專利名稱：一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)，特別涉及一種基于斬波電路和開關(guān)濾波電路 的帶隙基準(zhǔn)電壓電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有帶隙基準(zhǔn)電壓電路通常是由斬波(Chopper)電路、控制電路和RC 濾波電路構(gòu)成。如圖l所示，斬波電路12接收恒流源提供的電壓信號(hào)，并 對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行斬波處理，然后通過其輸入端輸出至電阻電容(RC)濾 波電i 各14。
實(shí)際應(yīng)用中，斬波電路12中通常會(huì)包括一正比于絕對(duì)溫度(PTAT)電 路、 一開關(guān)電路、 一運(yùn)算放大器(圖中未示出)。其中，開關(guān)電路接收PTAT 電路輸出的電壓信號(hào)，且開關(guān)電路和運(yùn)放電路在控制電路(圖中未示出)輸 出的時(shí)鐘信號(hào)控制下，協(xié)同對(duì)PTAT電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行斬波處理，并 由運(yùn)放電路輸出至RC濾波電路14。
這樣，RC濾波電路14則對(duì)斬波電路12輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理， 以消除該電壓信號(hào)的紋波，消除了紋波(Ripple)的電壓信號(hào)即可作為基準(zhǔn) 電壓(Vref)。
然而，在實(shí)際應(yīng)用中，上述帶隙基準(zhǔn)電壓電路確存在以下問題 斬波電路12中的開關(guān)頻率(即如前所迷的時(shí)鐘信號(hào)頻率)通常需要較 低，因此，為了與開關(guān)頻率相匹配以有效消除電壓信號(hào)的紋波，RC濾波電 路14需要具有較低的開環(huán)帶寬頻率和時(shí)間系數(shù)，從而該RC濾波電路中需 要較大的R或C。但將較大的R或C集成于芯片中較為困難。
雖然現(xiàn)有技術(shù)中，通過各種手段來提高斬波電路12所輸出的電壓信號(hào)的精度，例如消除斬波電路12的運(yùn)算放大器中的偏移電壓和1/f噪聲，但仍 需由RC濾波電路14對(duì)輸出斬波電路12輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，因此仍 存在由于R或C較大而難以實(shí)現(xiàn)集成的問題。
比如美國專利US20070152740公開了 一種用于提高精確度減少面積開 銷的低功耗帶隙基準(zhǔn)電壓電路，該專利申請(qǐng)雖然可以在低電壓供電時(shí)提高斬 波處理后的電壓信號(hào)精度，但是對(duì)于斬波處理后的輸出電壓信號(hào)仍然采用 RC濾波電路進(jìn)行濾波，因而仍存在RC濾波電路不易集成在芯片中的問題。
而美國專利US006788131 />開了 一種產(chǎn)生高精確基準(zhǔn)電壓的電路，該 專利利用包含了模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器以及加法器、除法器 和一些控制器等數(shù)字電路替代了 RC濾波電路，然而替代RC濾波電路的其 他電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、且對(duì)電路要求較高。
可見，現(xiàn)有的各種帶隙基準(zhǔn)電壓電路在低成本實(shí)現(xiàn)濾波的前提下，難以 保證電路的集成。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路，易于集成且能夠基于 低成本濾除基準(zhǔn)電壓的紋波。
本發(fā)明提供的一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路，該電路中包括斬波電路、控制電 路和濾波電路，所述濾波電路由第一開關(guān)、第一電容和第二電容構(gòu)成，用于 對(duì)所述斬波電路輸出端電壓進(jìn)行濾波處理，根據(jù)其濾波輸出電壓信號(hào)獲取基 準(zhǔn)輸出電壓；
所述第一電容的一端連接自所述第一開關(guān)的輸入端、且另一端接地； 所述第二電容的一端連接自所述第一開關(guān)的輸出端、且另一端接地；
所述斬波電路的輸出端接至所述第一開關(guān)的輸入端； 所述控制電路產(chǎn)生的第 一時(shí)鐘信號(hào)控制所述第 一開關(guān)周期性地導(dǎo)通或 斷開。
所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率足夠大，以使得所述第一開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第 一充放電時(shí)間常數(shù)；
其中，所述第一充放電時(shí)間常數(shù)近似為所述第 一開關(guān)的導(dǎo)通電阻與所述 第二電容的乘積。
