專利名稱：一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及帶隙基準(zhǔn)的啟動電路，特別是涉及一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，它通用于CMOS工藝的電流模和電壓模帶隙基準(zhǔn)的啟動電路，尤其適合低壓應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，帶隙基準(zhǔn)電路是模擬電路中必不可少的單元模塊，它為其他電路提供不隨溫度和電源電壓變化的基準(zhǔn)電壓，或由基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)變得到的基準(zhǔn)電流。帶隙基準(zhǔn)電路有電壓模和電流模兩種實(shí)現(xiàn)形式，電壓模的帶隙基準(zhǔn)電路的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，電流模的帶隙基準(zhǔn)電路的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。電壓模帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為硅的帶隙電壓，通常為1. 25V左右，因此，不適合低壓應(yīng)用于90nm及以下的CMOS工藝電路，或其他電源電壓較低的應(yīng)用場合的電路。電流模帶隙基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)利用正溫度系數(shù)的 PTAT電流和負(fù)溫度系數(shù)的IPTAT電流相加產(chǎn)生基準(zhǔn)電流，再通過電阻轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓與硅的帶隙電壓呈比例，其比例可以通過改變電阻比值調(diào)節(jié)，因此可以得到所需的基準(zhǔn)電壓，因此，適宜于各種應(yīng)用場合，尤其是低壓應(yīng)用。眾所周知，電壓模和電流模兩種實(shí)現(xiàn)形式的帶隙基準(zhǔn)電路都存在啟動問題，即都存在有多于1個(gè)工作狀態(tài)，或稱為多個(gè)簡并點(diǎn)的問題。電壓模帶隙基準(zhǔn)電路存在正確工作狀態(tài)和零工作狀態(tài)即兩個(gè)簡并點(diǎn)。如圖1所示的壓模帶隙基準(zhǔn)電路，當(dāng)電工作在零簡并點(diǎn)時(shí)，支路電流為零，寄生三極管未導(dǎo)通，鏡像管106、107和108的柵極電壓接近電源電壓，此錯(cuò)誤工作狀態(tài)會鎖定帶隙基準(zhǔn)電路而無法提供基準(zhǔn)電壓。如圖2所示的電流模帶隙基準(zhǔn)電路，存在正確工作狀態(tài)、零工作狀態(tài)和寄生三極管未導(dǎo)通時(shí)不確定狀態(tài)的任意的三種工作狀態(tài)，即存在多個(gè)簡并點(diǎn)正確簡并點(diǎn)、零簡并點(diǎn)和不確定簡并點(diǎn)。參見圖2，當(dāng)電流模帶隙基準(zhǔn)電路工作在零簡并點(diǎn)時(shí)，支路電流為零，寄生三極管未導(dǎo)通，鏡像管207、208和209的柵極電壓接近電源電壓，同樣電路工作在錯(cuò)誤狀態(tài)會鎖定帶隙基準(zhǔn)電路。當(dāng)支路電流不為零，下拉三極管未導(dǎo)通時(shí)，支路電流全部流入與寄生三極管并聯(lián)的電阻，電阻上電壓小于寄生三極管開啟電壓，支路電流小于正常工作狀態(tài)下電流值，由于該電流或電壓不確定，帶隙基準(zhǔn)電路存在多個(gè)可能的工作狀態(tài)，即稱為第三簡并點(diǎn)或多簡并點(diǎn)的工作狀態(tài)。目前工程應(yīng)用領(lǐng)域常用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路大多針對電壓模帶隙基準(zhǔn)電路，已有技術(shù)有多篇論文:Lin Hongchin 等人在《IEEE InternationalSymposium on Circuits and Systems》2005 發(fā)表論文“A Sub-IV BandgapReference Circuit Using Subthreshold Current”，這種啟動電路不適用于電流模帶隙基準(zhǔn)電路，不能解決多簡并點(diǎn)的問題。