專利名稱：一種啟動電路及集成該電路的供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于高壓應(yīng)用的自啟動內(nèi)部供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
所有芯片都存在上電過程，所以在芯片設(shè)計(jì)中都不可避免的要對芯片的上電過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)能夠提高芯片的性能、降低芯片的成本。傳統(tǒng)的芯片上電過程為，夕卜部電源電壓Vin直接給基準(zhǔn)模塊供電，等基準(zhǔn)建立完成后再建立芯片內(nèi)部供電電源，最后芯片能夠正常動作。這種上電過程在高壓應(yīng)用中，存在兩個嚴(yán)重的缺陷①由于基準(zhǔn)的電源是外部電源電壓，所以基準(zhǔn)部分要使用大量的耐壓器件，增加了芯片的面積；②高壓下器件存在嚴(yán)重的漏電流，所以高壓供電的基準(zhǔn)存在嚴(yán)重的溫漂，這樣將導(dǎo)致芯片內(nèi)部的參考電 壓隨溫度存在嚴(yán)重的漂移。因此，采用傳統(tǒng)的上電過程的高壓應(yīng)用芯片，往往需要在芯片內(nèi)部再額外增加一個低壓高精度基準(zhǔn)源，從而滿足內(nèi)部精確控制的需求，這將進(jìn)一步增加了芯片的功耗與面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的用于高壓應(yīng)用的自啟動內(nèi)部供電系統(tǒng)存在的上述問題，提出了一種啟動電路。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種啟動電路，包括第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管、一反相器、一電容單元、一電阻單元、一穩(wěn)壓單元，其中，第二 NMOS管的柵端和反相器的輸入端相連并作為所述啟動電路的輸入端，反相器的輸出端連接到第一 NMOS管的柵端，第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管的源端和襯底都連接到地，第一 PMOS管的柵端、第二 PMOS管MOS管的漏端、第二 NMOS管的漏端、電容單元的第一端子、第三NMOS管的柵端、第四PMOS管的柵端連接在一起，電容單元的第二端子與電源電壓相連接，第一 PMOS管的漏端和第二 PMOS管的柵端連接到第一 NMOS管的漏端，第一 PMOS管、第二 PMOS管、第四PMOS管的源端和襯底連接到電源電壓，第四PMOS管漏端和第三NMOS管MN3的漏端、第三PMOS管、第五PMOS管的柵端連接在一起，第三PMOS管的襯底和第五PMOS管的襯底連接到電源電壓、電阻單元連接在第三PMOS管的源端和電源電壓之間，第三PMOS管的漏端和第五PMOS管的源端連接到穩(wěn)壓單元的第一端子、穩(wěn)壓單元的第二端子連接到地，第五PMOS管的漏端作為所述啟動電路的輸出端?；谏鲜鰡与娐罚景l(fā)明還提出了一種適用于高壓應(yīng)用的自啟動內(nèi)部供電系統(tǒng)，還包括基準(zhǔn)電壓源、LD0、比較電路、一二極管和一開關(guān)裝置，其中，啟動電路的輸出端與基準(zhǔn)電壓源的啟動輸入端和二極管的負(fù)向端相連，基準(zhǔn)電壓源為LDO提供基準(zhǔn)源，LDO的輸出端作為所述供電系統(tǒng)的輸出端，比較電路的兩個輸入端用于輸入基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的基準(zhǔn)源和LDO的輸出電壓，比較電路的輸出端與啟動電路的輸入端及開關(guān)裝置的控制端相連，開關(guān)裝置的第一端子和第二端子分別接二極管的正向端和LDO的輸出端。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的啟動電路在系統(tǒng)上電時產(chǎn)生一個低壓的電源給系統(tǒng)內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源，從而避免基準(zhǔn)電壓源采用高壓器件，并且該啟動電路相對傳統(tǒng)啟動電路最大的特點(diǎn)是，系統(tǒng)正常工作后，啟動電路能夠完全關(guān)閉，不消耗額外的功耗；集成了本發(fā)明的啟動電路的供電系統(tǒng)使得芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源供電電壓始終是低壓，這樣在芯片內(nèi)部只需要構(gòu)建一個高精度的低壓基準(zhǔn)源，所以采用本發(fā)明提供的供電系統(tǒng)的高壓應(yīng)用能夠減少高壓器件使用，減少芯片的面積，進(jìn)而降低芯片的成本。此外由于本發(fā)明的供電系統(tǒng)，最終將基準(zhǔn)電壓源的供電電源切為芯片的內(nèi)部電源，這樣能夠極大的提高基準(zhǔn)的PSRR。