該電路進(jìn)一步包括第二開關(guān)和第三電容，其中， 所述第三電容的一端連接自所述第二開關(guān)的輸出端、且另一端接地； 所述第二開關(guān)的輸入端連接自所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓輸出
端；
所述控制電路產(chǎn)生的第三時(shí)鐘信號(hào)控制所述第二開關(guān)周期性地導(dǎo)通或 斷開。
所述第二開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第二充放電時(shí)間常數(shù)； 其中，所述第二充放電時(shí)間常數(shù)近似為所述第二開關(guān)的導(dǎo)通電阻與所述 第三電容的乘積。
所述第三時(shí)鐘信號(hào)的頻率與所述第 一時(shí)鐘信號(hào)的頻率相同。 所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路進(jìn)一步包括一恒流源；
所述斬波電路包括連接自所述恒流源的正比于絕對(duì)溫度PTAT電路、
開關(guān)電路、運(yùn)算放大器AMP，其中，
所述PTAT電路產(chǎn)生兩路電壓信號(hào)輸出至所述開關(guān)電路的兩個(gè)輸入端； 所述開關(guān)電路包括兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，所述兩個(gè)輸入端接收所述
PTAT電路產(chǎn)生的兩路輸入電壓信號(hào)，兩個(gè)輸出端接至所述AMP的兩個(gè)輸
入端；
所述控制電路產(chǎn)生的第二時(shí)鐘信號(hào)控制所述開關(guān)電路的兩個(gè)輸入端和 兩個(gè)輸出端在平行相接與交叉相接之間切換；
所述控制電路產(chǎn)生的第二時(shí)鐘信號(hào)控制所述AMP對(duì)接收自開關(guān)電路兩 個(gè)輸出端的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出至所述第 一開關(guān)的輸入端；
所述第 一 開關(guān)的輸出端接至所述恒流源。
所述第二時(shí)鐘信號(hào)的占空比為50%。
所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率為所述第二時(shí)鐘信號(hào)的n倍，n為大于等于2的正整數(shù)。
所述AMP為折疊共源共柵結(jié)構(gòu)OTA運(yùn)算放大器； 其中，所述第一電容的充放電流A/滿足如下公式
2 1 ,
其中，^為所述OTA運(yùn)算放大器的兩輸入端間的電壓差、p為所述OTA 運(yùn)算放大器中分別連接所述兩輸入端的MOS管間的跨導(dǎo)參數(shù)； 通過減小OTA輸入差分對(duì)的偏置電流來減小A/。
由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明采用TG開關(guān)和電容的組合電路替代現(xiàn)有 帶隙基準(zhǔn)電壓電路中的RC濾波電路，并通過控制TG開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間來控 制輸出電壓的紋波，以實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的濾波，可通過控制TG開關(guān)的頻率來 控制濾波的開環(huán)帶寬頻率和時(shí)間系數(shù)，從而無需設(shè)置較大的R或C，克服 RC濾波電路難以集成的問題，且TG開關(guān)和電容的組合電路結(jié)構(gòu)簡單。
而且，斬波電路具有較高的開關(guān)頻率，從而也能夠起到濾波作用，進(jìn)一 步提高了基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性。


圖1為現(xiàn)有帶隙基準(zhǔn)電壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明中帶隙基準(zhǔn)電壓電路的示例性結(jié)構(gòu)圖。
壓的波形圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的 一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例如圖4所示的帶隙基準(zhǔn)電壓電路中的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)序圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例如圖2和4所示的帶隙基準(zhǔn)電壓電路中運(yùn)算放大器 的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明采用TG開關(guān)和電容的組合電路替代現(xiàn)有帶隙基準(zhǔn)電壓電路中的 RC濾波電路，對(duì)斬波電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，以消除該電壓信號(hào)的 紋波。同時(shí)，本發(fā)明還通過提高斬波電路中的開關(guān)頻率，進(jìn)一步降低了斬波 電路輸出電壓信號(hào)的紋波。