如 Piero Malcovati 等人在《IEEE Journal of Solid-State Circuits)) 2001,36(7)發(fā)表的論文“Curvature-Compensated BiCMOS Bandgap with I-V Supply Voltage，，， 該啟動電路受電源電壓范圍的限制。又如Ka Nang Leung等人在《IEEE Journalof Solid-State Circuits》2002，37 (4)發(fā)表的論文 “A Sub-I-V 15-ppm/°C CMOSBandgap Voltage Reference Without Requiring Low Threshold VoltageDevice，，,對啟動電路中晶體管的尺寸要求嚴(yán)格，不具有通用性。已有技術(shù)的美國專利號US 6489835B1，專利名稱為“Low Voltage BandgapReference Circuit”，為了避免電流模帶隙基準(zhǔn)電路多簡并點(diǎn)的問題，選擇將電路結(jié)構(gòu)改變?yōu)殡妷?電流?；旌辖Y(jié)構(gòu)，不但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且存在犧牲溫度特性和抗工藝角變化性能的缺陷。又如Xu Changxi等人在《Chinesejournal of Semiconductors》，2005，26 (10)發(fā)表的論文"A Low Voltage and LowPower CMOS Bandgap Voltage Reference Design with a Novel Start_upCircuit，，，ii>_#)t%i^miC· 準(zhǔn)電路的啟動電路，它引入比較器或運(yùn)算放大器、復(fù)制寄生三極管的技術(shù)構(gòu)想，該技術(shù)構(gòu)想實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，而且電路的非理想因素會對啟動功能產(chǎn)生直接影響，因而不具有通用性和實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服已有技術(shù)的缺陷，在于實(shí)現(xiàn)新型簡單通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路。本發(fā)明目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)上面目的，提出一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路。通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路采用電流比較的電路結(jié)構(gòu)?！N通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，該通用啟動電路的組成包括一個(gè)自偏置電路；一個(gè)電流鏡比較器；以及一個(gè)下拉晶體管；所述自偏置電路、電流鏡比較器以及下拉晶體管依次串聯(lián)連接；自偏置電路輸出端連接電流鏡比較器的一個(gè)輸入端，電流鏡比較器的輸出端連接下拉晶體管的柵極，下拉晶體管的源極為輸出端，該源極輸出端連接電流鏡比較器的另一個(gè)輸入端，下拉晶體管源極輸出端還連接帶隙基準(zhǔn)電路；下拉晶體管源極輸出端即為啟動電路的啟動節(jié)點(diǎn)，該啟動節(jié)點(diǎn)連接帶隙基準(zhǔn)電路中的PMOS電流鏡柵極，啟動電路工作時(shí)將帶隙基準(zhǔn)電路中的PMOS電流鏡柵極電平拉低，為三極管充電。用于啟動帶隙基準(zhǔn)電路，使帶隙基準(zhǔn)電路脫離錯(cuò)誤工作狀態(tài)。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述自偏置電路包括自啟動電路和偏置電流產(chǎn)生電路；其中自啟動電路由NMOS檢測管、上電檢測電容和下拉管組成，NMOS檢測管漏極連接檢測電容下極板，檢測電容上極板連接電源，用于檢測電源上電過程中自偏置電路中NMOS柵極電壓，并通過下拉管啟動工作在錯(cuò)誤簡并點(diǎn)的偏置電流產(chǎn)生電路。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述上電檢測電容為片上電容，它是采用CMOS工藝類型的電容，該工藝類型的電容包括MIM電容、MOM電容、MOS電容以及 POLY電容，上電檢測電容用于電源上電過程中的儲能。