專利名稱：一種基準電壓和偏置電流產生電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基準電壓和偏置電流產生電路。
技術背景在很多功率芯片中，外部電源是芯片唯一的電源。例如，在AC-DC功率芯片中， 220V的交流輸入是唯一的電源，在經(jīng)過整流和濾波電路后，一個高直流電壓被用來驅動芯 片，在汽車電子芯片中，車載電池(電壓12 40V)給芯片供電，在臺式電腦的電源管理系 統(tǒng)中，芯片的供電電壓是12V。而在在芯片內部，一般只有大功率器件直接由外部電源來供 電，所有的邏輯和控制電路都由低壓的CMOS(互補金屬氧化物半導體)構成。所以芯片中 會有一個內部電源(Linear Regulator)將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉換成直流低電 壓(VREG)，以便用來給邏輯和控制電路供電。另一方面，內部電源需要利用基準電壓和偏置電流來產生直流低電壓(VREG)，因 此，芯片中就需要一個可以直接由外部直流高電壓來供電的基準電壓和偏置電流產生電 路。此外，由于外接直流高電壓一般都會伴隨有較大擾動，所以，這個基準電壓和偏置電流 產生電路還需要具有很高的抗擾動能力。

實用新型內容本實用新型提供的一種基準電壓和偏置電流產生電路，該電路可耐高壓，且具有 較高的抗擾動能力，所產生的基準電壓受外部電源變化的影響很小。為了達到上述目的，本實用新型提供一種基準電壓和偏置電流產生電路，包含依 次電路連接的啟動截止電路、偏置電流產生電路、基準電壓產生電路，還包含電路連接所述 偏置電流產生電路的電流鏡電路、分別電路連接所述啟動截止電路、偏置電流產生電路、基 準電壓產生電路和電流鏡電路的低壓偏置電源電路，以及，電路連接所述電流鏡電路的偏 置電流輸出電路；偏置電流產生電路產生偏置電流PTAT (正溫度系數(shù)電流)；偏置電流流過基準電壓產生電路，產生基準電壓VBG ；電流鏡電路將偏置電流PTAT鏡象復制給低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電 路，由低壓偏置電源電路給偏置電流產生電路、基準電壓產生電路和電流鏡電路提供電流， 偏置電流輸出電路則將偏置電流PTAT傳輸給功率芯片的內部電路和其他電路；偏置電流產生電路和基準電壓產生電路為低壓電路；電流鏡電路、低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路為高壓電路； 由于偏置電流產生電路和基準電壓產生電路都是低壓電路，這些低壓電路都是由 低壓偏置電源電路供電，而低壓偏置電源電路的偏置電流又是由低壓電路所產生的，所以， 該結構不能自行啟動，會停留在不能生成偏置電流PTAT的狀態(tài)，因此，必須引入啟動截止 電路來解決這個問題，剛上電時，啟動截止電路產生一個啟動電流，并將此電流鏡象傳輸給 偏置電流產生電路，使得偏置電流產生電路導通并產生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路使低壓偏置電源電路導通并得到正確偏置，使得低壓偏置電源電路可以對偏置電 流產生電路、基準電壓產生電路和電流鏡電路進行供電，一旦低壓偏置電源電路導通，啟動 截止電路產生截止信號，啟動結束，整個電路進入正常工作狀態(tài)。本實用新型可以給功率芯片的內部電路提供基準電壓和偏置電流，使得內部電路 可將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉換成直流低電壓(VREG)，以便用來給邏輯和控制電路 供電，使芯片內部的邏輯和控制可以得到正確的實現(xiàn)，同時具有高的抗擾動能力，所產生的 基準電壓受外部電源變化的影響很小。
圖1是本實用新型提供的一種基準電壓和偏置電流產生電路的電路框圖；圖2是本實用新型提供的一種基準電壓和偏置電流產生電路的電路圖。圖3所示為電路的抗干擾能力波形圖。圖4所示為電路的啟動和正常工作波形圖。
具體實施方式