其中，采用TG開關(guān)和電容的組合電路實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的濾波，可通過控 制TG開關(guān)的頻率來控制開關(guān)后濾波電容的充放電時(shí)間，從而無需設(shè)置較大 的R或C，克服RC濾波電路難以集成的問題，且TG開關(guān)和電容的組合電 路結(jié)構(gòu)簡單。而且，斬波電路具有較高的開關(guān)頻率，從而也能夠起到濾波作 用，能夠進(jìn)一步提高基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性。
下面，對(duì)本發(fā)明中的帶隙基準(zhǔn)電壓電路的結(jié)構(gòu)、以及為何能夠產(chǎn)生如上 所述的技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖2為本發(fā)明中帶隙基準(zhǔn)電壓電路的示例性結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，本發(fā) 明中的帶隙基準(zhǔn)電壓電路包括恒流源20、控制電路21、斬波電路22、開 關(guān)電容濾波電^各23。
控制電路21,用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK(時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率即為斬波 電路21的開關(guān)頻率)輸出至斬波電路22;并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)TG—C LK輸出至 開關(guān)電容濾波電路23。
實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)鐘信號(hào)CLK的占空比較佳地為50%,時(shí)鐘信號(hào)TG—CLK 的頻率為時(shí)鐘信號(hào)CLK的n倍，n為大于等于2的正整數(shù)。
斬波電路22也可以為一已有的斬波電路，用于對(duì)其產(chǎn)生的電壓信號(hào)并 進(jìn)行斬波處理。
其中，斬波電路22中可以包括PTAT電路221、開關(guān)電路222、運(yùn)算 放大器(AMP) 223。連接自恒流源20的PTAT電路221用于產(chǎn)生一 PTAT電壓信號(hào)，即如 圖2所示的P點(diǎn)電壓或N點(diǎn)電壓。該P(yáng)TAT電^各221為已有電^各，在此不 再詳述其結(jié)構(gòu)及工作原理。
開關(guān)電路222包括兩個(gè)分別接自PTAT電路P點(diǎn)和N點(diǎn)的輸入端P和N、 以及兩個(gè)輸出端IN1和IN2。開關(guān)電路222根據(jù)接收自控制電路21的時(shí)鐘 信號(hào)CLK,將其兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端在平行相接(輸入端P連輸出端 IN1 、輸入端N連輸出端IN2 )與交叉相接(輸入端P連輸出端IN2、輸入 端N連輸出端IN1)這兩狀態(tài)間切換。
AMP 223，用于根據(jù)接收自控制電路21的時(shí)鐘信號(hào)CLK,對(duì)接收自開 關(guān)電路222兩個(gè)輸出端IN1和IN2的PTAT電壓信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)PTAT 電壓信號(hào)的斬波處理，并輸出電壓信號(hào)0UT1。
開關(guān)電容濾波電路23用于對(duì)電壓信號(hào)OUTI的紋波進(jìn)行濾波處理，并 根據(jù)其OUT端輸出電壓信號(hào)控制恒流源220,以產(chǎn)生基準(zhǔn)輸出電壓Vref。
該開關(guān)電容濾波電路23包括TG開關(guān)231、電容C1和電容C2，用于 對(duì)所述斬波電路輸出端電壓進(jìn)行濾波處理，根據(jù)其濾波輸出電壓信號(hào)獲取基 準(zhǔn)輸出電壓。
TG開關(guān)231連接自斬波電路22的AMP 223,并通過恒流源20連接至 帶隙基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓輸出端，用于根據(jù)接收自控制電路21的時(shí)鐘 信號(hào)TG—CLK周期性地導(dǎo)通或斷開。
電容C1的一端連接自TG開關(guān)231的輸入端、且另一端接地。
電容C2的一端連接自TG開關(guān)231的輸出端、且另一端接地。
上述電路穩(wěn)定工作時(shí)，主要有兩種工作狀態(tài)
狀態(tài)1時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK為高電平(CLK=1)、開關(guān)電路222的兩個(gè) 輸入端與兩個(gè)輸出端平行相接(輸入端P連輸出端IN1 、輸入端N連輸出端 IN2):如果TG開關(guān)231斷開，則僅僅通過AMP 223對(duì)電容C1充電，得 到電壓信號(hào)0UT1; TG開關(guān)231經(jīng)過一延時(shí)之后TG開關(guān)231導(dǎo)通，則通過 AMP223和電容C2的放電對(duì)電容C1充電，得到電壓信號(hào)0UT1; TG開關(guān)231經(jīng)過一定的導(dǎo)通時(shí)間^-。"后再次斷開，則電容C2停止;^文電，AMP 223 繼續(xù)對(duì)電容C1充電直至狀態(tài)1結(jié)束(CLK由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。