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述電流鏡比較器由PMOS和NMOS 兩種類型晶體管的電流鏡構(gòu)成，兩型電流鏡的漏極直接相連，該連接點(diǎn)還連接下拉晶體管柵極；PMOS電流鏡所鏡像的是帶隙基準(zhǔn)電路工作電流，該工作電流為帶隙基準(zhǔn)電路的寄生三極管和其并聯(lián)電阻中電流之和，NMOS電流鏡所鏡像的是自偏置電路產(chǎn)生的比較基準(zhǔn)電流，兩型電流鏡漏極連接點(diǎn)輸出Vx為電流比較結(jié)果，用于控制下拉晶體管的開關(guān)。電流比較結(jié)果為低電平時(shí)開啟下拉晶體管，啟動電路工作，實(shí)施帶隙基準(zhǔn)電路的啟動。電流比較結(jié)果為高電平時(shí)關(guān)閉下拉晶體管，啟動電路停止工作。為控制電流鏡比較器的比較精度，啟動電路設(shè)置一個(gè)電流比較判決條件參數(shù)Δ。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述PMOS電流鏡為共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡，所述NMOS電流鏡為威爾遜結(jié)構(gòu)的電流鏡，用于減小鏡像誤差。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述NMOS電流鏡和PMOS電流鏡構(gòu)成的電流鏡比較器集成于同一芯片，用于實(shí)現(xiàn)比較基準(zhǔn)電流與帶隙基準(zhǔn)電路工作電流的快速比較；兩種電流鏡結(jié)構(gòu)還包括其變形結(jié)構(gòu)。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述自偏置電路中偏置電流產(chǎn)生電路為MOS管Wildlar電流源結(jié)構(gòu)；該偏置電流產(chǎn)生電路由NMOS管403和404組成的NMOS 電流鏡、由PMOS管407和408組成的PMOS電流鏡以及電阻405構(gòu)成一個(gè)偏置電流生成環(huán)路，NMOS電流鏡中NMOS管404的源極接電阻405的一端，電阻405的另一端接地；該偏置電流產(chǎn)生電路用于為電流鏡比較器提供比較基準(zhǔn)電流并為帶隙基準(zhǔn)電路提供偏置電流。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述啟動電路的輸出端連接帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極，通過連接輸出端的下拉晶體管413源極控制帶隙基準(zhǔn)電路的開啟動或停啟動，它又是啟動電路的一個(gè)鏡像輸入端連接帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極，通過連接輸出端的電流鏡比較器PMOS鏡像管412的柵極，用于鏡像帶隙基準(zhǔn)電路工作電流。它既是啟動電路的啟動控制端，它又是啟動電路的一個(gè)鏡像輸入端。電源上電后， 帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極與電流鏡比較器中PMOS鏡像管412柵極連接，將帶隙基準(zhǔn)電路工作電流對應(yīng)的柵極電壓經(jīng)鏡像送到電流鏡比較器的一個(gè)輸入端即PMOS鏡像管412柵極，實(shí)現(xiàn)帶隙基準(zhǔn)電路工作電流的鏡像。電流鏡比較器的另一輸入端連接自偏置電路NMOS鏡像管的柵極，實(shí)現(xiàn)對比較基準(zhǔn)電流的鏡像，當(dāng)比較基準(zhǔn)電流滿足啟動控制條件時(shí)，啟動控制端即下拉晶體管413源極實(shí)現(xiàn)對帶隙基準(zhǔn)電路的開啟動控制。所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述啟動電路的電流比較判決條件參數(shù)Δ取值范圍為5% 10% ；比較基準(zhǔn)電流I。。mp與所述電流下限值Iot, _或電流模帶隙基準(zhǔn)電路電流上限值Inraial或電壓模帶隙基準(zhǔn)時(shí)對應(yīng)的零電流值的差值大于△，啟動電路對帶隙基準(zhǔn)實(shí)施啟動控制。作為優(yōu)選，Δ取值為5%，比較基準(zhǔn)電流I。。mp的取值限定條件為1. 