CN218767954U - 低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体公开了一种低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片，其中，该低噪声的有源滤波电路包括：第一MOS管、第二MOS管、恒流电源、滤波电容、带隙基准输入端及滤波电压输出端；该低噪声的有源滤波电路基于运算放大器和第一MOS管构成等效大电阻，并利用第二MOS管和恒流电源控制第二MOS管的等效电阻，使得第二MOS管的导通电阻与第一MOS管的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数的RC电路，有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容，从而减少了整个电路的面积。

Description

低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，具体而言，涉及一种低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片。

背景技术

滤波电路又称LDO电路，应用在电源管理芯片中，用于对间隙基准电路产生的带隙基准电压进行滤波以输出低噪声的带隙基准电压。

现有的低噪声的滤波电路构成如图1所示，由于带隙基准电压的噪声为低频输出电压，所以该低噪声滤波电路中由电阻R0和电容C0组成的滤波器的截止频率必须很低才能达到较好的滤波效果，截止频率满足

，要满足截止频率低于100hz，需要配置较大的电阻R0和电容C0，考虑到电路面积，现有技术的低噪声的滤波电路存在截止频率较高、滤波效果差的缺点。

针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片，降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果。

第一方面，本申请提供了一种低噪声的有源滤波电路，用于对带隙基准电压进行滤波，所述电路包括：第一MOS管、第二MOS管、恒流电源、滤波电容、带隙基准输入端及滤波电压输出端，所述第一MOS管漏极及运算放大器的同相输入端与所述带隙基准输入端连接，所述第一MOS管源极与所述滤波电压输出端及所述滤波电容一端连接，所述滤波电容另一端接地，所述运算放大器的输出端与所述第一MOS管栅极及所述第二MOS管栅极连接，所述运算放大器的反向输入端与所述第二MOS管漏极及所述恒流电源一端连接，所述恒流电源另一端接地，所述第二MOS管源极接地，所述第二MOS管的尺寸大于所述第一MOS管的尺寸。

本申请的低噪声的有源滤波电路，基于运算放大器和第一MOS管构成等效大电阻，使得第二MOS管的导通电阻与第一MOS管的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数的RC电路。

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为NMOS管。

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述第二MOS管的沟道宽长比为所述第一MOS管的沟道宽长比的100倍或以上。

该示例中，第二MOS管的沟道宽长比为第一MOS管的沟道宽长比的100倍或以上，使得第二MOS管的尺寸为第一MOS管的尺寸的100倍或以上

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述恒流电源为1nA电源。

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述滤波电容的电容量为4pF或以上。

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述运算放大器包括：第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管和电流源，所述第三MOS管和所述第四MOS管源极与供电电源连接，所述第三MOS管栅极和所述第四MOS管栅极连接，所述第三MOS管栅极和所述第三MOS管漏极连接，所述第三MOS管漏极与所述第五MOS管漏极连接，所述第四MOS管漏极与所述第六MOS管漏极连接，所述第五MOS管源极与所述第六MOS管源极连接，所述第六MOS管源极与所述电流源一端连接，所述电流源另一端接地，所述第四MOS管的漏极与所述第一MOS管栅极及所述第二MOS管栅极连接，所述第五MOS管的栅极与所述带隙基准输入端连接，所述第六MOS管栅极与所述第二MOS管漏极连接。

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述供电电源为VDD。

所述的低噪声的有源滤波电路，其中，所述第三MOS管和所述第四MOS管为PMOS管，所述第五MOS管和第六MOS管为NMOS管。

第二方面，本申请还提供了一种带隙基准电路，所述带隙基准电路包括：带隙基准电压产生电路及第一方面提供的低噪声的有源滤波电路，所述带隙基准电压产生电路的输出端与所述带隙基准输入端连接。

本申请提供的带隙基准电路，采用了第一方面提供的低噪声的有源滤波电路，基于运算放大器和第一MOS管构成等效大电阻，并利用第二MOS管和恒流电源控制第二MOS管的等效电阻，使得第二MOS管的导通电阻与第一MOS管的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数的RC电路。

第三方面，本申请还提供了一种电源管理芯片，所述电源管理芯片包括第二方面提供的带隙基准电路。

本申请的电源管理芯片，采用了第一方面提供的低噪声的有源滤波电路，有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容，从而减少了整个芯片的面积。

