CN202486644U

CN202486644U - 高电源电压抑制比带隙基准源及模拟/数模混合芯片

Info

Publication number: CN202486644U
Application number: CN2012200663326U
Authority: CN
Inventors: 徐敏; 肖君宇; 谢文刚; 任民
Original assignee: CHENGDU GUOHUI ELECTRONICS CO LTD
Current assignee: Shenzhen Guowei Electronics Co., Ltd.
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-02-27

Abstract

本实用新型公开一种高电源电压抑制比带隙基准源，包括电源切换模块、带隙基准源及低压差线性稳压源，其中：电源切换模块一输入端接入外部电源，输出端接带隙基准源输入端；带隙基准源输出端接低压差线性稳压源输入端；低压差线性稳压源输出端反馈接入电源切换模块另一输入端；并且，带隙基准源和低压差线性稳压源分别向电源切换模块提供使能信号，用以电源切换模块在逻辑判断后切换供电模式，给带隙基准源提供外部电源电压或低压差线性稳压源电压。本实用新型还公开一种模拟/数模混合芯片，设有上述高电源电压抑制比带隙基准源。本实用新型通过供电开关作用，使基准电源的抑制比得到很大改善，可以满足低功耗、高电源电压抑制比设计需求。

Description

高电源电压抑制比带隙基准源及模拟/数模混合芯片

技术领域

本实用新型属于微电子领域，尤其涉及模拟/数模混合信号处理芯片中的功能电路结构设计技术，具体来说是一种高电源电压抑制比带隙基准源及模拟/数模混合芯片，可以有效地提高传统带隙基准源的电源电压抑制比。

背景技术

模拟/数模混合电路中广泛地包含电压基准(Reference Voltage)，其精度直接决定数/模转换器、模/数转换器等电路的性能，这种基准应该与电源和工艺参数的关系很小，与温度的关系是无关的。带隙基准源就是一种较为稳定的基准源，它将负温度系数的电压与正温度系数的电压加权相加，由此抵消温度对输出电压的影响。

传统带隙基准源需要采用运算放大器形成的反馈环路实现电压基准源的稳定输出，由于运算放大器自身带宽、增益的限制，使得电源电压的波动在一定带宽范围内(尤其时中频段)无法得到很好的抑制，由此影响基准电压源的输出信号质量。随后改进的增强型带隙基准源电路结构，采用前置电压源单独给带隙基准源供电，使得电源电压抑制比得到一定的提高，但是改进之后的电路结构，增加了静态功耗与芯片面积。

由此可见，现有技术存在诸多弊端：其一，采用运算放大器的带隙基准源存在输入失调电压较大的问题，若将运算放大器的增益提高以提高电源电压抑制比，则输入失调电压也被放大，使得输出基准电压不够准确；其二，采用前置电压源单独给带隙基准源供电，需要增加较大的静态电流，功耗随之增大，且结构较为复杂，芯片占用的版图面积也随之增大，成本大大增加。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高电源电压抑制比带隙基准源及模拟/数模混合芯片，以满足低功耗、高电源电压抑制比的设计需求。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是，一种高电源电压抑制比带隙基准源，包括电源切换模块、带隙基准源及低压差线性稳压源，其中：电源切换模块一输入端接入外部电源，输出端接带隙基准源输入端；带隙基准源输出端接低压差线性稳压源输入端；低压差线性稳压源输出端反馈接入电源切换模块另一输入端；并且，带隙基准源和低压差线性稳压源分别向电源切换模块提供使能信号，用以电源切换模块在逻辑判断后切换供电模式，给带隙基准源提供外部电源电压或低压差线性稳压源电压。

较优地，包括逻辑判断级电路和开关级电路，其中：逻辑判断级电路分别接入带隙基准源输出使能信号和低压差线性稳压源输出使能信号，根据相应逻辑输出电源转换开关信号；开关级电路根据电源转换开关信号相应导通或截止，用以选择性地接入外部电源或低压差线性稳压源。

较优地，逻辑判断级电路包括与非门及输出反相器，其中：与非门对带隙基准源输出使能信号与低压差线性稳压源输出使能信号做出逻辑判断，输出电源转换开关信号；输出反相器对电源转换开关信号反相后输出至开关级电路。

较优地，开关级电路接有保护级器件。

较优地，保护级器件构成多个钳位电路，用以使电源转换开关信号电压及低压差线性稳压源输出电压的波形顶部/底部保持在预设的直流电平范围之内。

较优地，逻辑判断级电路的一输入端连接带隙基准源输出使能信号输入级电路。

较优地，带隙基准源输出使能信号输入级电路包括带隙基准源输出使能信号判断电路和输入反相电路，该带隙基准源输出使能信号判断电路输出带隙基准源输出使能信号，之后经输入反相电路反相输入至逻辑判断级电路的一输入端。