05Ierr,max < Icomp < 0. 95Inormal對于電流模帶隙基準(zhǔn)電路，當(dāng)對應(yīng)的比較基準(zhǔn)電流I。。mp小于基準(zhǔn)電路正確工作狀態(tài)下流過PMOS電流鏡組中電流值Inmial的95%，大于電流模帶隙基準(zhǔn)電路工作在錯(cuò)誤簡并點(diǎn)、寄生三極管未導(dǎo)通時(shí)流過寄生三極管并聯(lián)電阻中的最大電流值Ie ,max的105%，或電壓模帶隙基準(zhǔn)時(shí)對應(yīng)的零電流值，啟動電路進(jìn)入啟動工作狀態(tài)。—種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其在于所述比較基準(zhǔn)電流I。。mp為電流鏡比較器的比較基準(zhǔn)，比較基準(zhǔn)電流I。。mp的取值限定條件為(1+ Δ ) Ierrjmax < Icomp < (1-Δ) Inormal式中，Inormal為電流下限值，是基準(zhǔn)電路正確工作狀態(tài)下流過PMOS電流鏡組中的鏡像電流值；Ie ,max為電流上限值，是電流模帶隙基準(zhǔn)電路工作在錯(cuò)誤簡并點(diǎn)、寄生三極管未導(dǎo)通時(shí)流過寄生三極管并聯(lián)電阻中的最大電流值，或電壓模帶隙基準(zhǔn)時(shí)對應(yīng)零簡并點(diǎn)的零電流值；Δ為判決條件參數(shù)。比較基準(zhǔn)電流I。。mp滿足下式關(guān)系< Jcomp
R1 comp R0 R1 ，式中，隊(duì)為帶隙基準(zhǔn)電路中與三極管并聯(lián)電阻的阻值，R0為帶隙基準(zhǔn)電路中與三極管串聯(lián)電阻的阻值，兌為帶隙基準(zhǔn)電路的一個(gè)三極管的標(biāo)號，仏為帶隙基準(zhǔn)電路的另一個(gè)三極管的標(biāo)號，vBE,Q2為A管的發(fā)射極電壓，ΔVbe為A管與A管發(fā)射極間的電壓差，三極管基極接地。通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，采用電流比較的電路結(jié)構(gòu)方式，實(shí)現(xiàn)對帶隙基準(zhǔn)電路工作狀態(tài)的檢測，工作狀態(tài)檢測以設(shè)定的基準(zhǔn)電路在正確工作狀態(tài)下的支路電流為上限值，以及錯(cuò)誤簡并點(diǎn)中支路電流的最大值為下限值為依據(jù)。對于電壓模帶隙基準(zhǔn)電路，由于只存在零工作狀態(tài)一個(gè)錯(cuò)誤簡并點(diǎn)，因此設(shè)定的下限值為零。對于電流模帶隙基準(zhǔn)電路，以寄生三極管處于導(dǎo)通臨界狀態(tài)時(shí)的支路電流為下限值。該啟動電路的比較基準(zhǔn)電流與選擇的支路電流上限值及下限值的差應(yīng)大于比較基準(zhǔn)電流的5%為判決條件，確保啟動電路在作電流比較時(shí)，鏡像電流較大的晶體管處于深線性區(qū)，以便實(shí)現(xiàn)對下拉晶體管的開關(guān)控制。 考慮到溫度特性，比較基準(zhǔn)電流在-40°C 85°C溫度范圍內(nèi)都滿足取值范圍要求，取值限定條件為 Ierr,max(l+5% ) < Icomp 且 I。。mp < (1-5% ) In。rmal，其中，I。。mp 為比較基準(zhǔn)電流，Ierr, _為錯(cuò)誤工作點(diǎn)下支路電流最大值即下限值，Inormal為間隙基準(zhǔn)電路正常工作時(shí)的支路電流值即上限值。對于電壓?；鶞?zhǔn)電路，由于上限值與下限值相差較大，比較基準(zhǔn)電流易于取值。對于電流?；鶞?zhǔn)電路，參見圖2，上限值與下限值之差值ΔΙ為AI = Inormal - Ier = -f- = FrInm = -Inm
Kq式中Δ Vbe為運(yùn)算放大器210兩輸入端三極管(ρηρ)射極電壓差，m為運(yùn)放210兩輸入端三極管個(gè)數(shù)比值，R0為與三極管201串聯(lián)連接到運(yùn)算放大器正輸入端的電阻203的阻值，Vt為熱電壓，k為波爾茲曼常數(shù)(約為1. 38X IO-23JA)，T為絕對溫度，q為電子電荷量，Δ I是一個(gè)正溫度系數(shù)電流。為使得在所有溫度范圍內(nèi)，比較基準(zhǔn)電流都滿足取值限定條件，自偏置電路產(chǎn)生的比較基準(zhǔn)電流具有相等或近似的正溫度系數(shù)。