以下根據(jù)圖1 圖4，具體說明本實用新型的較佳實施方式如圖1所示，是本實用新型提供一種基準電壓和偏置電流產生電路，包含依次電 路連接的啟動截止電路101、偏置電流產生電路102、基準電壓產生電路103，還包含電路連 接所述偏置電流產生電路102的電流鏡電路104、分別電路連接所述啟動截止電路101、偏 置電流產生電路102、基準電壓產生電路103和電流鏡電路104的低壓偏置電源電路105， 以及，電路連接所述電流鏡電路104的偏置電流輸出電路106 ；如圖2所示，PMOS (P溝道金屬氧化物半導體)管MPl，MP2，NMOS (N溝道金屬氧化 物半導體)管麗1，麗2，三級管Ql，Q2，PMOS管MP8，以及電阻Rl構成了偏置電流產生電路 102，產生的PTAT電流為Iptat = AVBE/R1,其中，Δ VBE = VBE_Q2-VBE_Q1，VBE_Q1 和 VBE_Q2 分別是三級管 Ql 和 Q2 的基 級-發(fā)射級電壓；PMOS管MP3，電阻R2和三級管Q3構成了基準電壓產生電路103，電流鏡MP3復制 偏置電流產生電路102產生的PTAT電流，并使該偏置電流流過電阻R2和三級管Q3，從而產 生基準電壓為VBG = VBE_Q3+ (R2/R1) X Δ VBE,其中，VBE_Q3是三級管Q3的基級-發(fā)射級電壓；通過合理選擇Rl，R2和AVBE的值，可得到一個不受溫度漂移的穩(wěn)定的基準電壓 VBG ；PMOS 管 MP4，匪OS 管 MN3，MN4, PMOS 管 MP6 構成了電流鏡電路 104 ；PMOS管MP5作為低壓偏置電源電路105 ；PMOS管MP7，匪OS管MN5和MN6構成偏置電流輸出電路106 ；電流鏡電路104將偏置電流PTAT鏡象復制到MP5和MP7，由MP5給MPl，MP2，MP3， MP4，MP8提供電流，MP7則將偏置電流PTAT經(jīng)NMOS管麗5和MN6傳輸給內部電路和其他電路； 電壓 VDDR 為 VDDR = VBE_Q2+VGS_MN2+VGS_MP8，其中，VBE_Q2是三級管Q2的基級-發(fā)射級電壓，VGS_MN2是NMOS管麗2的柵源電壓，VGS_MP8是PMOS管MP8的柵源電壓；PMOS管MP10，MPl 1, MP12和電阻R3，以及PMOS管MP9組成啟動截止電路101。因為VDDR是一個低電壓(典型情況下為3V左右)，所以NMOS管MNl，MN2, PMOS 管MP1，MP2，MP3，MP4，MP8，電阻Rl，R2，三級管Ql，Q2，Q3都是低電壓的器件。這樣不僅可 以減小電路的面積，而且提高了器件之間的匹配度(低壓器件的匹配度要比高壓器件好很 多)。PMOS管MP5，MP6，MP7，MP9都是高壓器件，MP5為低壓器件提供偏置電流，同時承 受VHV到VDDR之間的高電壓，由于匹配和耐高壓的需要，麗3，MN4也都是高壓器件。剛上電時，啟動截止電路101中的MPlO和電阻R3會產生一個啟動電流，并將此電 流鏡象傳輸給MPll禾口 MP12，MPll禾口 MP12，對MP1，MP2，MP3, MP4, MP8的共源節(jié)點VDDR禾口 MNl，MN2, MP8的共柵節(jié)點V2充電，將VDDR和V2的電位提升，從而使得MNl，MN2, MP1，MP2 導通并產生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路104使MP5導通并得到正確偏置， 使得MP5可以對偏置電流產生電路102、基準電壓產生電路103和電流鏡電路104進行供 電，一旦MP5導通，PMOS管MP9也導通，將MP10，MPl 1，MP12的共柵節(jié)點Vl的電位拉高，使 MP10，MP11，MP12截止，啟動結束，整個電路進入正常工作狀態(tài)。圖3所示為電路的抗干擾能力波行圖，橫坐標為時間，縱坐標為分貝(db)，vbgvm 為基準電壓的抗干擾交流波形，vddrvm為節(jié)點VDDR的電壓抗干擾交流波形，交流輸入在 VHV上，VBG在1兆茲的頻率下，抗干擾能力達到_50db ；圖4所示為電路的啟動和正常工作波形圖，橫坐標為時間，縱坐標為電壓，Vhv為 外部輸入的直流高電壓波形，Vbg為產生的基準電壓波形，Vddr為節(jié)點VDDR的電壓波形。
