CN212723774U - 一种参考电压生成电路、稳压电路及芯片 - Google Patents

Abstract

一种参考电压生成电路、稳压电路及芯片，其通过具有正温度系数的第一基准电压生成电路生成第一基准电压信号；电流发生器；具有负温度系数的第二基准电压生成电路，根据电流发生器提供的基准电流信号生成第二基准电压信号，并根据第一基准电压信号和第二基准电压信号的电压差生成目标参考电压信号；利用第一基准电压信号和第二基准电压信号之间相反的温度特性，使得输出的目标参考电压信号不随温度、负载等变化而变化，避免使用晶体管阵列(BJT array)和电阻数组实现，减小了参考电压生成电路所占面积，降低了静态功耗，提高了参考电压生成电路的适用性。

Description

一种参考电压生成电路、稳压电路及芯片

技术领域

本申请属于集成电路芯片领域技术领域，尤其涉及一种参考电压生成电路、稳压电路及芯片。

背景技术

传统的芯片内部需要一个稳压电路来提供参考电压准位，一般会利用带隙基准(Bandgap voltage reference，简称Bandgap)电路当作标准模块；同时，此稳压电路必须对于电压、温度、工艺飘移具有极高的免疫能力，才能在工作范围内给予准确无偏差的参考电压准位。目前传统的Bandgap电路虽然有良好的性能,但是占芯片面积过大,静态漏电流也相对比较大,如果要减小漏电流就必须要加大电阻,这将会导致芯片面积变大。此外，在Bandgap电路中，需要晶体管阵列(BJT array)组件来形成负温度系数，但是由于布局匹配(layout matching)的考虑，通常会采用5*5um的组件，甚至10*10um的组件，并且以1:8或是1:15的比例设计,这也将会同时造成芯片面积的增长以及漏电流的增加。

因此，传统的Bandgap电路技术方案存在电路占芯片面积和功耗较大，集成度低，导致应用存在较多限制的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种参考电压生成电路、稳压电路及芯片，旨在解决传统的Bandgap电路技术方案存在电路占芯片面积和功耗较大，集成度低，导致应用存在较多限制的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种参考电压生成电路，所述参考电压生成电路包括：

具有正温度系数的第一基准电压生成电路，用于生成第一基准电压信号；

电流发生器；

具有负温度系数的第二基准电压生成电路，所述第二基准电压生成电路的输入端与所述第一基准电压生成电路的输出端连接，所述第二基准电压生成电路的输出端与所述电流发生器的第一端连接，所述电流发生器的第二端接地，所述第二基准电压生成电路用于生成第二基准电压信号，并根据所述第一基准电压信号和所述第二基准电压信号生成目标参考电压信号；其中，所述目标参考电压信号为所述第一基准电压信号和第二基准电压信号的电压差。

在其中一个实施例中，所述第二基准电压信号为负电压信号。

在其中一个实施例中，所述第一基准电压生成电路包括正温度系数分流组件和第一电流源单元，所述正温度系数分流组件的第一端与所述第一电流源单元的输出端连接作为所述第一基准电压生成电路的输出端与所述第二基准电压生成电路连接，所述正温度系数分流组件的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述正温度系数分流组件为PN结器件。

在其中一个实施例中，所述正温度系数分流组件为三极管；其中，所述三极管的基极和集电极连接。

在其中一个实施例中，所述正温度系数分流组件为增强型MOS；其中，所述增强型MOS的栅极和漏极连接。

在其中一个实施例中，所述第二基准电压生成电路包括负温度系数分流组件。

在其中一个实施例中，所述负温度系数分流组件为耗尽型NMOS管。

本申请的第二方面提供了一种稳压电路，包括如上述任一项所述的参考电压生成电路。

本申请的第二方面提供了一种芯片，包括如上述任一项所述的参考电压生成电路。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的参考电压生成电路，其通过具有正温度系数的第一基准电压生成电路生成第一基准电压信号；电流发生器；具有负温度系数的第二基准电压生成电路，第二基准电压生成电路的输入端与第一基准电压生成电路的输出端连接，第二基准电压生成电路的输出端与电流发生器的第一端连接，电流发生器的第二端接地，第二基准电压生成电路用于生成第二基准电压信号，并根据第一基准电压信号和第二基准电压信号生成目标参考电压信号；其中，目标参考电压信号为第一基准电压信号和第二基准电压信号的电压差；利用第一基准电压信号和第二基准电压信号之间相反的温度特性，使得输出的目标参考电压信号不随温度、负载等变化而变化，实现不需要依靠传统Bandgap(Bandgap voltage reference，带隙基准)电路在负温度系数电压产生器上所需要的晶体管阵列(BJT array)，也不需要为了降低漏电流使用的电阻数组，减小了参考电压生成电路所占面积，降低了静态功耗，提高了参考电压生成电路的适用性；同时，也减小了集成有该参考电压生成电路的芯片的面积和功耗，提高了芯片的集成度和应用范围。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的参考电压生成电路的一种结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的参考电压生成电路的另一种结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的参考电压生成电路的一种示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本申请第一实施例提供的参考电压生成电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种参考电压生成电路，参考电压生成电路包括：具有正温度系数的第一基准电压生成电路11、电流发生器12以及具有负温度系数的第二基准电压生成电路13。