较优地，带隙基准源输出使能信号判断电路中接有恒流源，用以稳定带隙基准源输出使能信号判断电路中的电流。

较优地，输入反相电路的输出端接有延时单元，用以将带隙基准源输出使能信号延时预设时间，之后输入至逻辑判断级电路的一输入端。

在此基础上，本实用新型还提供一种模拟/数模混合芯片，设有上述的高电源电压抑制比带隙基准源。

与现有技术相比，本实用新型采用较为简单的电源模式切换电路，可实现高电源电压抑制比带隙基准的设计，由此满足低功耗、高电源电压抑制比的设计需求。就本实用新型的优选实施例而言，其通过供电开关的作用，基准电压的电源电压抑制比得到很大改善，在低频100Hz下，能够达到106dB；在中频100KHz下，能够达到55dB。

附图说明

图1是本实用新型高电源电压抑制比带隙基准源的电路框图；

图2是图1中电源切换模块一优选实施例的电路原理图；

图3是采用图2所示电源切换模块的高电源电压抑制比带隙基准源的增益相位曲线图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想是，设置电源切换模块，其自动切换供电模式给带隙基准源电路，实现前置电压源的功能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

参见图1，表示本实用新型高电源电压抑制比带隙基准源的整体模块结构。该高电源电压抑制比带隙基准源应用于数模混合芯片，其主要包括三个主要模块，即电源切换模块(PowerSupply)100、带隙基准源(Bandgap)200、低压差线性稳压源(LDO&COMP)300，连接方式是：电源切换模块100的一输入端接入外部电源，其输出端接带隙基准源200输入端，带隙基准源200输出端接低压差线性稳压源300输入端，低压差线性稳压源300输出端反馈接入电源切换模块100的另一输入端，且带隙基准源200和低压差线性稳压源300分别向电源切换模块100提供使能信号。以下对三个模块的主要功能分别进行描述。

如图1所示，电源切换模块100经过数字逻辑信号的判断，自动切换供电模式给带隙基准源电路200，实现前置电压源的功能；带隙基准源电路200稳定输出低温漂系数的基准电压Switch Output给低压差线性稳压源300，为芯片内部提供一个稳定的电压源，并输出使能信号Bandgap_OK；低压差线性稳压源300给电源切换模块100提供稳定的电源电压Vout，并输出使能信号LDO_OK，实现外部电源电压VDD与低压差线性稳压源300输出电压的切换。

如图1所述，本实用新型中电源切换模块100主要实现外部电源电压与低压差线性稳压源300输出电压之间的切换：当外部电源上电后，带隙基准源200与低压差线性稳压源300正常工作以后，分别输出使能信号，之后经过电源切换模块100数字逻辑电路的控制，电源切换模块100将外部电源电压切换到低压差线性稳压源输出电压给带隙基准源。相比之下，内部低压差线性稳压源基准电压的波动比外部电源电压要小很多，由此间接地提高了带隙基准源200的电源电压抑制比。

本实用新型中的电源切换模块100可采用多种电路形式，以下对其一个优选实施例进行描述。

参见图2，表示本实用新型高电源电压抑制比带隙基准源中电源切换模块100一较优实施例的电路结构。该电源切换模块100的电路包括电流源IB、增强型晶体管M2-M18、电阻R1、电容C1、二极管D1等元件，由此分别构成带隙基准源输出使能信号输入级电路、逻辑判断级电路、开关级电路及保护级电路，以下进一步进行描述。

带隙基准源输出使能信号输入级电路，由电流源IB、增强型晶体管M2、M3、M4，电阻R1、电容C1构成，其中：电流源IB与增强型晶体管M2构成带隙基准源输出使能信号判断电路；M3与M4构成反相电路，以便将带隙基准源输出使能信号反相；电阻R1与电容C1构成延时电路，以便将反相后的带隙基准源输出使能信号延时预设时间后输入到后续的逻辑判断级电路。

逻辑判断级电路，分别接入带隙基准源输出使能信号Bandgap_OK和低压差线性稳压源输出使能信号LDO_OK，其输出电源转换开关信号，以便后续开关级电路选择性地接入外部电源或带隙基准源，其中：M5-M8组成与非门，其对带隙基准源使能信号与线性稳压源输出使能信号做出逻辑判断，输出电源转换开关信号；M9、M10构成反相器，对电源转换开关信号反相，之后输出至开关级电路。