狀態(tài)2時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK為低電平(CLK=0)、開關(guān)電路222的兩個(gè) 輸入端與兩個(gè)輸出端交叉相接(輸入端P連輸出端IN2、輸入端N連輸出端 IN1):如果TG開關(guān)231斷開，則電容C1通過AMP 223》文電；TG開關(guān) 231經(jīng)過一延時(shí)之后導(dǎo)通，則電容C1同時(shí)通過AMP 223和電容C2放電，
即對(duì)C2充電得到電壓信號(hào)OUT; TG開關(guān)231經(jīng)過一定的導(dǎo)通時(shí)間。《后 再次斷開，電容C2停止充電，電容C1則繼續(xù)通過AMP223放電直至狀態(tài) 2結(jié)束(CLK由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。
由于開關(guān)時(shí)鐘CLK頻率較高，因而使得電壓信號(hào)OUT1的紋波受到抑 制。又由于TG開關(guān)231的導(dǎo)通時(shí)間很短，所以電壓信號(hào)OUT的紋波受到 進(jìn)一步的抑制，電壓信號(hào)0UT1和電壓信號(hào)OUT的波形參見圖3,從而使 得由電壓信號(hào)OUT控制的恒流源20所輸出的基準(zhǔn)輸出電壓Vref的擺幅較
可見，本發(fā)明采用具有較高開關(guān)頻率(時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率)的斬波 電路以減小斬波電路輸出電壓的紋波;并且利用導(dǎo)通時(shí)間較短的TG開關(guān)、以 及較小的濾波電容替換傳統(tǒng)RC濾波電路的功能，這樣，TG開關(guān)的導(dǎo)通時(shí) 間越短濾波性能越好,從而使得濾波電路易于集成于芯片，減小了電路占用 面積，且無需芯片外部設(shè)置額外的濾波電路,降低了電路設(shè)計(jì)的成本。
下面，結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明中帶隙基準(zhǔn)電壓電路進(jìn)行進(jìn)一步說明。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4 所示，本實(shí)施例中的帶隙基準(zhǔn)電壓電路包括恒流源20、控制電路21、斬 波電路22、開關(guān)電容濾波電路23、以及后接于恒流源20的基準(zhǔn)電壓輸出端 的另一濾波電路，所述的另一濾波電路包括TG開關(guān)232和電容C3。
控制電路21，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK輸出至斬波電路22;并產(chǎn)生時(shí)鐘 信號(hào)TG一CLK1輸出至開關(guān)電容濾波電路23的TG開關(guān)231、產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)
iiTG—CLK2輸出至TG開關(guān)232。實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)鐘信號(hào)CLK的占空比較佳 地為50%，時(shí)鐘信號(hào)TG一CLK1與時(shí)鐘信號(hào)TG一CLK2的頻率可以相同，均 為時(shí)鐘信號(hào)CLK的n倍，n為大于等于2的正整數(shù)。時(shí)鐘信號(hào)CLK、時(shí)鐘 信號(hào)TG—CLK1、時(shí)鐘信號(hào)TG—CLK2的波形如圖5所示。
本實(shí)施例中對(duì)于控制電路21不再詳述。但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說， 均可獲知，該控制電路21可以為已有任何能夠產(chǎn)生不同頻率和占空比時(shí)鐘 信號(hào)的電路，例如包括有源晶振和分頻電路的控制電路。
與如圖2所示的帶隙基準(zhǔn)電壓電路相同，斬波電^各22中包括PTAT 電路221、開關(guān)電路222、運(yùn)算放大器AMP 223。
開關(guān)電路222包括兩個(gè)分別接自PTAT電路P點(diǎn)和N點(diǎn)的輸入端P和N、 以及兩個(gè)輸出端IN1和IN2。開關(guān)電路222根據(jù)接收自控制電路21的時(shí)鐘 信號(hào)CLK,將其兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端在平行相接與交叉相接這兩狀態(tài) 間切換。