由上可知，本申请提供了低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片，其中，该低噪声的有源滤波电路基于运算放大器和第一MOS管构成等效大电阻，并利用第二MOS管和恒流电源控制第二MOS管的等效电阻，使得第二MOS管的导通电阻与第一MOS管的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数的RC电路，有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容，从而减少了整个电路的面积。

附图说明

图1为现有技术的一种滤波电路的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的低噪声的有源滤波电路的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的低噪声的有源滤波电路中的运算放大器的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的带隙基准电路的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的电源管理芯片的结构示意图。

附图标记：100、带隙基准电压产生电路；200、低噪声的有源滤波电路；300、振荡器电路；400、电荷泵电路。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

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所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

第一方面，请参照图2，本申请提供了一种低噪声的有源滤波电路，用于对带隙基准电压进行滤波，电路包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、恒流电源CC、滤波电容Cf、带隙基准输入端VBG及滤波电压输出端Vf，第一MOS管M1漏极及运算放大器A1的同相输入端与带隙基准输入端VBG连接，第一MOS管M1源极与滤波电压输出端Vf及滤波电容Cf一端连接，滤波电容Cf另一端接地，运算放大器A1的输出端与第一MOS管M1栅极及第二MOS管M2栅极连接，运算放大器A1的反向输入端与第二MOS管M2漏极及恒流电源CC一端连接，恒流电源CC另一端接地，第二MOS管M2源极接地，第二MOS管M2的尺寸大于第一MOS管M1的尺寸。

具体地，在本申请实施例的低噪声的有源滤波电路中，运算放大器A1和第一MOS管M1构成了一个等效大电阻（远大于图1所示的现有技术的滤波电路中的电阻R1、R2和R0），与RC电路相比，滤波电容Cf设计得更小，即在本申请实施例中，滤波电容Cf可采取更低的电容值规格便能起到一般滤波电路的滤波效果。

更具体地，在本申请实施例中，带隙基准输入端VBG用于输入带隙基准电压（为方便理解，将该带隙基准电压的电压值大小同样定义为VGB），本申请实施例的低噪声的有源滤波电路旨在对该输入的带隙基准电压进行滤波处理以从滤波电压输出端Vf输出低噪声的带隙基准电压。

更具体地，如图2所示，基于运算放大器A1的反馈特性可知，图中a处的电压Va=VBG，由于该电流的工作电流很小，第一MOS管M1和第二MOS管M2均工作在亚阈区，MOS管工作在亚阈区时的导通电阻Ron如下：

（1）

其中，

为流通电流，/>

为MOS管的栅源电压，/>

为MOS管的阈值电压，/>

为MOS管的源漏电压，n为调制参数，W和L分别为MOS管的沟道宽和长，V_T为MOS管的热电压。

更具体地，由于第一MOS管M1的栅极和第二MOS管的栅极均与运算放大器A1的输出端连接，因此，第一MOS管M1的栅极和第二MOS管的栅极电压相同，所以两个MOS管的栅源电压和阈值电压之差相等（即第一MOS管M1和第二MOS管具有相同的

-/>

），因为第二MOS管M2的尺寸大于第一MOS管M1的尺寸，第一MOS管M1的源漏电压接近为零，所以第一MOS管M1的/>

约等于1，同时第二MOS管M2的源漏电压较大，有/>

>>/>

，所以第二MOS管M2的

也约等于1，所以第一MOS管M1的导通电阻和第二MOS管的导通电阻比例取决于两者的尺寸，其与尺寸比例成反比；在本申请实施例中，第二MOS管M2的尺寸大于第一MOS管M1的尺寸，故第一MOS管M1的导通电阻大于第二MOS管M2的导通电阻；因此，在本申请实施例中，增大第二MOS管M2的尺寸或减小第一MOS管M1的尺寸便能增大运算放大器A1和第一MOS管M1构成的等效大电阻的阻值；本申请基于上述原理的基础上配置合适规格的第一MOS管M1和第二MOS管M2便能产生一个阻值极大的RC电路，相比起传统采用电阻和电容组合的RC电路而言，可在极大地削减电阻及电容占用面积的情况下获取相同的截止频率，换句话说，本申请实施例的低噪声的有源滤波电路能在同样的电容下获取更低的截止频率以实现更优的滤波效果。

