N1点电压低于Vbe的情况下有无数个平衡点，这些平衡点是由Vbe的旁路电阻R2和R3引进的，在N1点电压小于Vbe情况下，两个旁路电阻R2和R3中有电流流过，N1点和N2点电压保持在大于0而小于Vbe的状态，该状态不能提供稳定的能隙电压。无数个平衡点的结果是导致图2电路的稳定性非常差，电路处在N1＝Vbe的正常工作点下非常容易在外界环境的干扰下进入非正常的N1＜Vbe的平衡点，而且稳定在该点上。
然而，解决图2所示的能隙参考电压电路的多平衡点问题，同时提高该电路的稳定性和抗电源抖动的能力，是本申请人致力研究的内容之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高稳定性的超低工作电压能隙基准电压源，它减少平衡点的数量，增强该电路的稳定性和抗电源抖动的能力。
本发明所提供的一种超低工作电压能隙基准电压源，包括低工作电压能隙电压产生电路，其特征在于：在该电路上连接一用于减少静态平衡点的数目的非正常平衡点屏蔽电路。
在上述的超低工作电压能隙基准电压源中，还包括一与所述低工作电压能隙电压产生电路相连的抗电源抖动电路。
在上述的超低工作电压能隙基准电压源中，还包括一与所述低工作电压能隙电压产生电路和非正常平衡点屏蔽电路相连的抗电源跌落电路。
在上述的超低工作电压能隙基准电压源中，抗电源抖动电路采用差模信号增强电路。
在上述的超低工作电压能隙基准电压源中，非正常平衡点屏蔽电路由两个NMOS管(M1、M2)连接组成。
在上述的超低工作电压能隙基准电压源中，抗电源抖动电路为在所述工作电压能隙电压产生电路的运算放大器的负向输入端连接的一个电容(C1)。
在上述的超低工作电压能隙基准电压源中，抗电源跌落电路包括由一个电阻、一个电容、一个开关和一对电流镜所组成，电阻和电容组成一个RC延迟电路，该RC延迟的输入端连接电源电压，输出端连接一个PMOS开关，该开关的栅连接电源，源和N阱连接RC延迟电路的输出端，漏极连接NMOS电流镜的输入端，NMOS电流镜的输出端是抗电源跌落电路的输出端。
采用了上述的技术解决方案，本发明能够工作在超低电源电压环境下，具有下列优点，即：第一，减少静态平衡点的数目；第二，应用差模信号增强了电路的抗抖动能力；第三，抗电源跌落能力。本发明电路能够大大地加强超低电压工作的能隙基准电压源的稳定性。
附图说明
图1是现有标准能隙基准电压产生电路。
图2是现有低工作电压能隙电压产生电路。
图3是本发明非正常平衡点屏蔽电路和抗电源抖动电路。
图4是本发明的抗电源跌落电路。
图5是本发明高稳定性的超低工作电压能隙基准电压源。
具体实施方式
实施例之一
如图3所示，本发明在现有低工作电压能隙电压产生电路上连接一用于减少静态平衡点的数目的非正常平衡点屏蔽电路和一抗电源抖动电路。
本发明电路在N1点电压小于NMOS的开启电压Vth，n的情况下能够阻断旁路电阻R2和R3中的电流通道，使图2电路中N1点电压小于NMOS的开启电压Vth，n的平衡状态被破坏，大大地减少了平衡点的数目，提高了电路的稳定性。
图3中的虚线框给出了非正常平衡点屏蔽电路，该电路由NMOS管M1和M2组成。M1和M2的栅连接N1点，M1的漏极连接N3点，它的源极和衬地连接地电平；M2的漏极连接低N6点，它的源极和衬地连接地电平。
当N1点电压低于M1和M2的开启电压Vth，n和PN结正向导通电压Vbe时，M1和M2关闭，旁路电阻R2和R3中没有电流流过，P1中也没有电流流过，所以N1点和N2点电压不会平衡在这些点上，大大地减少了静态平衡点的数目。
由于不能彻底消除非正常的平衡点，本发明电路提供了一套措施来保证该电路能够维持在正常的工作点上。