AMP 223,用于根據(jù)接收自控制電路21的時(shí)鐘信號(hào)CLK，對(duì)接收自開 關(guān)電3各222兩個(gè)輸出端IN1和IN2的PTAT電壓信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)PTAT 電壓信號(hào)的斬波處理，并輸出電壓信號(hào)0UT1。
開關(guān)電容濾波電路23仍然按照與如圖2中相同的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓 信號(hào)0UT1的濾波處理，并輸出電壓信號(hào)OUT至恒流源20,以控制恒流源 20產(chǎn)生的基準(zhǔn)輸出電壓Vref。
實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)施例中斬波電路22的AMP223可以采用現(xiàn)有折疊共 源共柵結(jié)構(gòu)(OTA)運(yùn)算放大器，該OTA運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)如圖6所示。
參見圖6,OTA運(yùn)算放大器內(nèi)部包括多個(gè)MOS管MP,在時(shí)鐘信號(hào)CLK 前T/2期間，AMP 223內(nèi)部的MP1和MP2分別通過switch_p、 switch—n與 MP3和MP4相連，即switch__p、 switch—n實(shí)現(xiàn)平行相接；在時(shí)鐘信號(hào)的后 T/2期間，MP1和MP2分別通過switch_p、 switch—n與MP4和MP3相連， 即switch_p、 switch_n實(shí)現(xiàn)交叉相接，從而與開關(guān)電^各22—起實(shí)現(xiàn)斬波處 理，得到輸出電壓信號(hào)OUTl。OTA運(yùn)算放大器還可接收兩個(gè)差分對(duì)偏置電流IBIAS1和IBIAS2，能 夠控制MP5處的Is大小。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，均可獲知，當(dāng)OTA 運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端IN1和IN2間的偏移(offset)較大時(shí)，開關(guān)電容 濾波電路中的電容C1和C2的充放電流的大小主要取決于Is的大小。
這樣，在TG開關(guān)231導(dǎo)通時(shí)間一定的情況下，Is越小，經(jīng)電容C1和 C2充放電后的電壓信號(hào)0UT1的紋波越小。實(shí)際應(yīng)用中，可通過減小OTA 輸入差分對(duì)的偏置電流來減小M，以降4氐電壓信號(hào)OUT1的紋波。
上述結(jié)論的具體推導(dǎo)過程如下
如果TG開關(guān)231始終導(dǎo)通，且環(huán)路的響應(yīng)足夠快、響應(yīng)時(shí)間足夠長(即 時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率比較低)，則基準(zhǔn)電壓Vref會(huì)達(dá)到電路不同工作狀態(tài) 時(shí)的最終穩(wěn)定值，其兩個(gè)最終穩(wěn)定電壓值分別如下
《 , 六 穴l
其中，^，—為基準(zhǔn)電壓理想輸出值。K,為運(yùn)放輸入失調(diào)電壓，且^w
的工作頻率即為時(shí)鐘工作頻率^M ; A和為PTAT電路221中的兩個(gè)分壓 電阻。
假設(shè)V。ffset= 10mv、 /Vi 2=8,則基準(zhǔn)電壓Vref的紋波接近200mV。 此時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的RC濾波電路對(duì)該紋波進(jìn)行衰減，就要求R和C 的乘積較大，以保證RC濾波電路的截至頻率尺很低，而較大的R或C又 難以集成于芯片中。而采用本發(fā)明所提供的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，即采用導(dǎo)通 時(shí)間有限的開關(guān)TG以及濾波電容來替代傳統(tǒng)的RC濾波電3各，則可以有效 限制基準(zhǔn)輸出電壓的紋波。
在電路工作中，OUTl點(diǎn)紋波大小近似為其中，"為時(shí)鐘信號(hào)CLK的周期。 其中，所述C1的充放電流A/表示如下
7 7 氾 々-zv^了
其中，^為AMP 223 (OTA運(yùn)算放大器)兩輸入端間的電壓差，|3為 圖6中輸入分別為IN1和IN2的MOS管的跨導(dǎo)參數(shù)。由上式可以看出，當(dāng)
4一定時(shí)A越小，因此,可以通過減小OTA輸入差分對(duì)的偏置電流來減小AZ 以降低0UT1的紋波。
通過減小A7以降低0UT1的紋波的同時(shí)，還可以通過提高CLK的頻率， 以縮短電容Cl的充il電時(shí)間，來進(jìn)一步消除AMP 223的輸出電壓信號(hào)
OUT1端的紋波(參見公式 。OT Cl 2 )，同時(shí)，通過降低TG開關(guān)231 的導(dǎo)通時(shí)間，以縮短電容C2的充放電時(shí)間，得到更為平穩(wěn)的輸出電壓信號(hào) OUT，進(jìn)而得到平穩(wěn)的基準(zhǔn)輸出電壓Vref。 上述結(jié)論的具體推導(dǎo)過程如下