權利要求一種基準電壓和偏置電流產生電路，其特征在于，包含依次電路連接的啟動截止電路(101)、偏置電流產生電路(102)、基準電壓產生電路(103)，還包含電路連接所述偏置電流產生電路(102)的電流鏡電路(104)、分別電路連接所述啟動截止電路(101)、偏置電流產生電路(102)、基準電壓產生電路(103)和電流鏡電路(104)的低壓偏置電源電路(105)，以及，電路連接所述電流鏡電路(104)的偏置電流輸出電路(106)；偏置電流產生電路(102)產生偏置電流PTAT；偏置電流流過基準電壓產生電路(103)，產生基準電壓VBG；電流鏡電路(104)將偏置電流PTAT鏡象復制給低壓偏置電源電路(105)和偏置電流輸出電路(106)，由低壓偏置電源電路(105)給偏置電流產生電路(102)、基準電壓產生電路(103)和電流鏡電路(104)提供電流，偏置電流輸出電路(106)則將偏置電流PTAT傳輸給功率芯片的內部電路和其他電路；啟動截止電路(101)產生啟動電流傳輸給偏置電流產生電路(102)，使得偏置電流產生電路(102)導通并產生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路(104)使低壓偏置電源電路(105)導通并得到正確偏置，使得低壓偏置電源電路(105)可以對偏置電流產生電路(102)、基準電壓產生電路(103)和電流鏡電路(104)進行供電，一旦低壓偏置電源電路(105)導通，啟動截止電路(101)產生截止信號，啟動結束，整個電路進入正常工作狀態(tài)；所述的偏置電流產生電路(102)和基準電壓產生電路(103)為低壓電路；所述的電流鏡電路(104)、低壓偏置電源電路(105)和偏置電流輸出電路(106)為高壓電路。
2.如權利要求1所述的一種基準電壓和偏置電流產生電路，其特征在于，P溝道金屬氧 化物半導體管MP1，MP2，N溝道金屬氧化物半導體管MN1，MN2，三級管Ql，Q2，P溝道金屬氧 化物半導體管MP8，以及電阻Rl構成了偏置電流產生電路(102)，產生的PTAT電流為Iptat = AVBE/R1,其中，AVBE = VBE_Q2-VBE_Q1, VBE_Q1和VBE_Q2分別是三級管Ql和Q2的基級-發(fā) 射級電壓。
3.如權利要求2所述的一種基準電壓和偏置電流產生電路，其特征在于，P溝道金屬氧 化物半導體管MP3，電阻R2和三級管Q3構成了基準電壓產生電路(103)，電流鏡MP3復制 偏置電流產生電路(102)產生的PTAT電流，并使該偏置電流流過電阻R2和三級管Q3，從 而產生基準電壓為VBG = VBE_Q3+(R2/R1) X AVBE,其中，VBE_Q3是三級管Q3的基級-發(fā)射級電壓。
專利摘要一種基準電壓和偏置電流產生電路，該電路中，偏置電流產生電路產生偏置電流，基準電壓產生電路產生基準電壓，電流鏡電路將偏置電流復制給低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路，由低壓偏置電源電路給偏置電流產生電路、基準電壓產生電路和電流鏡電路提供電流，偏置電流輸出電路則將偏置電流傳輸給功率芯片的內部電路和其他電路，啟動截止電路產生啟動電流傳輸給偏置電流產生電路，偏置電流產生電路導通并產生偏置電流，偏置電流又經(jīng)過電流鏡電路使低壓偏置電源電路導通，一旦低壓偏置電源電路導通，啟動截止電路產生截止信號，啟動結束。本實用新型可耐高壓，且具有較高的抗擾動能力，所產生的基準電壓受外部電源變化的影響很小。
文檔編號G05F3/16GK201589987SQ20102010239
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權日2010年1月26日
發(fā)明者徐滔, 惠國瑜, 職春星, 胡永華 申請人:燦芯半導體(上海)有限公司