开关级电路，由开关管M12、M13、M14、M15、M16、M17构成，根据逻辑判断级电路输出的电源转换开关信号，各M1～M17相应导通或截止，以便选择性地接入外部电源或低压差线性稳压源电压。

保护级电路，特别地设置有三钳位电路，其中：M11、M18为增强型PMOS晶体管，实现钳位保护；D1为保护二极管，也起钳位作用。

如图2所示，该电源切换模块100的工作过程是：电流源IB与增强型晶体管M2、构成带隙基准源输出使能信号判断电路，其中M2满足下拉功能；M3与M4将带隙基准源输出使能信号反相以后经过电阻R1与C1组成的延时单元，最终输出到与非门的输入端；M5-M8组成与非门，其对带隙基准源使能信号与线性稳压源输出使能信号做出逻辑判断；使能信号最终经过由M9、M10构成的反相器，分别为开关管M12、M13、M14、M15、M16、M17提供开关信号，由此实现电源的切换。

需说明的是，上述实施例中的各级电路结构均可采用其它电路形式实现。例如，图2中数字逻辑电路部分采用与非门，之后经反相器输出到开关电路，显然也可采用其它逻辑电路结构，例如直接以与门代替，不再赘述。

如图2所示，该电源切换模块100的主要逻辑为：

(1)带隙基准源使能信号Bandgap_OK＝“0”，低压差线性稳压源输出使能信号LDO_OK＝“0”时，

Vout＝VIN-VDS₁₅-VDS₁₇；

(2)带隙基准源使能信Bandgap_OK＝“1”，低压差线性稳压源输出使能信号LDO_OK＝“1”时，

Vout＝VBIAS-VDS₁₂。

参见图3，表示采用上述电源切换模块的高电源电压抑制比带隙基准源的输出特性曲线，其中横坐标为频率，纵坐标为增益。由图3可知，上述实施例可较好地实现电源电压抑制比带隙基准的设计，由此满足低功耗、高电源电压抑制比的设计需求。该实施例通过供电开关的作用，基准电压的电源电压抑制比得到很大改善，在低频100Hz下，能够达到106dB；在中频100KHz下，能够达到55dB。

本实用新型的模拟/数模混合芯片，设有上述高电源电压抑制比带隙基准源。由于基准电源的抑制比得到很大改善，保证了基准电压的精度，有助于提升模拟/数模混合芯片的性能。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，包括电源切换模块、带隙基准源及低压差线性稳压源，其中：电源切换模块一输入端接入外部电源，输出端接带隙基准源输入端；带隙基准源输出端接低压差线性稳压源输入端；低压差线性稳压源输出端反馈接入电源切换模块另一输入端；并且，带隙基准源和低压差线性稳压源分别向电源切换模块提供使能信号，用以电源切换模块在逻辑判断后切换供电模式，给带隙基准源提供外部电源电压或低压差线性稳压源电压。

2.如权利要求1所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，包括逻辑判断级电路和开关级电路，其中：逻辑判断级电路分别接入带隙基准源输出使能信号和低压差线性稳压源输出使能信号，根据相应逻辑输出电源转换开关信号；开关级电路根据电源转换开关信号相应导通或截止，用以选择性地接入外部电源或低压差线性稳压源。

3.如权利要求2所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，逻辑判断级电路包括与非门及输出反相器，其中：与非门对带隙基准源输出使能信号与低压差线性稳压源输出使能信号做出逻辑判断，输出电源转换开关信号；输出反相器对电源转换开关信号反相后输出至开关级电路。

4.如权利要求2所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，开关级电路接有保护级器件。

5.如权利要求4所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，保护级器件构成多个钳位电路，用以使电源转换开关信号电压及低压差线性稳压源输出电压的波形顶部/底部保持在预设的直流电平范围内。

6.如权利要求2所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，逻辑判断级电路的一输入端连接带隙基准源输出使能信号输入级电路。

7.如权利要求6所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，带隙基准源输出使能信号输入级电路包括带隙基准源输出使能信号判断电路和输入反相电路，该带隙基准源输出使能信号判断电路输出带隙基准源输出使能信号，之后经输入反相电路反相输入至逻辑判断级电路的一输入端。

8.如权利要求7所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，带隙基准源输出使能信号判断电路中接有恒流源，用以稳定带隙基准源输出使能信号判断电路中的电流。

9.如权利要求8所述的高电源电压抑制比带隙基准源，其特征在于，输入反相电路的输出端接有延时单元，用以将带隙基准源输出使能信号延时预设时间，之后输入至逻辑判断级电路的一输入端。

10.一种模拟/数模混合芯片，其特征在于，设有如权利要求1～9任一项所述的高电源电压抑制比带隙基准源。