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，均可獲知，在一個(gè)近似的一階系統(tǒng)中， L (0 = 「—) + ("0+) - r (+oc)) exp(—;>
其中，r為充放電時(shí)間常數(shù)，在如圖2所示的電^各中近似為TG開關(guān)231 的導(dǎo)通電阻與后接電容C2的乘積；而t為充^:電時(shí)間。
這樣，TG開關(guān)231輸出端的電壓信號(hào)OUT的波紋上下峰值可分別近似 表示為
r瞎—)《 「翻闊 (1 - exp r ) 將式(1)減去(2)整理得到
(1)
(2)<formula>formula see original document page 15</formula>
因此，如果TG開關(guān)231的導(dǎo)通時(shí)間^2-則A^"n(m—0。
可以看出，通過調(diào)整TG開關(guān)231的導(dǎo)通時(shí)間^-。"，并同時(shí)調(diào)整TG開 關(guān)231的導(dǎo)通電阻、后接電容C2的大小，即可有效消除TG開關(guān)231接收 的電壓信號(hào)OUT1的波紋，得到TG開關(guān)231輸出端穩(wěn)定的電壓信號(hào)OUT。
舉例如下，假設(shè)
fre ?！?=10"^ ，
r = i ro'C = 10010"100(W,該公式中的Rtg表示TG開關(guān)231的導(dǎo)通電 阻、C表示電容C2的大??；
麵^=卜呻(-函)《10/0
貝<formula>formula see original document page 15</formula>。
可見，采用具有較高開關(guān)頻率(時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率)的斬波電路以 減小斬波電路輸出電壓的紋波;并且利用導(dǎo)通時(shí)間較短的TG開關(guān)、以及較小 的濾波電容替換傳統(tǒng)RC濾波電路的功能，這樣，TG開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間越短 濾波性能越好,從而使得濾波電路易于集成于芯片，減小了電路占用面積， 且無需芯片外部設(shè)置額外的濾波電路,降低了電路設(shè)計(jì)的成本。
而本實(shí)施例中由TG開關(guān)232和電容C3構(gòu)成的濾波電路中，TG開關(guān) 232接自帶隙基準(zhǔn)電壓電路中恒流源20的基準(zhǔn)電壓輸出端，電容C3的一端 接自TG開關(guān)232的輸出端、另一端接地。
這樣，TG開關(guān)232在時(shí)鐘信號(hào)TG—CLK2的控制下周期性地?cái)嚅_和導(dǎo) 通，控制電容C3的充放電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒流源20通過帶隙基準(zhǔn)電壓電路的 基準(zhǔn)電壓輸出端輸出的基準(zhǔn)電壓Vref的濾波，得到進(jìn)一步消除了紋波的基 準(zhǔn)電壓VBG。
同理，TG開關(guān)232的導(dǎo)通時(shí)間也應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其對(duì)應(yīng)的充放電時(shí)間常數(shù)，即近似為TG開關(guān)232的導(dǎo)通電阻與后接電容C3的乘積。
由此可見，本實(shí)施例所述的基于斬波電路和開關(guān)濾波電路的帶隙基準(zhǔn)電
壓電路，具有很好的濾波效果。且電路實(shí)現(xiàn)簡單，易于控制，節(jié)省了芯片占
用面積，且對(duì)芯片外圍電路沒有特殊要求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范
圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，
均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路，該電路中包括斬波電路、控制電路和濾波電路，其特征在于，所述濾波電路由第一開關(guān)、第一電容和第二電容構(gòu)成，用于對(duì)所述斬波電路輸出端電壓進(jìn)行濾波處理，根據(jù)其濾波輸出電壓信號(hào)獲取基準(zhǔn)輸出電壓；所述第一電容的一端連接自所述第一開關(guān)的輸入端、且另一端接地；所述第二電容的一端連接自所述第一開關(guān)的輸出端、且另一端接地；所述第一開關(guān)的輸出端接至所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓輸出端；所述控制電路產(chǎn)生的第一時(shí)鐘信號(hào)控制所述第一開關(guān)周期性地導(dǎo)通或斷開。