具有正温度系数的第一基准电压生成电路11，配置为生成第一基准电压信号；电流发生器12；具有负温度系数的第二基准电压生成电路13，第二基准电压生成电路13的输入端与第一基准电压生成电路11的输出端连接，第二基准电压生成电路13的输出端与电流发生器12的第一端连接，电流发生器12的第二端接地，第二基准电压生成电路13用于生成第二基准电压信号，并根据第一基准电压信号和第二基准电压信号生成目标参考电压信号；其中，目标参考电压信号为第一基准电压信号和第二基准电压信号的电压差。

具体实施中，参考电压生成电路可应用于仿真电路和电源管理电路等特别需要用到精准参考电压的电路中，以及需要超低待机功耗和对芯片面积有严苛要求的产品及芯片中。具有正温度系数的第一基准电压生成电路11的输出端输出第一基准电压信号至第二基准电压生成电路13的输入端。电流发生器12输出恒定的基准电流信号至第二基准电压生成电路13，为第二基准电压生成电路13提供稳定的偏压，使得第二基准电压生成电路13根据该基准电流信号生成并输出第二基准电压信号，第二基准电压信号具有负温度系数。

可选的，第二基准电压信号为负电压信号。

本申请实施例利用第一基准电压信号和第二基准电压信号之间相反的温度特性，使得输出的目标参考电压信号不随温度变化而变化，实现不需要依靠传统的Bandgap(Bandgap voltage reference，带隙基准)电路在负温度系数电压产生器上所需要的晶体管阵列(BJT array)以及不需要为了降低漏电流使用的电阻数组，减小了应用该参考电压生成电路所占面积和静态功耗，提高了参考电压生成电路的适用性。

在其中一个实施例中，请参阅图2，第一基准电压生成电路11包括正温度系数分流组件112和第一电流源单元111，正温度系数分流组件112的第一端与第一电流源单元111的输出端连接作为第一基准电压生成电路11的输出端与第二基准电压生成电路13连接，正温度系数分流组件112的第二端接地。

具体实施中，正温度系数分流组件112的第一端与第一电流源单元111的输出端共接于第二基准电压生成电路13的输入端，第一电流源单元111的输入端接入电源电压。可选的，第一电流源单元111也采用电流发生器(也叫电流源)，利用电流发生器输出稳定的基准电流信号，且基准电流信号并不会随着电源电压、负载以及环境温度变化而发生改变，因此通过第一电流源单元111输出恒定的基准电流信号，为正温度系数分流组件112提供稳定的偏压，使得具有正温度系数的第一基准电压生成电路11生成第一基准电压信号，第一基准电压信号也具有正温度系数。结合具有正温度系数的第一基准电压信号和具有负温度系数的第二基准电压信号能够得到稳定的目标参考电压信号，进一步提高了电压参考电路生成并输出的目标参考电压信号的稳定可靠性。

在其中一个实施例中，第一基准电压生成电路11包括的正温度系数分流组件112为PN结器件。

具体实施中，PN结器件的P区与第一电流源单元111的输出端连接，PN结器件的N区与电源地连接，PN结器件具有正温度系数的电压阈值。

在其中一个实施例中，正温度系数分流组件112为三极管；其中，三极管的基极和集电极连接。可选的，三极管包括NPN型三极管和PNP型三极管，基极和集电极短接的三极管具有正温度系数的电压阈值。当正温度系数分流组件112采用NPN型三极管时，NPN型三极管的基极与集电极连接，并共接于第一电流源单元111的输出端，NPN型三极管的发射极与电源地连接；当正温度系数分流组件112采用PNP型三极管时，PNP型三极管的基极与集电极连接，并共接于电源地，PNP型三极管的发射极与第一电流源单元111的输出端连接。

在其中一个实施例中，正温度系数分流组件112为增强型MOS管，其中，增强型MOS的栅极和漏极连接。

可选的，增强型MOS管包括增强型P沟道MOS管和增强型N沟道MOS管，且MOS管的栅极和漏极连接，栅极和漏极短接的增强型MOS管具有正温度系数的电压阈值。当正温度系数分流组件112采用增强型P沟道MOS管时，P沟道MOS管的栅极与漏极连接，并与电源地连接，P沟道MOS管的源极与第一电流源单元111连接；当正温度系数分流组件112采用增强型N沟道MOS管时，N沟道MOS管的栅极与漏极连接，并与第一电流源单元111连接，N沟道MOS管的源极与电源地连接。

