基于mems傳感器的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種帶隙基準(zhǔn)源的啟動(dòng)電路，是基于MEMS傳感器的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路，其包括簡(jiǎn)單電流源和偏置電路兩部分，兩者通過(guò)電流鏡連接。電流源部分包括二極管連接的若干個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管以提供穩(wěn)定電流；偏置電路是典型的反饋式偏置點(diǎn)設(shè)置結(jié)構(gòu)，而且包括最多五個(gè)偏置點(diǎn)，其中至少兩個(gè)PMOS管偏置點(diǎn)和兩個(gè)NMOS管偏置點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)需任何參考輸入或者數(shù)字信號(hào)控制，可以達(dá)到獨(dú)立穩(wěn)定啟動(dòng)和運(yùn)行的目的，尤其適于MEMS傳感器IC中使用的帶隙基準(zhǔn)源且具有良好的通用特性和電路配置的方便靈活性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于MEMS傳感器的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶隙基準(zhǔn)電壓電路的啟動(dòng)電路，具體是一種應(yīng)用在MEMS傳感器領(lǐng)域的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS傳感器日益追求可以將物理器件與IC處理電路高度融合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，其中模擬部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字部分的存儲(chǔ)電路都需要可靠的基準(zhǔn)電路來(lái)產(chǎn)生精確電壓。而傳統(tǒng)電壓基準(zhǔn)和主流發(fā)展趨勢(shì)的基準(zhǔn)大多把關(guān)注點(diǎn)放在了提高基準(zhǔn)精度和和低電壓低功耗設(shè)計(jì)上，而其中作為基準(zhǔn)正常工作前提和關(guān)鍵之一的啟動(dòng)電路卻沒(méi)有得到足夠重視，每個(gè)基準(zhǔn)都重復(fù)單獨(dú)設(shè)計(jì)甚至借用數(shù)字時(shí)鐘的啟動(dòng)方案其實(shí)浪費(fèi)了不少設(shè)計(jì)資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，在MEMS傳感器方面提供一種通用化的電壓基準(zhǔn)電路啟動(dòng)電路，一能保持啟動(dòng)和運(yùn)行的穩(wěn)定性， 能與基準(zhǔn)中運(yùn)放電路的偏置部分形成一個(gè)統(tǒng)一整體。
[0004]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于MEMS傳感器的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路包括:串聯(lián)的多個(gè)PMOS管，其中每個(gè)PMOS管均為二極管連接形式亦即每個(gè)PMOS管的柵極與自身漏極相連接，串聯(lián)的PMOS管中首個(gè)PMOS管源極接電源，末個(gè)PMOS管漏極接NMOS管N12的漏極；NM0S管N12漏極還連接自身柵極、NMOS管N13柵極、NMOS管N14柵極，NMOS管N13漏極接PMOS管P4漏極和柵極、PMOS管P7柵極、PMOS管P8柵極、PMOS管PlO柵極并作為第二輸出偏置端，NMOS管N14漏極接PMOS管Pll漏極和柵極并作為第三輸出偏置端，PMOS管Pll源極接PMOS管P7漏極、PMOS管P5柵極、PMOS管P6柵極、PMOS管P9柵極并作為第一輸出偏置端，PMOS管P6漏極接PMOS管P8源極，PMOS管P8漏極接NMOS管N15漏極、NMOS管N16柵極并作為第四輸出偏置端，NMOS管N15源極接NMOS管N16漏極，NMOS管N15柵極接PMOS管PlO漏極、NMOS管N17漏極和柵極并作為第五輸出偏置端，PMOS管P9漏極接PMOS管PlO源極，所述PMOS管P4源極、PMOS管P5源極、PMOS管P6源極、PMOS管P9源極均接電源，NMOS管N12源極、NMOS管N13源極、NMOS管N14源極、NMOS管N16源極、NMOS管N17源極均接地。