所述通用帶隙基準(zhǔn)啟動電路中自偏置電路包含自啟動電路，自啟動電路中電容為儲能電容，電容一端極板接電源，電容電源上電在另一極板上存儲電荷，通過NMOS管檢測自偏置電路工作狀態(tài)，控制下拉管的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電路啟動和啟動后的關(guān)斷，使自啟動電路不受工藝、溫度和電源電壓影響。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果1、本發(fā)明啟動電路用于電流模帶隙基準(zhǔn)電路，通過電流鏡實(shí)現(xiàn)電流比較，將比較基準(zhǔn)電流設(shè)定在最大錯(cuò)誤工作狀態(tài)電流和正確工作電流之間，實(shí)現(xiàn)了對錯(cuò)誤工作狀態(tài)下基準(zhǔn)電路的啟動以及啟動到正確工作狀態(tài)后的關(guān)斷，解決了電流模帶隙基準(zhǔn)電路存在的多簡并點(diǎn)的工作狀態(tài)的問題。2、本發(fā)明電路兼容電流模和電壓模兩種帶隙基準(zhǔn)電路，啟動電路不受電源電壓范圍的限制，適合低壓應(yīng)用。
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3、本發(fā)明電路采用兩種類型晶體管的電流鏡實(shí)現(xiàn)電流比較，有效監(jiān)控基準(zhǔn)電路工作狀態(tài)，電路結(jié)構(gòu)簡單，而且具有良好的溫度特性和抗工藝角變化性能。4、本發(fā)明技術(shù)構(gòu)想合理，易于實(shí)現(xiàn)，而且電路不受電源電壓變化或瞬態(tài)波動的非理想因素對啟動功能的影響，因而具有通用性和實(shí)用性，通用于CMOS工藝下各種帶隙基準(zhǔn)電路。


圖1為已有技術(shù)的電壓模帶隙基準(zhǔn)電路的典型結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為已有技術(shù)的電流模帶隙基準(zhǔn)電路的典型結(jié)構(gòu)原理圖。圖3為本發(fā)明的電流模帶隙基準(zhǔn)的通用啟動電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3中，31-自偏置電路；31-1-自啟動電路；31_2_偏置電流產(chǎn)生電路；32-電流鏡比較器；33-下拉晶體管；圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的通用帶隙基準(zhǔn)電路啟動電路結(jié)構(gòu)電原理圖。圖4中，41-自偏置電路；41-1-自啟動電路；41_2_偏置電流產(chǎn)生電路電路；42-電流鏡比較器；43-下拉晶體管；Istmt-基準(zhǔn)比較電流；VX-下拉晶體管開關(guān)控制電壓。圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例的PMOS電流模帶隙基準(zhǔn)電路的新型通用啟動電路。圖5中，4-啟動電路；2-電流模帶隙基準(zhǔn)電路。圖6為本發(fā)明第四實(shí)施例的NMOS電流模帶隙基準(zhǔn)電路的新型通用啟動電路。圖6中，4-啟動電路；1-電壓模帶隙基準(zhǔn)電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。圖3給出本發(fā)明實(shí)施例的通用帶隙基準(zhǔn)啟動電路組成框圖，通用帶隙基準(zhǔn)的啟動電路3由依次連接的自偏置電路31、電流鏡比較器電路32以及下拉晶體管33組成。自偏置電路31由自啟動電路31-1和偏置電流產(chǎn)生電路31-2組成。電流鏡比較器32的一個(gè)輸入來自自偏置電路31產(chǎn)生的基準(zhǔn)比較電流，另一個(gè)輸入是鏡像的帶隙基準(zhǔn)電路工作電流， 電流鏡比較器32的輸出端接下拉晶體管33的柵極，控制下拉晶體管開關(guān)，下拉晶體管漏極接地，源極為通用啟動電路3的啟動端，與帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極相連，同時(shí)與鏡像帶隙基準(zhǔn)電路工作電流的電流鏡比較器的一個(gè)輸入端連接在一起。第一實(shí)施例圖4給出本發(fā)明第一實(shí)實(shí)施例的通用帶隙基準(zhǔn)啟動電路結(jié)構(gòu)電原理圖。該啟動電路4由依次連接的自偏置電路41、電流鏡比較器42及其下拉晶體管43構(gòu)成，自偏置電路 41包括自啟動電路41-1和偏置電流產(chǎn)生電路41-2。