本申请实施例的低噪声的有源滤波电路，基于运算放大器A1和第一MOS管M1构成等效大电阻，并利用第二MOS管M2和恒流电源CC控制第二MOS管M2的等效电阻，使得第二MOS管M2的导通电阻与第一MOS管M1的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数（高1/RC值）的RC电路（电阻-电容电路），有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容Cf，从而减少了整个电路的面积。

另外，由于现有技术的滤波电路需要采用电阻构成，故需要利用引脚从电源管理芯片中引出引接，无法集成在芯片内部，而本申请实施例的方案采用运算放大器A1结合第一MOS管M1构成等效大电阻，故能集成在芯片中，从而提高芯片集成度。

在一些优选的实施方式中，第一MOS管M1和第二MOS管M2均为NMOS管。

在一些优选的实施方式中，第二MOS管M2的沟道宽长比为第一MOS管M1的沟道宽长比的100倍或以上。

具体地，第二MOS管M2的沟道宽长比为第一MOS管M1的沟道宽长比的100倍或以上，即第二MOS管M2的尺寸为第一MOS管M1的尺寸的100倍或以上，在本申请实施例中，优选为100倍，使得第一MOS管M1的导通电阻为第二MOS管的导通电阻的100倍，从而使得第一MOS管M1与运算放大器A1构成一个极大的等效大电阻。

在一些优选的实施方式中，恒流电源CC为1nA电源。

具体地，恒流电源CC为第二MOS管M2的电源供应端，恒流电源CC为1nA电源使得流过第二MOS管M2的电流为1nA，第二MOS管M2与运算放大器A1构成一个两级运算放大器，使得图2中的a处电压Va等于带隙基准电压VGB。

更具体地，在本申请实施例中，第二MOS管M2的等效电阻约为26MΩ，由于第二MOS管M2的尺寸为第一MOS管M1的尺寸的100倍，故第一MOS管M1的导通电阻约为2.6GΩ，在该参数下，如果采用10pF的滤波电容Cf，则有

，其中，Fc为截止频率，Rf为滤波电阻，在本申请实施例中，滤波电阻等于第一MOS管M1的导通电阻，故有Rf≈2.6GΩ，则在本申请实施例中，采用10pF的滤波电容便能获取38hz的截止频率，远小于一般滤波电路需要满足的100hz的条件。

在一些优选的实施方式中，滤波电容Cf的电容量为4pF或以上。

具体地，根据上述内容换算易知，本申请实施例的低噪声的有源滤波电路在采用4pF以上的滤波电容Cf便能满足截止频率低于100hz的要求，极大地减少了选用的滤波电容Cf的尺寸。

在一些优选的实施方式中，如图3所示，运算放大器A1包括：第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6和电流源，第三MOS管M3和第四MOS管M4源极与供电电源连接，第三MOS管M3栅极和第四MOS管M4栅极连接，第三MOS管M3栅极和第三MOS管M3漏极连接，第三MOS管M3漏极与第五MOS管M5漏极连接，第四MOS管M4漏极与第六MOS管M6漏极连接，第五MOS管M5源极与第六MOS管M6源极连接，第六MOS管M6源极与电流源一端连接，电流源另一端接地，第四MOS管M4的漏极与第一MOS管M1栅极及第二MOS管M2栅极连接，第五MOS管M5的栅极与带隙基准输入端VBG连接，第六MOS管M6栅极与第二MOS管M2漏极连接。

在一些优选的实施方式中，如图3所示，供电电源为VDD。

在一些优选的实施方式中，第三MOS管M3和第四MOS管M4为PMOS管，第五MOS管M5和第六MOS管M6为NMOS管。

具体地，上述运算放大器A1是一个差分输入对管，和第二MOS管M2构成了一个二级运算放大器，能使Va等于VBG。

在一些优选的实施方式中，如图2所示，第二MOS管M2的源极接地方式为连接芯片外壳或底板。

第二方面，请参照图4，本申请还提供了一种带隙基准电路，带隙基准电路包括：带隙基准电压产生电路100及第一方面提供的低噪声的有源滤波电路200，带隙基准电压产生电路100的输出端与带隙基准输入端VBG连接。

具体地，本申请实施例中旨在提供一种能输出低噪声带隙基准电压的带隙基准电路，即获取一种具有高效滤波优势的带隙基准电路，该高效滤波优势主要依赖第一方面提供的低噪声的有源滤波电路200，故带隙基准电压产生电路100可采用现有技术中的各类型带隙基准电压产生电路100，故在本申请实施例中，不对带隙基准电压产生电路100结构组成进行赘述。