[0005]其中，PMOS管Pll可以用NMOS管Nll代替，NMOS管N14漏極接NMOS管Nll源極并作為第三輸出偏置端，NMOS管Nll柵極漏極相連并連接PMOS管P7漏極、PMOS管P5柵極、PMOS管P6柵極、PMOS管P9柵極并作為第一輸出偏置端。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:提供一種類(lèi)IP核的啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案，對(duì)于MEMS傳感器中使用的基準(zhǔn)電路有很強(qiáng)的適用性和針對(duì)性，而且通用化的結(jié)構(gòu)可以作為任意帶隙基準(zhǔn)的啟動(dòng)電路，具體嵌入時(shí)只需根據(jù)特定連接的運(yùn)放偏置點(diǎn)微調(diào)管子參數(shù)和引出點(diǎn)即可。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一電路原理圖。
[0008]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010]設(shè)計(jì)本發(fā)明電路的主要訴求點(diǎn)有兩個(gè):一是啟動(dòng)和運(yùn)行保持穩(wěn)定性，二是與基準(zhǔn)中運(yùn)放電路的偏置部分形成一個(gè)統(tǒng)一整體。因?yàn)閺哪壳皝?lái)看，MEMS器件的尺寸最優(yōu)節(jié)點(diǎn)還是在I μ m到100 μ m之間，所以對(duì)應(yīng)匹配的IC工藝節(jié)點(diǎn)基本就是0.18 μ m到0.5 μ m之間，因此啟動(dòng)電路的具體結(jié)構(gòu)也是遵從這個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)區(qū)間。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖以0.35μπι為例，對(duì)應(yīng)其他工藝的結(jié)構(gòu)微調(diào)會(huì)相應(yīng)有所說(shuō)明。
[0011]本發(fā)明啟動(dòng)電路由兩部分組成，一是簡(jiǎn)易電流源，二是偏置電路。簡(jiǎn)易電流源即由二極管連接的PMOS和NMOS串聯(lián)而成；偏置電路整體由電流鏡構(gòu)成,而且為了通用化,一共設(shè)計(jì)了五個(gè)偏置點(diǎn)，靠近電源電壓位置有兩個(gè)PMOS管的柵極點(diǎn)可以引出偏置電壓點(diǎn)，靠近地電壓有兩個(gè)NMOS管的柵極點(diǎn)可以引出偏置點(diǎn)，中間點(diǎn)既可以由PMOS也可以由NMOS來(lái)設(shè)置，根據(jù)后面運(yùn)放結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)靈活安排。
[0012]如圖1所示，啟動(dòng)電路由兩部分構(gòu)成，或者說(shuō)電路將一個(gè)簡(jiǎn)易的電流源支路(虛線左側(cè))與運(yùn)放電路的偏置部分(虛線右側(cè))有效組成一體，通過(guò)輸出電壓偏置點(diǎn)來(lái)對(duì)運(yùn)放和基準(zhǔn)核心電路提供參考電位來(lái)使運(yùn)放和基準(zhǔn)支路導(dǎo)通以達(dá)到啟動(dòng)電路的目的。