實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其中包括帶隙基準電壓生成模塊，用以生成帶隙基準電壓，所述的帶隙基準電壓生成模塊包括共基極連接的第一三極管和第二三極管、電流鏡、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻；基極電流補償模塊，用以生成與所述的消耗基極電流大小相同的鏡像電流并將所述的鏡像電流反饋至所述的帶隙基準電壓生成模塊中三極管的基極。采用該種結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，通過檢測三極管元件的基極電流，然后用電流鏡灌回相等的電流，在保持無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)簡單便于補償?shù)幕A(chǔ)上消除三極管器件基極電流對內(nèi)部電源電壓的影響，獲得更穩(wěn)定的帶隙基準電壓，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【專利說明】實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及芯片內(nèi)部穩(wěn)定電源實現(xiàn)領(lǐng)域，具體是指一種實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]幾乎所有的電路系統(tǒng)都需要一個內(nèi)部穩(wěn)壓模塊。擁有一個不隨外部電源電壓、工藝參數(shù)和溫度變化的內(nèi)部穩(wěn)壓電源往往是一個芯片能夠正常、準確工作的基礎(chǔ)。
[0003]傳統(tǒng)的芯片內(nèi)部穩(wěn)壓電源通常是由帶隙基準模塊、運放、調(diào)整器件和電阻得到。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，首先由帶隙基準模塊101得到一個不隨電源、工藝、溫度變化的電壓vBe(通常為1.25V)，然后將這個電壓接到運放102的一端(接運放102的正向端還是負向端由調(diào)整器件103的類型決定，如果調(diào)整器件103為PMOS或者PNP接負向端，為NMOS或者NPN器件接正向端)。運放102通過負反饋使電阻器件105的上端電壓等于VBe，于是Vkef電壓就為VBeX (R1+R2) /R2，通過調(diào)整電阻104R1和電阻105R2的比值就可以得到我們想要的芯片內(nèi)部電壓值。另外為了避免帶隙模塊高壓器件的使用和帶隙基準模塊的準確性，通常Vkef又要給帶隙基準模塊提供電壓。這種內(nèi)部穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)因為運放的使用和復(fù)雜的環(huán)路，電路通常需要復(fù)雜的啟動電路、難以補償并且需要較大的版圖面積。
[0004]另外一種無運放穩(wěn)壓電源是用NPN管的基極得到帶隙電壓，用這個電壓直接接電阻和調(diào)整器件來得到穩(wěn)壓電源。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)的Vkef=VmX (R3+R4)/R4+IbXR3。式中Ib為VBe連接的所有三極管基極電流之和。無運放的內(nèi)部電源電路結(jié)構(gòu)簡單便于補償。但是在一些MOS工藝中NPN管的放大倍數(shù)有限而且隨溫度和工藝變化，這就導(dǎo)致基極電流變化，內(nèi)部電源電壓也就隨著基極電流變化而變化。(于是我們需要設(shè)計電路來消除無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)中，基極電流對電壓的影響。)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)在保持無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)簡單便于補償?shù)幕A(chǔ)上消除三極管器件基極電流對內(nèi)部電源電壓的影響、獲得更穩(wěn)定的帶隙基準電壓、具有更廣泛應(yīng)用范圍的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)具有如下構(gòu)成:
[0007]該實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其主要特點是，所述的電源結(jié)構(gòu)包括:
[0008]帶隙基準電壓生成模塊，用以生成帶隙基準電壓；
[0009]基極電流補償模塊，用以生成與所述的消耗基極電流大小相同的鏡像電流并將所述的鏡像電流反饋至所述的帶隙基準電壓生成模塊中三極管的基極。
[0010]較佳地，所述的帶隙基準電壓生成模塊包括共基極連接的第一三極管和第二三極管、電流鏡、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述的第一三極管和第二三極管的集電極連接所述的電流鏡，所述的第一三極管的發(fā)射極通過所述的第二電阻接地，所述的第二三極管的發(fā)射極通過所述的第一電阻和第二電阻接地，所述的第三電阻的第一端與所述的第二三極管的集電極相連接，所述的第三電阻的第二端與所述的第四電阻的第一端相連接，所述的第四電阻的第二端接地，所述的第三電阻的第二端與所述的第一三極管、第二三極管的基極相連接，所述的第三電阻的第一端輸出帶隙基準電壓。
[0011]更佳地，所述的帶隙基準電壓生成模塊還包括調(diào)整器件，所述的調(diào)整器件連接于所述的第二三極管的集電極和所述的第三電阻的第一端之間。