在其中一个实施例中，第二基准电压生成电路13包括负温度系数分流组件，以根据电流发生器12提供的基准电流信号生成具有负温度系数的第二基准电压信号。

具体实施中，负温度系数分流组件的第一端与第一基准电压生成电路11的输出端连接，负温度系数分流组件的第二端与电流发生器12的第一端连接。

可选的，负温度系数分流组件为耗尽型NMOS管。具体实施中，耗尽型NMOS管具有负电压阈值，并且为负温度系数的电压阈值。

具体实施中，请参阅图3，第二基准电压生成电路13的负温度系数分流组件采用耗尽型NMOS管Q2，第一基准电压生成电路11的正温度系数分流组件112采用增强型N沟道MOS管Q1。电流发生器12(T2)为耗尽型NMOS管Q2提供偏压，通过耗尽型NMOS管Q2对应生成具有负温度系数的第二基准电压参考信号V2；第一电流源单元111中的电流发生器T1为增强型N沟道MOS管Q1提供偏压，通过栅极和漏极短接的增强型N沟道MOS管Q1对应生成具有正温度系数的第一电压参考信号V1，根据第一基准电压信号V1和第二基准电压信号的电压V2之差得到目标参考电压信号VREF。因此，参考电压生成电路输出的目标参考电压信号VREF＝V1-V2与电源电压(VCC)、负载以及环境温度等无关，利用增强型N沟道MOS管与耗尽型NMOS管的电压阈值具有相反的温度特性，使得第一基准电压生成电路11生成的第一基准电压信号V1和第二基准电压生成电路13生成的第二基准电压信号的电压V2具有相反的温度特性，从而使得参考电压生成电路输出的目标参考电压信号不随温度变化而变化，利用栅极与漏极短接的耗尽型NMOS管的导通电阻极大的特点，取代传统Bandgap电路中所需要的电阻数组，使参考电压生成电路具有低的静态功耗，减小了漏电流，降低了参考电压生成电路所占芯片的面积，有利于电路的高度集成。

本申请实施例通过具有正温度系数电压阈值的耗尽型NMOS搭配具有正温度系数电压阈值的伪二极管结构(栅极和漏极短接的增强型MOS管)构成一个输出稳定目标参考电压信号的参考电压生成电路，降低了电压参考电路的功耗，并可以在同样的精准度规格下达到节约40％的面积，提高了电路的集成度和适用性。

本申请的第二方面提供了一种稳压电路，包括上述所述的参考电压生成电路。

本申请实施例的稳压电路能够对于电压、温度、工艺飘移具有极高的免疫能力,能够在工作范围内提供稳定、准确、无偏差的参考电压；并且静态漏电流导致的功耗低。

本申请的第三方面提供了一种芯片，包括上述所述的参考电压生成电路。

具体实施中，参考电压生成电路集成与芯片上。

本申请实施例的芯片具有稳定的参考电压，并且参考电压生成电路的静态漏电流小，使得芯片能够更加小型化，提高了芯片的稳定性、集成度以及适用性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块、电路的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块、电路完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块或电路，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块、电路可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块、电路的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种参考电压生成电路，其特征在于，所述参考电压生成电路包括：

具有正温度系数的第一基准电压生成电路，用于生成第一基准电压信号；

电流发生器；

具有负温度系数的第二基准电压生成电路，所述第二基准电压生成电路的输入端与所述第一基准电压生成电路的输出端连接，所述第二基准电压生成电路的输出端与所述电流发生器的第一端连接，所述电流发生器的第二端接地，所述第二基准电压生成电路用于生成第二基准电压信号，并根据所述第一基准电压信号和所述第二基准电压信号生成目标参考电压信号；其中，所述目标参考电压信号为所述第一基准电压信号和第二基准电压信号的电压差。

2.如权利要求1所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述第二基准电压信号为负电压信号。

3.如权利要求1所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述第一基准电压生成电路包括正温度系数分流组件和第一电流源单元，所述正温度系数分流组件的第一端与所述第一电流源单元的输出端连接作为所述第一基准电压生成电路的输出端与所述第二基准电压生成电路连接，所述正温度系数分流组件的第二端接地。

4.如权利要求3所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述正温度系数分流组件为PN结器件。

5.如权利要求3所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述正温度系数分流组件为三极管；其中，所述三极管的基极和集电极连接。

6.如权利要求3所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述正温度系数分流组件为增强型MOS；其中，所述增强型MOS的栅极和漏极连接。

7.如权利要求1所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述第二基准电压生成电路包括负温度系数分流组件。

8.如权利要求7所述的参考电压生成电路，其特征在于，所述负温度系数分流组件为耗尽型NMOS管。

9.一种稳压电路，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的参考电压生成电路。

10.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的参考电压生成电路。

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