在图2的运放的负向输入端连接一个电容。当电源电压发生变化时，该电容能够在N1点和N2点之间产生差模电压，该差模电压被施加到运放的输入端，能够维持N1点电压和N2点电压保持在正常的工作点上。
图3中的虚线框2给出了抗电源抖动电路，该电路由一个电容C1形成，该电容连接在N1点和系统地之间。当电源上有抖动时，N1点、N2点和N5点会随之抖动，由于N1点上连接有电容C1，在这点上的抖动比较小，因此N1点和N2点之间产生了电压差，该电压差被施加到运放A1的输入端，在输出端N5上产生一个和N5上的抖动相反的变化，抑制N5点的抖动，使电路很快地恢复到正常的工作点上。
实施例之二
如图5所示，本发明现有低工作电压能隙电压产生电路上连接一用于减少静态平衡点的数目的非正常平衡点屏蔽电路、一抗电源抖动电路和一抗电源跌落电路。
其中，非正常平衡点屏蔽电路和抗电源抖动电路结构同上。
如图4所示，抗电源跌落电路由电阻R4、电容C2、PMOS开关M3，镜像电流源M4和M5组成。电阻R4的一端连接电源，另一端连接电容C2的一个极板，电容C2的另一个极板连接地电平，由此构成一个RC延迟电路，电阻R4和电容C2的公共端作为该RC延迟电路的输出端N4；PMOS开关M3的源极和衬地连接该RC延迟电路的输出端，它的栅极连接电源，它的漏极连接镜像电流源的输入端；镜像电流源由NMOS管M4和M5组成，它们的栅极连接在一起，并且连接到M4的漏极上作为镜像电流源的电流输入端，它们的源极连接在地上，M5的漏极作为镜像电流源的电流输出端连接到N5点上。
当电源出现较大的跌落时，由R4和C2组成的延迟电路使得N4点的电压比电源电压高，PMOS开关M3开启，有电流通过PMOS开关流到电流镜像电路中，在电流镜像电路的输出端产生输出电流，该电流将N5点的电压拉低，使电路偏置到正常的工作点上。
本发明电路采用了一套机制来防止电源的跌落对工作状态的影响。当电源上有一个非常大的跌落导致电路离开正常的平衡点，电路的偏置电流变为零，本发明电路能够非常快的提供一个短暂的电流，重新将电路偏置到正常的工作点上。
以上诸实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定。而纳入权利要求的范围之内。
Claims (7)
1.一种超低工作电压能隙基准电压源，包括低工作电压能隙电压产生电路，其特征在于：在该电路上连接一用于减少静态平衡点的数目的非正常平衡点屏蔽电路。
2.根据权利要求1所述的超低工作电压能隙基准电压源，其特征在于：它还包括一与所述低工作电压能隙电压产生电路相连的抗电源抖动电路。
3.根据权利要求1或2所述的超低工作电压能隙基准电压源，其特征在于：它还包括一与所述低工作电压能隙电压产生电路和非正常平衡点屏蔽电路相连的抗电源跌落电路。
4.根据权利要求2所述的超低工作电压能隙基准电压源，其特征在于：所述的抗电源抖动电路采用差模信号增强电路。
5.根据权利要求1所述的超低工作电压能隙基准电压源，其特征在于：所述非正常平衡点屏蔽电路由两个NMOS管(M1、M2)连接组成。
6.根据权利要求4所述的超低工作电压能隙基准电压源，其特征在于：所述的抗电源抖动电路为在所述工作电压能隙电压产生电路的运算放大器的负向输入端连接的一个电容(C1)。
7.根据权利要求3所述的超低工作电压能隙基准电压源，其特征在于：所述的抗电源跌落电路包括由一个电阻、一个电容、一个开关和一对电流镜所组成，电阻和电容组成一个RC延迟电路，该RC延迟的输入端连接电源电压，输出端连接一个PMOS开关，该开关的栅连接电源，源和N阱连接RC延迟电路的输出端，漏极连接NMOS电流镜的输入端，NMOS电流镜的输出端是抗电源跌落电路的输出端。
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