2、 如權(quán)利要求1所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于， 所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率足夠大，以使得所述第一開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第一充放電時(shí)間常數(shù)；其中，所述第一充放電時(shí)間常數(shù)近似為所述第一開關(guān)的導(dǎo)通電阻與所述 第二電容的乘積。
3、 如權(quán)利要求1所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，該電路進(jìn)一 步包括第二開關(guān)和第三電容，其中，所述第三電容的一端連接自所述第二開關(guān)的輸出端、且另一端接地； 所述第二開關(guān)的輸入端連接自所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓輸出端；所述控制電路產(chǎn)生的第三時(shí)鐘信號(hào)控制所述第二開關(guān)周期性地導(dǎo)通或 斷開。
4、 如權(quán)利要求3所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于， 所述第二開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第二充放電時(shí)間常數(shù)；其中，所述第二充放電時(shí)間常數(shù)近似為所述第二開關(guān)的導(dǎo)通電阻與所述 第三電容的乘積。
5、 如權(quán)利要求4所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述第三時(shí)鐘信號(hào)的頻率與所述第 一 時(shí)鐘信號(hào)的頻率相同。
6、 如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述帶隙基準(zhǔn)電壓電路進(jìn)一 步包括一 恒流源；所述斬波電路包括連接自所述恒流源的正比于絕對(duì)溫度PTAT電路、開關(guān)電路、運(yùn)算放大器AMP,其中，所述PTAT電路產(chǎn)生兩路電壓信號(hào)輸出至所述開關(guān)電路的兩個(gè)輸入端；所述開關(guān)電路包括兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，所述兩個(gè)輸入端接收所述PTAT電路產(chǎn)生的兩路輸入電壓信號(hào)，兩個(gè)輸出端4矣至所述AMP的兩個(gè)輸入端；所述控制電路產(chǎn)生的第二時(shí)鐘信號(hào)控制所述開關(guān)電路的兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端在平行相4矣與交叉相接之間切換；所述控制電路產(chǎn)生的第二時(shí)鐘信號(hào)控制所述AMP對(duì)接收自開關(guān)電路兩個(gè)輸出端的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出至所述第一開關(guān)的輸入端；所述第 一開關(guān)的輸出端接至所述恒流源。
7、 如權(quán)利要求6所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述第二時(shí)鐘信號(hào)的占空比為50%。
8、 如權(quán)利要求7所述的帶隙基準(zhǔn)電壓電路，其特征在于，所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率為所述第二時(shí)鐘信號(hào)的n倍，n為大于等于2的正整數(shù)。
9、 如權(quán)利要求6所述的帶隙基準(zhǔn)電路，其特征在于，所述AMP為折疊共源共柵結(jié)構(gòu)OTA運(yùn)算放大器；其中，所述第一電容的充^L電流A/滿足如下y^式其中， 為所述OTA運(yùn)算放大器的兩輸入端間的電壓差、(3為所述OTA運(yùn)算放大器中分別連接所述兩輸入端的MOS管間的跨導(dǎo)參數(shù)；通過減小OTA輸入差分對(duì)的偏置電流來減小a/。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路。本發(fā)明采用TG開關(guān)和電容的組合電路替代現(xiàn)有帶隙基準(zhǔn)電壓電路中的RC濾波電路，并通過控制TG開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間來控制輸出電壓的紋波，以實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的濾波，從而無需設(shè)置較大的R或C，克服RC濾波電路難以集成的問題，且TG開關(guān)和電容的組合電路結(jié)構(gòu)簡單。而且，斬波電路具有較高的開關(guān)頻率，從而也能夠起到濾波作用，進(jìn)一步提高了基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G05F3/08GK101458540SQ200710302110
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者欣 李, 陳正原 申請(qǐng)人:凌陽科技股份有限公司;上海凌陽科技有限公司