圖I為本發(fā)明提出的啟動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為集成了啟動電路的適用于高壓應(yīng)用的自啟動內(nèi)部供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖?！D3為實(shí)施例中電源電壓為5V時供電系統(tǒng)的上電過程示意圖。圖4為實(shí)施例中電源電壓為16V時供電系統(tǒng)的上電過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的啟動電路如圖I所示，包括？] 05管1^1、]\^2、]\^3、]\^4、]\^5、匪05管麗I、麗2、麗3、一個反相器INV1、電容單元、一個電阻單元R1、穩(wěn)壓單元，具體連接關(guān)系如下NM0S管MN2的柵端和反相器INVl的輸入端相連并作為所述啟動電路的輸入端，反相器INVl的輸出端連接到NMOS管麗I的柵端、NMOS管麗I、麗2、麗3的源端和襯底都連接到地，PMOS管MPl的柵端、MOS管MP2的漏端、NMOS管麗2的漏端、電容單元的第一端子、麗3的柵端、MP4的柵端連接在一起，電容單元的第二端子與電源電壓Vin相連接，PMOS管MPl的漏端和PMOS管MP2的柵端連接到NMOS管MNl的漏端、PMOS管MP1、MP2、MP4的源端和襯底連接到電源電壓Vin，PMOS管MP4漏端和NMOS管麗3的漏端、PMOS管MP3、PMOS管MP5的柵端連接在一起，PMOS管MP3的襯底和MP5的襯底連接到電源電壓Vin、電阻單元Rl連接在PMOS管MP3的源端和電源電壓Vin之間，PMOS管MP3的漏端和PMOS管MP5的源端連接到穩(wěn)壓單元的第一端子、穩(wěn)壓單元的第二端子連接到地，PMOS管MP5的漏端作為所述啟動電路的輸出端。如圖I所示，這里的電容單元具體為MOS電容，圖I中，MOS電容具體通過PMOS管MP6來實(shí)現(xiàn)，其中，MP6的柵端作為所述電容單元的第一端子，MP6的源端和漏斷連接在一起，作為所述電容單元的第二端子。如圖I所示，這里的穩(wěn)壓單元具體為一齊納二極管D1，齊納二極管的負(fù)向端作為所述穩(wěn)壓單元的第一端子，齊納二極管的正向端作為所述穩(wěn)壓單元的第二端子。啟動電路的在系統(tǒng)上電時由本模塊產(chǎn)生一個低壓的電源Vm，提供給基準(zhǔn)模塊，其中，NMOS管MN1、MN2、PM0S管MP1、MP2和反相器INVl組成Level Shift結(jié)構(gòu),將輸入的低壓邏輯信號L70，轉(zhuǎn)變?yōu)榈诫娫措妷篤in的高壓邏輯信號Va，即圖I中A點(diǎn)的電壓，使芯片正常啟動后啟動電路能夠正常的關(guān)閉。適用于高壓應(yīng)用的自啟動內(nèi)部供電系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示，還包括基準(zhǔn)電壓源、LDO、比較電路、一二極管和一開關(guān)裝置，其中，啟動電路的輸出端與基準(zhǔn)電壓源的啟動輸入端和二極管的負(fù)向端相連，基準(zhǔn)電壓源為LDO提供基準(zhǔn)源，LDO的輸出端作為所述供電系統(tǒng)的輸出端，比較電路的兩個輸入端用于輸入基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的基準(zhǔn)源和LDO的輸出電壓，比較電路的輸出端與啟動電路的輸入端及開關(guān)裝置的控制端相連，開關(guān)裝置的第一端子和第二端子分別接二極管的正向端和LDO的輸出端。這里的基準(zhǔn)電壓源、LDO和比較電路可以采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，開關(guān)裝置可以通過一個MOS管實(shí)現(xiàn)。本供電系統(tǒng)的上電過程為電源電壓Vin上電時，通過啟動電路產(chǎn)生一個低壓的電源Vl71給基準(zhǔn)電壓源供電，當(dāng)基準(zhǔn)正常建立后，LDO模塊再動作開始建立內(nèi)部電源電壓V0UT，當(dāng)比較電路監(jiān)測到LDO的輸出VOUT達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時，產(chǎn)生使能信號L70，這個信號關(guān)閉啟動電路的同時將開關(guān)SWl閉合，基準(zhǔn)電壓源的電源切換到由VOUT減去一個二極管D2壓降提供。
