專利名稱：帶隙基準(zhǔn)啟動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
自啟動(dòng)電路提供芯片上電所需的偏置電壓設(shè)計(jì)。這種技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在LCD/TFT/OLED設(shè)計(jì)中的低壓低功耗模擬集成電路設(shè)計(jì)方面。這個(gè)發(fā)明與LCD電路尤其是與LCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)相關(guān)，這種設(shè)計(jì)通過(guò)CMOS/BICMOS工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
隨著工藝向納米的逼近，LCD驅(qū)動(dòng)電路中的模擬電路設(shè)計(jì)必須面對(duì)降低電壓以及環(huán)境溫度變化的挑戰(zhàn)。因此，在芯片中帶隙基準(zhǔn)電壓成為低壓模擬設(shè)計(jì)中的不可或缺部分。而能保障帶隙基準(zhǔn)電路上電后正常工作并能達(dá)到所要求的電壓值，需有一個(gè)自啟動(dòng)電路來(lái)提供所需偏置電壓。
自啟動(dòng)電路(Self-Startup)是基準(zhǔn)源中一個(gè)比較重要的部分。當(dāng)芯片電路上電時(shí)，可能由于環(huán)境或工藝原因等，流過(guò)芯片電路的電流為零，即所有的芯片上的晶體管均傳輸零電流，且它們可以無(wú)限期地保持關(guān)斷，從而整個(gè)電路都不能正常工作，也就是說(shuō)電路存在一個(gè)死鎖偏置點(diǎn)。因此就需要增加一種自啟動(dòng)電路來(lái)破壞這種死鎖平衡以激勵(lì)整個(gè)電路的啟動(dòng)。
圖2是一個(gè)啟動(dòng)電路的簡(jiǎn)單例子。二極管連接的器件M5在上電時(shí)提供了從VDD經(jīng)M3、M1到地的通路，所以M3和M1，從而M2和M4都不會(huì)保持關(guān)斷。當(dāng)然，這種方法只有在VTH1+VTH5+|VTH3|＜VDD和VGS1+VTH5+|VGS3|＞VDD的情況下才是實(shí)用的，后一個(gè)條件是為了保證電路啟動(dòng)后M5保持關(guān)斷。

發(fā)明內(nèi)容
及
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用了上述自啟動(dòng)電路的基本工作原理，通過(guò)晶體管及電容組合產(chǎn)生一條從電源到地的電流通路以打破電流鏡的原有“死鎖”平衡，從而其輸出值穩(wěn)定以實(shí)現(xiàn)主電路的正常工作。對(duì)于使用在基準(zhǔn)產(chǎn)生源中的啟動(dòng)電路，我們不希望它產(chǎn)生額外的誤差以影響主電路的正常工作，因此設(shè)計(jì)合理的啟動(dòng)電路就顯得非常關(guān)鍵。下面就本設(shè)計(jì)發(fā)明的啟動(dòng)電路的具體工作原理作詳細(xì)分析。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
(1)我們可以看到，M1是一個(gè)二極管連接形式的PMOS管，它的寬長(zhǎng)比較小，可以看成一個(gè)大電阻，M3是一個(gè)NMOS電容。我們分成四個(gè)時(shí)間段來(lái)分析在電路上電瞬間，M1和M2都沒(méi)有導(dǎo)通，只是依靠PMOS管的漏電流在給電容充電，所以開(kāi)始階段CAP電位上升得很緩慢，如圖4中AB段所示；隨著電源電壓(VDDF)的上升，當(dāng)|VGS|≥|Vtp|時(shí)，M1開(kāi)始導(dǎo)通，充電的速率加快，CAP電位的上升速率也加快，如圖5中BC段所示。
當(dāng)CAP電位繼續(xù)上升至0.82V時(shí)，由M4和M5組成的非門(mén)開(kāi)始翻轉(zhuǎn)，我們可以從FEEDBACK曲線中看到，它的電位在此刻被拉低，F(xiàn)EEDBACK電位被拉低的結(jié)果導(dǎo)致M2開(kāi)始導(dǎo)通，由M1和M2組成的并聯(lián)等效電阻降低，使得電源對(duì)電容M3的充電能力增強(qiáng)，CAP電位的上升速率進(jìn)一步加快，而CAP電位得升高又使得M4和M5組成的非門(mén)的翻轉(zhuǎn)速度加快，F(xiàn)EEDBACK的電位被進(jìn)一步拉低，這樣就形成一個(gè)正反饋的通路，最終的結(jié)果使CAP電位在一瞬間被抬高到此時(shí)的電源電壓(1.9V)，而FEEDBACK電位也在一瞬間降低到0V，如圖5中CD段所示；隨后由于M2管完全導(dǎo)通，它和M1的并聯(lián)等效電阻較低，使得CAP電位的上升曲線能夠完全跟隨電源電壓(VDDF)的上升，如圖25中DE段所示。
(2)當(dāng)FEEDBACK電位變低時(shí)，M6開(kāi)始導(dǎo)通，START電位迅速上升，結(jié)果M10導(dǎo)通，使得Startup電位被拉低，這樣形成了一個(gè)由主電路中PMOS電流鏡經(jīng)M10到地的一個(gè)通路，從而啟動(dòng)主電路的功能。主電路在啟動(dòng)后，反饋回來(lái)的一個(gè)信號(hào)STOP使M8導(dǎo)通，把M8看作一個(gè)MOS開(kāi)關(guān)，由于它的寬長(zhǎng)比較大，可以使M8迅速打開(kāi)，從而在START電位沒(méi)有達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)又被迅速拉低了，即產(chǎn)生了一個(gè)短脈沖，我們從圖6和圖7中可以看到整個(gè)變化過(guò)程。