自偏置電路的自啟動電路41-1由NMOS管401，402和PMOS管406組成。自啟動電路的PMOS管406為PMOS電容管。PMOS電容管406漏源極為上極板，連接電源，其柵極為下極板，連接自偏置電路的NMOS管401漏極和402的柵極。自啟動電路的NMOS管401源極和402的柵極與PMOS電容管406柵極連接。在上電時(shí)，NMOS管402導(dǎo)通，402管為低電平，將偏置電流產(chǎn)生電路41-2中PMOS晶體管407和408柵極電壓下拉，從而防止偏置電流產(chǎn)生電路死鎖在零工作狀態(tài)。
偏置電流產(chǎn)生電路41-2由NMOS管403，404和PMOS管407，408和片上電阻405 組成，采用Wildlar結(jié)構(gòu)。NMOS管403和404柵極連接，403管柵極與漏極短接，403管與 404管以及電阻405構(gòu)成NMOS電流鏡。PMOS管407和408構(gòu)成PMOS電流鏡，407管和408 管柵極連接，408管漏極和柵極短接。NMOS的403管和404管以及電阻405，與PMOS的407 管和408管連接為Wildlar結(jié)構(gòu)，電阻405上的電壓為403和404柵源電壓差，用于產(chǎn)生偏置電流。電流鏡比較器42由匪OS管410和411，PMOS管409和412組成，下拉管43由漏極接地的PMOS管413實(shí)現(xiàn)。410管與411管構(gòu)成NMOS電流鏡，411管為NMOS鏡像管，鏡像基準(zhǔn)比較電流；412管為PMOS鏡像管，鏡像帶隙基準(zhǔn)電路的工作電流。412管與411管的漏極相連，并與PMOS下拉管413的柵極相連，產(chǎn)生電流比較結(jié)果Vx即下拉晶體管413的開關(guān)控制電壓，控制下拉晶體管413的開關(guān)。Vx為高電平時(shí)，下拉管413的開啟，Vx為低電平時(shí)，下拉管413的關(guān)閉。412管的柵極與下拉晶體管413的漏極相連，該連接點(diǎn)為電流鏡比較器43的輸出端即啟動電路的啟動端，與帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極相連接。通用啟動電路的工作過程進(jìn)一步描述如下自偏置電路41中的偏置電流產(chǎn)生電路412也存在兩個(gè)工作點(diǎn)，即正確工作狀態(tài)和零工作狀態(tài)，其自啟動電路41-1在電源上電時(shí)使偏置電流產(chǎn)生電路41-2脫離零工作狀態(tài)。 當(dāng)電源上電，PMOS管電容406下極板積累電荷，電容管406下極板電壓接近電源電壓，若偏置電流產(chǎn)生電路41-2處在零工作狀態(tài)，則自啟動電路41-1中401管柵極電壓接近地，401 管不導(dǎo)通，偏置電流產(chǎn)生電路PMOS管407和408的柵極電壓接近電源電壓，由于下拉管402 柵極電壓接近電源，因此下拉管402導(dǎo)通，將偏置電流產(chǎn)生電路407管和408管的柵極電壓下拉，于是，偏置電流產(chǎn)生電路41-2脫離零狀態(tài)，進(jìn)入正確工作狀態(tài)。偏置電流產(chǎn)生電路41-2進(jìn)入正確工作狀態(tài)后，其NMOS電流鏡的403管柵極電壓使得自啟動電路41-1中401管導(dǎo)通，電容管406下極板通過401對地放電，下拉管402柵極電平電平接近地，因此下拉管402關(guān)閉，不對偏置電流產(chǎn)生電路41-2產(chǎn)生影響。電流鏡比較器42包括一個(gè)NMOS電流鏡411和NMOS鏡像管410、一個(gè)PMOS電流鏡412、以及PMOS鏡像管409 ；下拉晶體管43由一個(gè)PMOS管413實(shí)現(xiàn)。NMOS電流鏡411與 PMOS電流鏡412的漏極相連接，節(jié)點(diǎn)電壓為Vx。PMOS電流鏡412管鏡像帶隙基準(zhǔn)電路工作電流，該工作電流即為帶隙基準(zhǔn)電路中流過三極管201與其并聯(lián)電阻204的電流之和，NMOS 電流鏡411管鏡像自偏置電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)比較電流，即流過410管的電流，411管與412管漏極相連接，并與下拉晶體管413的柵極相連接，該連接節(jié)點(diǎn)電壓為Vx，下拉晶體管413漏極接地，413管源極與帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組柵極相連，如與圖1中106管、107管、 108管的柵極相連，或如與圖2中207管、208管、209管的柵極相連。