以下對圖I中啟動電路的工作原理進(jìn)行闡述電源電壓Vin上電時，由于內(nèi)部信號都沒有產(chǎn)生，所以NMOS管麗I和麗2都處于截止?fàn)顟B(tài)，則Level Shift的輸出節(jié)點(diǎn)A是高阻狀態(tài)，通過由PMOS管MP6組成的MOS電容對Level Shift的輸出節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行初始化，上電時使節(jié)點(diǎn)A為高電平，通過由PMOS管MP4和NMOS管麗3的構(gòu)成的反相器，得到節(jié)點(diǎn)B為低電平，則PMOS管MP3和MP5導(dǎo)通，從而形成由R1、MP3和MP5組成的通路產(chǎn)生電源電壓Vl710由于內(nèi)部信號L70 —直維持為低直到LDO的輸出VOUT上升到預(yù)先設(shè)定的值，即基準(zhǔn)值VKEF，且反相器INVl的電壓為Vm，NMOS管麗I導(dǎo)通、麗2截止，維持節(jié)點(diǎn)A為高電平，因而使節(jié)點(diǎn)L71的電壓一直能夠維持。當(dāng)輸入電源電壓Vin比較低時，齊納二極管D2不被擊穿，節(jié)點(diǎn)C的電平通過Vin減去電阻Rl的壓降和PMOS管MP3的源漏電壓得到，然后在通過PMOS管MP5得到節(jié)點(diǎn)L71的電壓；當(dāng)輸入的電源電壓Vin比較高時，齊納二極管D2擊穿將節(jié)點(diǎn)C的電壓穩(wěn)定在5V左右，這樣能夠保證輸出節(jié)點(diǎn)L71的電壓一直在低壓的范圍內(nèi)。當(dāng)比較電路監(jiān)測到LDO的輸出VOUT的電壓值上升到基準(zhǔn)值Vkef時，比較電路的輸出信號L70由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，則啟動電路中NMOS管麗I截止、麗2導(dǎo)通，將節(jié)點(diǎn)A的電平拉為低電平，通過一級反相器后得到節(jié)點(diǎn)B的電位為高電平，關(guān)閉由R1、MP3和MP5形成的通路，L71的電壓切換為由LDO的輸出VOUT減去一個二極管壓降得到。圖3和圖4分別給出了輸入電源電壓Vin為5V和16V時，本發(fā)明提供的供電系統(tǒng)的上電過程。在圖3中由于輸入電壓Vin比較低，穩(wěn)壓二極管沒有擊穿，所以低壓電源L71由電源電壓Vin通過一個電阻R1、兩個PMOS管MP3和MP5直接得到，當(dāng)LDO的輸出VOUT上升到3. 2V時，比較電路的輸出信號L70由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，進(jìn)而將啟動電路關(guān)閉，低壓電源L71切換為由內(nèi)部LDO提供。在圖4中由于輸入電壓Vin比較高，穩(wěn)壓二極管擊穿，將C節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定在5. 2V左右，低壓電源L71由電節(jié)點(diǎn)C處的電壓V。通過一個PMOS管MP5得到，當(dāng)LDO的輸出VOUT上升到3. 2V時，比較電路的輸出信號L70由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，進(jìn)而將啟動電路關(guān)閉，低壓電源L71切換為由內(nèi)部LDO提供。通過圖3和圖4表明，啟動電路在系統(tǒng)正常工作后能夠完全關(guān)閉，不消耗額外的功耗。從以上分析和仿真可以看出，本發(fā)明的啟動電路在系統(tǒng)上電時產(chǎn)生一個低壓的電源給系統(tǒng)內(nèi)部的基準(zhǔn)模塊，從而避免基準(zhǔn)模塊采用高壓器件，并且該啟動電路相對傳統(tǒng)啟動電路最大的特點(diǎn)是，系統(tǒng)正常工作后，啟動電路能夠完全關(guān)閉，不消耗額外的功耗；集成了本發(fā)明的啟動電路的供電系統(tǒng)使得芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源供電電壓始終是低壓，這樣在芯片內(nèi)部只需要構(gòu)建一個高精度的低壓基準(zhǔn)源，所以采用本發(fā)明提供的供電系統(tǒng)的高壓應(yīng)用能夠減少高壓器件使用，減少芯片的面積，進(jìn)而降低芯片的成本。