(3)START信號(hào)產(chǎn)生的短脈沖使得M10導(dǎo)通，把Startup電位拉低，前面說(shuō)到Startup處的低電位能使PMOS電流鏡開(kāi)始正常工作，即完成了啟動(dòng)的功能，如圖8所示；另外MOS電容M11的作用是穩(wěn)定Startup的電位，使其不至于產(chǎn)生跳變；M12和M13的作用是形成一個(gè)由NMOS電流鏡到地的通路，在啟動(dòng)前把主電路中NMOS管的柵極電荷放掉(即只通過(guò)PMOS電流鏡正常啟動(dòng))，并隨后自動(dòng)關(guān)斷，不要對(duì)電路的功能產(chǎn)生影響，如圖9所示，可以看到開(kāi)始的時(shí)候STOP和LEAK電位均為零。
從上面的分析和模擬可以知道，啟動(dòng)電路達(dá)到了我們期望的要求，它在上電過(guò)程中能驅(qū)使主電路擺脫“死鎖”偏置點(diǎn)，并在主電路正常工作后自動(dòng)關(guān)斷，不會(huì)給主電路引入額外的功耗。


圖1為帶隙及自啟動(dòng)電路模塊圖；圖2為自啟動(dòng)電路示意圖；圖3為本發(fā)明的自啟動(dòng)CMOS電路；圖4為自啟動(dòng)CMOS電路電容及FEEDBACK響應(yīng)曲線；圖5自啟動(dòng)CMOS電路啟動(dòng)信號(hào)波形；圖6自啟動(dòng)CMOS電路啟動(dòng)信號(hào)波形擴(kuò)大圖；圖7自啟動(dòng)CMOS電路啟動(dòng)信號(hào)波形；圖8自啟動(dòng)CMOS電路LEAK信號(hào)波形。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于LCD驅(qū)動(dòng)電路中的帶隙自啟動(dòng)電路，其特征在于在芯片上電初期自動(dòng)生成一個(gè)電流輸出，從而使帶隙基準(zhǔn)源擺脫可能的死鎖狀態(tài)，使主電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，其特征在于包含有兩個(gè)PMOS管M1/M2以及一個(gè)NMOS電容M3如圖3所示M1/M2用于提供上電初期的對(duì)電容M3的電流通路，其目的為提升上電初期CAP的電壓。它為下一級(jí)的反饋電路做準(zhǔn)備。
3.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，其特征在于包含一個(gè)反饋電路M4/M5以生成反饋信號(hào)FEEDBACK，通過(guò)這個(gè)FEEDBACK信號(hào)控制M2以加速其導(dǎo)通達(dá)到快速對(duì)電容M3的充電。這樣可以加速提供芯片所需啟動(dòng)電流。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，其特征在于包含有一個(gè)PMOS M6，以通過(guò)改變其門(mén)電壓信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所要求的電源到地的電流通路并產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)START。
5.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，這個(gè)電路包含有一個(gè)NMOS管M8，它與M6一起產(chǎn)生電源VDDF到地的通路，并達(dá)到所要求的芯片啟動(dòng)電流。
6.如權(quán)利要求5所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，其特征在于設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓平移電路通過(guò)NMOS M10去產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)Startup，意味著此信號(hào)不會(huì)進(jìn)入死鎖的電壓狀態(tài)，從而保證整個(gè)電路的正常運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，其特征在于從主電路可獲得一個(gè)反饋信號(hào)STOP，此信號(hào)用于關(guān)斷NMOS M8。從而關(guān)斷了從VDDF到地的電流通路，保證主電路正常工作后，自啟動(dòng)電路無(wú)任何功耗。
8.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)電路，其特征在于使用M12和M13的作用是形成一個(gè)由NMOS電流鏡到地的通路，在啟動(dòng)前把主電路中NMOS管的柵極電荷放掉并隨后自動(dòng)關(guān)斷，不要對(duì)電路的功能產(chǎn)生影響。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種能獲得基準(zhǔn)電壓的自啟動(dòng)電路。帶隙基準(zhǔn)源是芯片內(nèi)部的參考電壓源，對(duì)芯片的正常工作至關(guān)重要。帶隙基準(zhǔn)源啟動(dòng)電路就是為了保證在芯片上電過(guò)程中，加速帶隙基準(zhǔn)源進(jìn)入正常工作點(diǎn)，避免進(jìn)入死鎖狀態(tài)，從而使芯片能正常工作。本發(fā)明通過(guò)幾個(gè)CMOS晶體管實(shí)現(xiàn)帶隙基準(zhǔn)源上電后自動(dòng)達(dá)到所需求的電壓，并保證帶隙基準(zhǔn)源輸出正常電壓后自動(dòng)關(guān)斷以達(dá)到不同節(jié)省功耗的目的。本發(fā)明可用于集成電路芯片自啟動(dòng)電路中，并可以根據(jù)實(shí)際要求擴(kuò)展此電路結(jié)構(gòu)獲取所需偏置電壓。本自啟動(dòng)電路的高效性在于其結(jié)構(gòu)使用了較少的器件并合理的利用了電平轉(zhuǎn)移電路。本電路的低功耗在于設(shè)計(jì)上采用了反饋控制最大程度減小了直流到地的通路。
文檔編號(hào)G02F1/133GK1917020SQ20051009077
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者林昕, 林豐成 申請(qǐng)人:天利半導(dǎo)體(深圳)有限公司