本申请实施例提供的带隙基准电路，采用了第一方面提供的低噪声的有源滤波电路200，基于运算放大器A1和第一MOS管M1构成等效大电阻，并利用第二MOS管M2和恒流电源CC控制第二MOS管M2的等效电阻，使得第二MOS管M2的导通电阻与第一MOS管M1的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数（高1/RC值）的RC电路（电阻-电容电路），有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容Cf，从而减少了整个电路的面积。

第三方面，请参照图5，本申请还提供了一种电源管理芯片，电源管理芯片包括第二方面提供的带隙基准电路。

具体地，如图5所示，电源管理芯片还包括用于支撑带隙基准电路运行的振荡器电路300、电荷泵电路400等，上述电路可采用现有电路结构，在此不做赘述。

本申请实施例的电源管理芯片，采用了第一方面提供的低噪声的有源滤波电路200，有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容Cf，从而减少了整个芯片的面积。

综上，本申请实施例提供了低噪声的有源滤波电路、带隙基准电路及电源管理芯片，其中，该低噪声的有源滤波电路基于运算放大器A1和第一MOS管M1构成等效大电阻，并利用第二MOS管M2和恒流电源CC控制第二MOS管M2的等效电阻，使得第二MOS管M2的导通电阻与第一MOS管M1的电阻之比与两者的尺寸之比成反比，从而实现在无需置入电阻器件的情况下获取一个等效大电阻以构成高指数（高1/RC值）的RC电路（电阻-电容电路），有效降低滤波电路的截止频率，提高滤波效果，并可采用电容量低于一般滤波电路的滤波电容Cf，从而减少了整个电路的面积。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种低噪声的有源滤波电路，用于对带隙基准电压进行滤波，其特征在于，所述电路包括：第一MOS管、第二MOS管、恒流电源、滤波电容、带隙基准输入端及滤波电压输出端，所述第一MOS管漏极及运算放大器的同相输入端与所述带隙基准输入端连接，所述第一MOS管源极与所述滤波电压输出端及所述滤波电容一端连接，所述滤波电容另一端接地，所述运算放大器的输出端与所述第一MOS管栅极及所述第二MOS管栅极连接，所述运算放大器的反向输入端与所述第二MOS管漏极及所述恒流电源一端连接，所述恒流电源另一端接地，所述第二MOS管源极接地，所述第二MOS管的尺寸大于所述第一MOS管的尺寸。

2.根据权利要求1所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为NMOS管。

3.根据权利要求1所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述第二MOS管的沟道宽长比为所述第一MOS管的沟道宽长比的100倍或以上。

4.根据权利要求1所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述恒流电源为1nA电源。

5.根据权利要求1所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述滤波电容的电容量为4pF或以上。

6.根据权利要求1所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述运算放大器包括：第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管和电流源，所述第三MOS管和所述第四MOS管源极与供电电源连接，所述第三MOS管栅极和所述第四MOS管栅极连接，所述第三MOS管栅极和所述第三MOS管漏极连接，所述第三MOS管漏极与所述第五MOS管漏极连接，所述第四MOS管漏极与所述第六MOS管漏极连接，所述第五MOS管源极与所述第六MOS管源极连接，所述第六MOS管源极与所述电流源一端连接，所述电流源另一端接地，所述第四MOS管的漏极与所述第一MOS管栅极及所述第二MOS管栅极连接，所述第五MOS管的栅极与所述带隙基准输入端连接，所述第六MOS管栅极与所述第二MOS管漏极连接。

7.根据权利要求6所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述供电电源为VDD。

8.根据权利要求6所述的低噪声的有源滤波电路，其特征在于，所述第三MOS管和所述第四MOS管为PMOS管，所述第五MOS管和第六MOS管为NMOS管。

9.一种带隙基准电路，其特征在于，所述带隙基准电路包括：带隙基准电压产生电路及如权利要求1-8任一项所述的低噪声的有源滤波电路，所述带隙基准电压产生电路的输出端与所述带隙基准输入端连接。

10.一种电源管理芯片，其特征在于，所述电源管理芯片包括如权利要求9所述的带隙基准电路。

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