此外由于本發(fā)明的供電系統(tǒng)，最終將基準(zhǔn)電壓源的供電電源切為芯片的內(nèi)部電源，這樣能夠極大的提高基準(zhǔn)的PSRR。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種啟動電路，包括第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管、一反相器、一電容單元、一電阻單元、一穩(wěn)壓單元，其中，第二 NMOS管的柵端和反相器的輸入端相連并作為所述啟動電路的輸入端，反相器的輸出端連接到第一 NMOS管的柵端，第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管的源端和襯底都連接到地，第一 PMOS管的柵端、第二 PMOS管MOS管的漏端、第二 NMOS管的漏端、電容單元的第一端子、第三NMOS管的柵端、第四PMOS管的柵端連接在一起，電容單元的第二端子與電源電壓相連接，第一 PMOS管的漏端和第二 PMOS管的柵端連接到第一 NMOS管的漏端，第一 PMOS管、第二 PMOS管、第四PMOS管的源端和襯底連接到電源電壓，第四PMOS管漏端和第三NMOS管MN3的漏端、第三PMOS管、第五PMOS管的柵端連接在一起，第三PMOS管的襯底和第五PMOS管的襯底連接到電源電壓、電阻單元連接在第三PMOS管的源端和電源電壓之間，第三PMOS管的漏端和第五PMOS管的源端連接到穩(wěn)壓單元的第一端子、穩(wěn)壓單元的第二端子連接到地，第五PMOS管的漏端作為所述啟動電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的啟動電路，其特征在于，所述的穩(wěn)壓單元具體為一齊納二極管，齊納二極管的負(fù)向端作為所述穩(wěn)壓單元的第一端子，齊納二極管的正向端作為所述穩(wěn)壓單元的第二端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的啟動電路，其特征在于，所述的電容單元具體為MOS電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的啟動電路，其特征在于，所述的MOS電容具體通過第六PMOS管實(shí)現(xiàn)，其中，第六PMOS管的柵端作為所述電容單元的第一端子，第六PMOS管的源端和漏斷連接在一起，作為所述電容單元的第二端子。
5.一種集成了權(quán)利要求I至4任一權(quán)利要求所述的啟動電路的自啟動內(nèi)部供電系統(tǒng)，還包括基準(zhǔn)電壓源、LD0、比較電路、一二極管和一開關(guān)裝置，其中，啟動電路的輸出端與基準(zhǔn)電壓源的啟動輸入端和二極管的負(fù)向端相連，基準(zhǔn)電壓源為LDO提供基準(zhǔn)源，LDO的輸出端作為所述供電系統(tǒng)的輸出端，比較電路的兩個輸入端用于輸入基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的基準(zhǔn)源和LDO的輸出電壓，比較電路的輸出端與啟動電路的輸入端及開關(guān)裝置的控制端相連，開關(guān)裝置的第一端子和第二端子分別接二極管的正向端和LDO的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種啟動電路及集成該電路的供電系統(tǒng)，本發(fā)明的啟動電路在系統(tǒng)上電時產(chǎn)生一個低壓的電源給系統(tǒng)內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源，從而避免基準(zhǔn)電壓源采用高壓器件，并且該啟動電路在系統(tǒng)正常工作后，啟動電路能夠完全關(guān)閉，不消耗額外的功耗；集成了本發(fā)明的啟動電路的供電系統(tǒng)使得芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源供電電壓始終是低壓，這樣在芯片內(nèi)部只需要構(gòu)建一個高精度的低壓基準(zhǔn)源，所以采用本發(fā)明提供的供電系統(tǒng)的高壓應(yīng)用能夠減少高壓器件使用，減少芯片的面積，進(jìn)而降低設(shè)計(jì)的成本。
文檔編號G05F1/56GK102778912SQ20121026399
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者吳杰, 周澤坤, 張波, 明鑫, 石躍, 羅明, 邱實(shí), 黃建剛 申請人:電子科技大學(xué)