電路包括:串聯(lián)的多個(gè)PMOS管(圖示為3個(gè):Ρ1，Ρ2，Ρ3)，其中每個(gè)PMOS管均為二極管連接形式(亦即每個(gè)PMOS管的柵極與自身漏極相連接)，串聯(lián)的PMOS管中首個(gè)PMOS管Pl源極接電源，末個(gè)PMOS管Ρ3漏極接NMOS管Ν12的漏極；NM0S管N12漏極還連接自身柵極、NMOS管N13柵極、NMOS管N14柵極，NMOS管N13漏極接PMOS管P4漏極和柵極、PMOS管P7柵極、PMOS管P8柵極、PMOS管PlO柵極并作為第二輸出偏置端，NMOS管N14漏極接PMOS管Pll漏極和柵極并作為第三輸出偏置端，PMOS管Pll源極接PMOS管P7漏極、PMOS管P5柵極、PMOS管P6柵極、PMOS管P9柵極并作為第一輸出偏置端，PMOS管P6漏極接PMOS管P8源極，PMOS管P8漏極接NMOS管N15漏極、NMOS管N16柵極并作為第四輸出偏置端，NMOS管N15源極接NMOS管N16漏極，NMOS管N15柵極接PMOS管PlO漏極、NMOS管N17漏極和柵極并作為第五輸出偏置端，PMOS管P9漏極接PMOS管PlO源極，所述PMOS管P4源極、PMOS管P5源極、PMOS管P6源極、PMOS管P9源極均接電源，NMOS管N12源極、NMOS管N13源極、NMOS管N14源極、NMOS管N16源極、NMOS管N17源極均接地。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，所有PMOS管的襯底都與各自PMOS管的源極相連接，所有NMOS管的襯底都與整個(gè)電路的最低電位即地電位相連接。
[0013]電流源部分由若干個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管串聯(lián)組成，而且所有MOS管都是二極管連接；通過(guò)適當(dāng)調(diào)整二極管連接的PMOS管的數(shù)目和參數(shù)，可以將電流源控制在幾百納安以?xún)?nèi)，從而使整個(gè)啟動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)低功耗，無(wú)需外接參考輸入以及數(shù)字信號(hào)來(lái)控制啟動(dòng)的開(kāi)閉。
[0014]電流源的電流值能夠配置到IO2 nA量級(jí)，整個(gè)啟動(dòng)電路五條支路的電流也可以控制在IuA以下數(shù)量級(jí)，總體功耗相對(duì)于整個(gè)帶隙基準(zhǔn)源來(lái)講約為10_3，無(wú)需外置參考電流或者電壓以及數(shù)字信號(hào)以控制啟動(dòng)電路的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)節(jié)省功耗；負(fù)責(zé)開(kāi)啟電路的五個(gè)偏置點(diǎn)可以滿(mǎn)足幾乎所有MEMS傳感器制造工藝下的偏置電壓需求，無(wú)需每次為不同帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)單獨(dú)的啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有良好的復(fù)用特性。
[0015]通過(guò)靈活配置P1、P2、P3的串聯(lián)PMOS管數(shù)目和尺寸，以及配合電流源支路下方的NMOS管N12參數(shù)，可以適應(yīng)從1.8V到5V范圍的(對(duì)應(yīng)0.18 μ m到0.5μπι工藝范圍)所有電源電壓，而且適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)就可以使啟動(dòng)部分的支路電流降到一個(gè)較小的數(shù)值范圍，既避免了有些啟動(dòng)電路自動(dòng)斷開(kāi)時(shí)的不穩(wěn)定性，又不會(huì)給整個(gè)電路帶來(lái)較大功耗(啟動(dòng)電路在整個(gè)帶隙基準(zhǔn)功耗中的比例典型值在10_3左右)。
[0016]圖1虛線右側(cè)的主體部分就是典型的偏置電路。特點(diǎn)是有五個(gè)偏置點(diǎn)(亦即五個(gè)輸出偏置端)可以滿(mǎn)足5V電源內(nèi)任意參考點(diǎn)的設(shè)置，不但滿(mǎn)足了運(yùn)放的偏置電壓要求，而且可以同時(shí)保證基準(zhǔn)核心部分的偏置。根據(jù)原理結(jié)構(gòu)，一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)均衡優(yōu)秀的運(yùn)放在5V電源內(nèi)最多有五個(gè)偏置點(diǎn)，而且靠近電源電壓的PMOS和靠近地端的NMOS管至少會(huì)有兩個(gè)可能的偏置點(diǎn)(分別對(duì)應(yīng)101、102以及104、105)，再加上中間103點(diǎn)根據(jù)中心偏置點(diǎn)的電壓要求，可以自由選擇PMOS或者NMOS來(lái)合理實(shí)現(xiàn)參考電位。因此這一結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足MEMS傳感器電路帶隙基準(zhǔn)源幾乎任意要求的啟動(dòng)電壓偏置。而且隨著電源降低，可以依次去除或者微調(diào)不必要的偏置點(diǎn)，配置起來(lái)十分方便，具有良好的通用特性。