PMOS管412鏡像帶隙基準(zhǔn)電路的工作電流，NMOS管411鏡像由自偏置電路41產(chǎn)生的比較基準(zhǔn)電流，412與411漏極連接構(gòu)成電流比較電路。當(dāng)帶隙基準(zhǔn)電路處于錯(cuò)誤簡并點(diǎn)時(shí)，412鏡像的帶隙基準(zhǔn)電路支路電流小于411鏡像的比較基準(zhǔn)電流，由于兩管電流應(yīng)保持相等，因此，411管處于深線性區(qū)，Vx電壓接近地，下拉管413開啟，將412柵極也即帶隙基準(zhǔn)電路PMOS電流鏡組柵極電壓拉低，為三極管充電，使帶隙基準(zhǔn)電路脫離錯(cuò)誤簡并點(diǎn)， 進(jìn)入正確工作狀態(tài)；進(jìn)入正確工作狀態(tài)后，412管鏡像的帶隙基準(zhǔn)電路工作電流大于411管鏡像的比較基準(zhǔn)電流，因此為保證流過411管和412管的電流相等，412管進(jìn)入深線性區(qū)，Vx接近電源電壓，此時(shí)下拉管413關(guān)斷，啟動電路不對正常工作的帶隙基準(zhǔn)電路構(gòu)成影響。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的通用啟動電路應(yīng)用于電流模帶隙基準(zhǔn)電路的電原理圖。它是由圖4所示的通用啟動電路4與圖2所示的電流模型帶隙基準(zhǔn)電路構(gòu)成。結(jié)合圖2所示的電流模型帶隙基準(zhǔn)電路，通用啟動電路工作過程進(jìn)一步說明如下啟動電路4的412管柵極與電流模型帶隙基準(zhǔn)電路2的207管、208管、209管的柵極相連，構(gòu)成PMOS電流鏡。
流過409管的電流為比較基準(zhǔn)電流設(shè)為I。。mp，Icomp滿足下式關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，該通用啟動電路的組成包括一個(gè)自偏置電路；一個(gè)電流鏡比較器；以及一個(gè)下拉晶體管；所述自偏置電路、電流鏡比較器以及下拉晶體管依次串聯(lián)連接；自偏置電路輸出端連接電流鏡比較器的一個(gè)輸入端，電流鏡比較器的輸出端連接下拉晶體管的柵極，下拉晶體管的源極為輸出端，該源極輸出端連接電流鏡比較器的另一個(gè)輸入端，下拉晶體管源極輸出端還連接帶隙基準(zhǔn)電路；下拉晶體管源極輸出端即為啟動電路的啟動節(jié)點(diǎn)，該啟動節(jié)點(diǎn)連接帶隙基準(zhǔn)電路，用于啟動帶隙基準(zhǔn)電路，使帶隙基準(zhǔn)電路脫離錯(cuò)誤工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述自偏置電路包括自啟動電路和偏置電流產(chǎn)生電路；其中自啟動電路由NMOS檢測管、上電檢測電容和下拉管組成，NMOS檢測管漏極連接檢測電容下極板，檢測電容上極板連接電源，用于檢測電源上電過程中自偏置電路中NMOS柵極電壓，并通過下拉管啟動工作在錯(cuò)誤簡并點(diǎn)的偏置電流產(chǎn)生電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述上電檢測電容為片上電容，它是采用CMOS工藝類型的電容，該工藝類型的電容包括MIM電容、MOM電容、MOS電容以及POLY電容，上電檢測電容用于電源上電過程中的儲能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述電流鏡比較器由PMOS和NMOS兩種類型晶體管的電流鏡構(gòu)成，兩型電流鏡的漏極直接相連，該連接點(diǎn)還連接下拉晶體管柵極PMOS電流鏡所鏡像的是帶隙基準(zhǔn)電路工作電流，NMOS電流鏡所鏡像的是自偏置電路產(chǎn)生的比較基準(zhǔn)電流，兩型電流鏡漏極連接點(diǎn)輸出Vx為電流比較結(jié)果， 用于控制下拉晶體管的開關(guān)；啟動電路設(shè)置一個(gè)電流比較判決條件參數(shù)八。