[0012]更佳地，所述的基極電流補償模塊包括第三三極管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管，所述的第三三極管連接于所述的第三電阻的第二端，所述的第三三極管的發(fā)射極通過所述的第二電阻接地，所述的第三MOS管和第四MOS管共柵極連接，所述的第三MOS管連接于所述的第二 MOS管的漏極和接地端之間，所述的第四MOS管的漏極分別連接所述的第四三極管的發(fā)射極和第六MOS管的漏極，所述的第一 MOS管、第二 MOS管和第五MOS管共柵極連接，所述的第一 MOS管連接于所述的第三電阻的第一端和第三三極管的集電極之間，所述的第五MOS管連接于所述的第三電阻的第一端和第四三極管的集電極之間，所述的第七MOS管和第八MOS管共柵極連接，所述的第九MOS管和第十MOS管共柵極連接，所述的第七MOS管通過所述的第九MOS管連接所述的第四三極管的基極，所述的第八MOS管通過所述的第十MOS管與所述的第三電阻的第二端相連接。
[0013]更進一步地，所述的基極電流補償模塊還包括第六MOS管，所述的第六MOS管的柵極與所述的第四三極管的集電極相連接，所述的第六MOS管的源極與所述的第三電阻的第一端相連接，所述的第六MOS管的漏極與所述的第四三極管的發(fā)射極相連接。
[0014]更進一步地，所述的第八MOS管的寬比長為所述的第七MOS管的寬比長的三倍。
[0015]更進一步地，所述的第四MOS管、第四三極管、第六MOS管、第七MOS管、第九MOS管的電壓滿足以下公式:
[0016]Veef-Vgs7-Vgs9〈 Veef-Vgs6
[0017]Veef-Vgs7-Vgs9-Vbe4〉Vds4 ；
[0018]其中，Veef為所述的帶隙基準電壓生成模塊的輸出電壓，Vbe4為第四三極管基極和發(fā)射極之間的電壓值，Vds4為第四MOS管漏極和源極之間的電壓值，Vgs6為第六MOS管柵極和源極之間的電壓值，Vgs7為第七MOS管柵極和源極之間的電壓值，Vgs9為第九MOS管柵極和源極之間的電壓值。
[0019]采用了該發(fā)明中的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，通過檢測三極管元件的基極電流，然后用電流鏡灌回相等的電流，讓基極電流不會經(jīng)過Vkef下面的電阻元件，在保持無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)簡單便于補償?shù)幕A(chǔ)上消除三極管器件基極電流對內(nèi)部電源電壓的影響，獲得更穩(wěn)定的帶隙基準電壓，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中含運放的內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中不含運放的內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]圖3為本發(fā)明的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述。
[0024]本發(fā)明的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)主要是檢測三極管元件的基極電流，然后用電流鏡灌回相等的電流，讓基極電流不會經(jīng)過Vkef下面的電阻元件，從而消除了基極電流變化對內(nèi)部電源電壓的影響。
[0025]本發(fā)明鑒于傳統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)壓電源的問題提出，其目的是為了保持無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)簡單便于補償?shù)膬?yōu)點，同時又要消除三極管器件基極電流對內(nèi)部電源電壓的影響。
[0026]本發(fā)明包括帶隙基準電壓生成模塊和基極電流補償模塊?；鶚O電流補償模塊包括電流檢測電路，檢測帶隙基準電壓生成模塊輸出電壓VBe連接的三極管消耗基極電流的大?。换鶚O電流補償模塊還包括電流鏡電路，比例鏡像基極電流灌回三極管基極來補償三極管基極電流的消耗。讓基極電流不會經(jīng)過Vkef下面的電阻元件，從而消除了基極電流變化對內(nèi)部電源電壓的影響。
[0027]下面將根據(jù)圖3詳細描述本發(fā)明的具體實施例。
[0028]圖3中器件301?308為傳統(tǒng)的無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)即帶隙基準電壓生成模塊，器件309?320為基極電流補償模塊。三極管器件309 (第三三極管))鏡像三極管302 (第一三極管)的集電極電流，接著MOS電流鏡310 (第一 MOS管)，315 (第五MOS管)將這個電流傳輸?shù)饺龢O管器件314 (第四三極管)，三極管器件314將集電極電流轉(zhuǎn)換回基極電流，然后通過MOS共源共柵電流鏡317?320 (第七MOS管?第十MOS管)將基極電流流到三極管器件302，303 (第二三極管)，309 (第九MOS管)的基極。因為總共消耗了 3倍三極管302的基極電流，所以MOS管318 (第八MOS管)的寬長比是MOS管317 (第七MOS管)的3倍。MOS管316 (第六MOS管)用來鉗住三極管器件314的集電極電壓，防止該電壓過高或過低造成的功能失效。設(shè)計流過MOS管316的電流等于MOS管310的電流，MOS管310，MOS管316的器件寬長比一樣。于是MOS管315的漏端電壓等于MOS管310的漏端電壓，消除溝道長度調(diào)制效應(yīng)對電流鏡的影響。MOS管311 (第二 MOS管)和MOS管310 (第一 MOS管)共柵極連接，MOS管312 (第三MOS管)和MOS管313 (第四MOS管)共柵極連接。
[0029]另外該電路還要保證三極管器件314和MOS管313的正常工作狀態(tài)。即:
[0030]Vref-Vgs 317_Vgs319〈Vref_Vgs316，
[0031]保證三極管314工作在放大區(qū)；
[0032]VreF_VgS317_VgS319_VbE314〉VdS313,
[0033]保證MOS管313工作在飽和區(qū)。
[0034]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述電路是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如三極管的集電極電流可以從上面電流鏡301鏡像引出轉(zhuǎn)換為基極電流補償回去。(凡是有電流流到三極管的基極來補償基極電流消耗的內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)均屬于本專利的保護范圍。)
[0035]采用了該發(fā)明中的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，通過檢測三極管元件的基極電流，然后用電流鏡灌回相等的電流，讓基極電流不會經(jīng)過Vkef下面的電阻元件，在保持無運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)簡單便于補償?shù)幕A(chǔ)上消除三極管器件基極電流對內(nèi)部電源電壓的影響，獲得更穩(wěn)定的帶隙基準電壓，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
[0036]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電源結(jié)構(gòu)包括: 帶隙基準電壓生成模塊，用以生成帶隙基準電壓； 基極電流補償模塊，用以生成與所述的消耗基極電流大小相同的鏡像電流并將所述的鏡像電流反饋至所述的帶隙基準電壓生成模塊中三極管的基極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的帶隙基準電壓生成模塊包括共基極連接的第一三極管和第二三極管、電流鏡、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述的第一三極管和第二三極管的集電極連接所述的電流鏡，所述的第一三極管的發(fā)射極通過所述的第二電阻接地，所述的第二三極管的發(fā)射極通過所述的第一電阻和第二電阻接地，所述的第三電阻的第一端與所述的第二三極管的集電極相連接，所述的第三電阻的第二端與所述的第四電阻的第一端相連接，所述的第四電阻的第二端接地，所述的第三電阻的第二端與所述的第一三極管、第二三極管的基極相連接，所述的第三電阻的第一端輸出帶隙基準電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的帶隙基準電壓生成模塊還包括調(diào)整器件，所述的調(diào)整器件連接于所述的第二三極管的集電極和所述的第三電阻的第一端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的基極電流補償模塊包括第三三極管、第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管，所述的第三三極管連接于所述的第三電阻的第二端，所述的第三三極管的發(fā)射極通過所述的第二電阻接地，所述的第三MOS管和第四MOS管共柵極連接，所述的第三MOS管連接于所述的第二 MOS管的漏極和接地端之間，所述的第四MOS管的漏極分別連接所述的第四三極管的發(fā)射極和第六MOS管的漏極，所述的第一 MOS管、第二 MOS管和第五MOS管共柵極連接，所述的第一 MOS管連接于所述的第三電阻的第一端和第三三極管的集`電極之間，所述的第五MOS管連接于所述的第三電阻的第一端和第四三極管的集電極之間，所述的第七MOS管和第八MOS管共柵極連接，所述的第九MOS管和第十MOS管共柵極連接，所述的第七MOS管通過所述的第九MOS管連接所述的第四三極管的基極，所述的第八MOS管通過所述的第十MOS管與所述的第三電阻的第二端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的基極電流補償模塊還包括第六MOS管，所述的第六MOS管的柵極與所述的第四三極管的集電極相連接，所述的第六MOS管的源極與所述的第三電阻的第一端相連接，所述的第六MOS管的漏極與所述的第四三極管的發(fā)射極相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第八MOS管的寬比長為所述的第七MOS管的寬比長的三倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)基極電流補償?shù)臒o運放內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第四MOS管、第四三極管、第六MOS管、第七MOS管、第九MOS管的電壓滿足以下公式: V -V -V < V -V
vREF VGS7 VGS9、vREF v GS6
VrEF_VgS7_VgS9_VbE4〉^DS4 ; 其中，Vref為所述的帶隙基準電壓生成模塊的輸出電壓，Vbe4為第四三極管基極和發(fā)射極之間的電壓值，Vds4為第四MOS管漏極和源極之間的電壓值，Vgs6為第六MOS管柵極和源極之間的電壓值，Vgs7為第七MOS管柵極和源極之間的電壓值，Vgs9為第九MOS管柵極和源極之間的電壓 值。
【文檔編號】G05F1/56GK103760944SQ201410046112
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】田劍彪, 馮樹, 王堅奎, 俞明華 申請人:紹興光大芯業(yè)微電子有限公司