[0017]偏置電路的結(jié)構(gòu)采用寬擺幅偏置電路，最多可以引出五個(gè)電壓偏置點(diǎn)，且其中包含至少兩個(gè)PMOS管偏置電壓點(diǎn)101、102以及至少兩個(gè)NMOS管偏置電壓點(diǎn)104、105，并且中間的電壓引出點(diǎn)103既可以是PMOS管也可以是NMOS管。如圖2所示，為103點(diǎn)由NMOS管Nll來(lái)完成的情況，NMOS管Nll柵極漏極相連并連接PMOS管Ρ7漏極，NMOS管Nll源極接NMOS管Ν14漏極并作為輸出偏置點(diǎn)103。
【權(quán)利要求】
1.基于MEMS傳感器的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路，其特征是，包括:串聯(lián)的多個(gè)PMOS管，其中每個(gè)PMOS管均為二極管連接形式亦即每個(gè)PMOS管的柵極與自身漏極相連接，串聯(lián)的PMOS管中首個(gè)PMOS管源極接電源，末個(gè)PMOS管漏極接NMOS管N12的漏極；NM0S管N12漏極還連接自身柵極、NMOS管N13柵極、NMOS管N14柵極，NMOS管N13漏極接PMOS管P4漏極和柵極、PMOS管P7柵極、PMOS管P8柵極、PMOS管PlO柵極并作為第二輸出偏置端，NMOS管N14漏極接PMOS管Pll漏極和柵極并作為第三輸出偏置端，PMOS管Pll源極接PMOS管P7漏極、PMOS管P5柵極、PMOS管P6柵極、PMOS管P9柵極并作為第一輸出偏置端，PMOS管P6漏極接PMOS管P8源極，PMOS管P8漏極接NMOS管N15漏極、NMOS管N16柵極并作為第四輸出偏置端，NMOS管N15源極接NMOS管N16漏極，NMOS管N15柵極接PMOS管PlO漏極、NMOS管N17漏極和柵極并作為第五輸出偏置端，PMOS管P9漏極接PMOS管PlO源極，所述PMOS管P4源極、PMOS管P5源極、PMOS管P6源極、PMOS管P9源極均接電源，NMOS管N12源極、NMOS管N13源極、NMOS管N14源極、NMOS管N16源極、NMOS管N17源極均接地。
2.基于MEMS傳感器的電壓基準(zhǔn)通用啟動(dòng)電路，其特征是，包括:串聯(lián)的多個(gè)PMOS管，其中每個(gè)PMOS管均為二極管連接形式亦即每個(gè)PMOS管的柵極與自身漏極相連接，串聯(lián)的PMOS管中首個(gè)PMOS管源極接電源，末個(gè)PMOS管漏極接NMOS管N12的漏極；NM0S管N12漏極還連接自身柵極、NMOS管N13柵極、NMOS管N14柵極，NMOS管N13漏極接PMOS管P4漏極和柵極、PMOS管P7柵極、PMOS管P8柵極、PMOS管PlO柵極并作為第二輸出偏置端，NMOS管N14漏極接NMOS管Nll源極并作為第三輸出偏置端，NMOS管Nll柵極漏極相連并連接PMOS管P7漏極、PMOS管P5柵極、PMOS管P6柵極、PMOS管P9柵極并作為第一輸出偏置端，PMOS管P6漏極接PMOS管P8源極，PMOS管P8漏極接NMOS管N15漏極、NMOS管N16柵極并作為第四輸出偏置端，NMOS管N15源極接NMOS管N16漏極，NMOS管N15柵極接PMOS管Pio漏極、NMOS管N17漏極和柵極并作為第五輸出偏置端，PMOS管P9漏極接PMOS管PlO源極，所述PMOS管P4源極、PMOS管P5源極、PMOS管P6源極、PMOS管P9源極均接電源，NMOS管N12源極、NMOS管N13源極、NMOS管N14源極、NMOS管N16源極、NMOS管N17源極均接地。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK103455075SQ201310391095
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】孫業(yè)超, 黃卓磊, 王瑋冰 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心