[發明專利]具有開關控制特性的電壓基準電路

有效

• 申請號: 200910201853.0
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN102073333A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 崔文兵
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: G05F3/30
• 分類號: G05F3/30
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

技術領域

本發明涉及電源管理集成電路，特別涉及一種具有開關控制特性的電壓基準電路。

背景技術

電源管理集成電路中最經典的電壓基準電路就是帶隙電壓基準源。帶隙基準電壓源的原理是利用雙極型晶體管(BJT)的基極發射極電壓V_BE負溫度系數和等效熱電壓V_T正溫度系數的相互抵消實現零溫漂電壓基準。傳統的帶隙電壓基準源Vbg＝V_BE+kV_T，由二部分組成，V_BE是負溫度系數約為-2mV/℃，而V_T是正溫度系數約0.086mV/℃，V_BE約0.7V，加上k倍(k為大于1的自然數)的等效熱電壓V_T，V_T又與比例BJT管的基極與發射極電壓差

ΔV_BE相關，故輸出電壓基準也可表達為Vbg＝V_BE+k1ΔV_BE(k1為大于1的自然數)組成，其值約1.2V，它是一種穩定可靠的不隨溫度變化的電壓基準。在實際電路設計中常把帶隙電壓基準再通過電阻網絡分壓或倍壓得到各種不同的電壓基準。

雙極型晶體管和金屬氧化物場效應管兼容(BiCMOS)工藝下通常實現傳統的零溫度系數帶隙電壓基準電路如圖1所示，它是由同類型比例雙極型晶體管(BJT)電路30、PMOS比例電流鏡31、運算放大器5和輸出部分第二電阻R2、第八BJT管T8等組成。PMOS比例電流鏡31由P溝道金屬氧化物場效應管(PMOS)第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3組成，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2與第三MOS管T3的寬長比例為1∶1∶K，K是常數，它們的源極(S)都接電壓源Vdd，它們的柵極(G)都連在一起接運算放大器5輸出端，第一MOS管T1管的漏極通過第六BJT管T6的PN結接地，第二MOS管T2管的漏極連接第一電阻R1到第七BJT管T7的PN結正極，第七BJT管T7的PN結負極接地，第三MOS管T3管的漏極連接電壓基準Vref輸出端和第二電阻R2的一端，第二電阻R2另一端通過第八BJT管T8的PN結接地。運算放大器5負輸入端連接第一MOS管T1的漏極和第六BJT管T6的PN結正極，正輸入端連接第二MOS管T2的漏極。同類型比例BJT管電路20由第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一電阻R1組成，其中有效發射區面積第七BJT管T7是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7都連接成PN結構。輸出部分的第八BJT管T8也連接成PN結構。該零溫度系數能隙電壓基準電路，通過PMOS比例電流鏡31實現流過相同類型比例第六BJT管T6、第七BJT管T7的二路電流相等，即I1＝I2，利用運算放大器5、PMOS比例電流鏡31結合同類型比例雙極型晶體管第六BJT管T6、第七BJT管T7的基極與發射極電壓差ΔV_BE在第一電阻R1上產生與溫度成正比例系數的恒定電流V_BE6為第六BJT管T6的基極與發射極電壓、V_BE7為第七BJT管T7的基極與發射極電壓，該正溫度特性電流通過PMOS比例電流鏡31相應的比例K在第二電阻R2上產生相應的正溫度系數電壓V2＝K*Iptat*R2，而輸出電壓基準Vref是正溫度系數電流在電阻R2上產生的電壓與雙極晶體管第八BJT管T8基極與發射極電壓V_BE8之和，即Vref＝KIptat*R2+V_BE8，雙極晶體管第八BJT管T8上基極與發射極電壓V_BE8是負溫度系數電壓，當二者按一定比例疊加時正好可相互抵消，所以能產生近似為零溫度系數的電壓基準Vref＝K*Iptat*R2+V_BE8，當工藝一定，晶體管、電阻匹配，此輸出電壓基準Vref正好接近半導體的帶隙電壓Vbg約1.2伏。

帶隙電壓基準電路工作時穩定，但在初始狀態，若沒有啟動電路電壓基準電路可能就不能啟動，其電路內部節點的電壓需通過啟動電路來調節到預定值，所以用啟動電路來建立帶隙電壓基準電路的工作點是必不可少的。一般啟動電路又分為常開型和關閉型二種，常開型就是當電壓基準電路正常工作后啟動電路部分也還在工作的，關閉型是當電壓基準電路正常工作后啟動電路部分就關閉，隨著綠色能源的發展，關閉型啟動電路因其能更好地降低功耗越來越多的被使用。