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述PMOS電流鏡為共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡，所述NMOS電流鏡為威爾遜結(jié)構(gòu)的電流鏡，用于減小鏡像誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述NMOS電流鏡和PMOS電流鏡構(gòu)成的電流鏡比較器集成于同一芯片，用于實(shí)現(xiàn)比較基準(zhǔn)電流與帶隙基準(zhǔn)電路工作電流的快速比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述自偏置電路中偏置電流產(chǎn)生電路為MOS管Wildlar電流源結(jié)構(gòu)；該偏置電流產(chǎn)生電路由NMOS管 (403)和(404)組成的NMOS電流鏡、由PMOS管(407)和(408)組成的PMOS電流鏡以及電阻(405)構(gòu)成一個(gè)偏置電流生成環(huán)路，NMOS電流鏡中NMOS管(404)的源極接電阻(405)的一端，電阻G05)的另一端接地；該偏置電流產(chǎn)生電路用于為電流鏡比較器提供比較基準(zhǔn)電流并為帶隙基準(zhǔn)電路提供偏置電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述啟動電路的輸出端連接帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極，通過連接輸出端的下拉晶體管(413) 源極控制帶隙基準(zhǔn)電路的開啟動或停啟動，它又是啟動電路的一個(gè)鏡像輸入端連接帶隙基準(zhǔn)電路中PMOS電流鏡組的柵極，通過連接輸出端的電流鏡比較器PMOS鏡像管012)的柵極，用于鏡像帶隙基準(zhǔn)電路工作電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述啟動電路設(shè)置一個(gè)電流比較判決條件參數(shù)Δ，Δ的取值范圍為5 10%;比較基準(zhǔn)電流I。。mp與所述電流上限值Inraial或電流模帶隙基準(zhǔn)電路電流下限值Im,_或電壓模帶隙基準(zhǔn)時(shí)對應(yīng)的零電流值的差值大于△，啟動電路對帶隙基準(zhǔn)實(shí)施啟動控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，其特征在于，所述比較基準(zhǔn)電流I。。mp為電流鏡比較器的比較基準(zhǔn)，比較基準(zhǔn)電流I。。mp的取值限定條件為(1+A ) lerr，max < Icomp < (丄八)Inormal式中，In。mal為電流上限值，是基準(zhǔn)電路正確工作狀態(tài)下流過PMOS電流鏡組中的鏡像電流值；IOT,max為電流下限值，是電流模帶隙基準(zhǔn)電路工作在錯(cuò)誤簡并點(diǎn)、寄生三極管未導(dǎo)通時(shí)流過寄生三極管并聯(lián)電阻中的最大電流值，或電壓模帶隙基準(zhǔn)時(shí)對應(yīng)零簡并點(diǎn)的零電流值；△為判決條件參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種通用的帶隙基準(zhǔn)啟動電路，該啟動電路為電流比較結(jié)構(gòu)，由自偏置電路、電流鏡比較電路以及下拉晶體管組成，用于電壓模帶隙基準(zhǔn)啟動電路時(shí)，基準(zhǔn)電流只需滿足一定范圍，電路結(jié)構(gòu)簡單，用于電流模帶隙基準(zhǔn)電路，當(dāng)帶隙基準(zhǔn)電路因多簡并點(diǎn)而工作在一個(gè)錯(cuò)誤工作狀態(tài)時(shí)，電流比較結(jié)果迅速將啟動電路開啟，使帶隙基準(zhǔn)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，同時(shí)新的電流比較結(jié)果立即將啟動電路關(guān)斷，不對基準(zhǔn)電路產(chǎn)生影響。該啟動電路對工作電壓具有良好的適應(yīng)性，不受電源電壓變化包括瞬態(tài)波動的影響，受工藝角影響小，且電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有效解決兩種模的帶隙基準(zhǔn)電路啟動問題，通用于CMOS工藝下帶隙基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號G05F1/56GK102385405SQ20101026899
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者葉甜春, 馬成炎, 黃偉 申請人:杭州中科微電子有限公司