專利名稱：用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路。

背景技術(shù)：
在很多功率芯片中，外部電源是芯片唯一的電源。例如，在AC-DC功率芯片中，220V的交流輸入是唯一的電源，在經(jīng)過(guò)整流和濾波電路后，一個(gè)高直流電壓被用來(lái)驅(qū)動(dòng)芯片，在汽車電子芯片中，車載電池(電壓12～40V)給芯片供電，在臺(tái)式電腦的電源管理系統(tǒng)中，芯片的供電電壓是12V。而在在芯片內(nèi)部，一般只有大功率器件直接由外部電源來(lái)供電，所有的邏輯和控制電路都由低壓的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)構(gòu)成。所以芯片中會(huì)有一個(gè)內(nèi)部電源(Linear Regulator)將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉(zhuǎn)換成直流低電壓(VREG)，以便用來(lái)給邏輯和控制電路供電。
另一方面，內(nèi)部電源需要利用基準(zhǔn)電壓和偏置電流來(lái)產(chǎn)生直流低電壓(VREG)，因此，芯片中就需要一個(gè)可以直接由外部直流高電壓來(lái)供電的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路。此外，由于外接直流高電壓一般都會(huì)伴隨有較大擾動(dòng)，所以，這個(gè)基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路還需要具有很高的抗擾動(dòng)能力。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，該電路可耐高壓，且具有較高的抗擾動(dòng)能力，所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓受外部電源變化的影響很小。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，包含依次電路連接的啟動(dòng)截止電路、偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，還包含電路連接所述偏置電流產(chǎn)生電路的電流鏡電路、分別電路連接所述啟動(dòng)截止電路、偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路的低壓偏置電源電路，以及，電路連接所述電流鏡電路的偏置電流輸出電路； 偏置電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生偏置電流PTAT(正溫度系數(shù)電流)； 偏置電流流過(guò)基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓VBG； 電流鏡電路將偏置電流PTAT鏡象復(fù)制給低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路，由低壓偏置電源電路給偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路提供電流，偏置電流輸出電路則將偏置電流PTAT傳輸給功率芯片的內(nèi)部電路和其他電路； 偏置電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路為低壓電路； 電流鏡電路、低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路為高壓電路； 由于偏置電流產(chǎn)生電路和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路都是低壓電路，這些低壓電路都是由低壓偏置電源電路供電，而低壓偏置電源電路的偏置電流又是由低壓電路所產(chǎn)生的，所以，該結(jié)構(gòu)不能自行啟動(dòng)，會(huì)停留在不能生成偏置電流PTAT的狀態(tài)，因此，必須引入啟動(dòng)截止電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，剛上電時(shí)，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)電流，并將此電流鏡象傳輸給偏置電流產(chǎn)生電路，使得偏置電流產(chǎn)生電路導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過(guò)電流鏡電路使低壓偏置電源電路導(dǎo)通并得到正確偏置，使得低壓偏置電源電路可以對(duì)偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路進(jìn)行供電，一旦低壓偏置電源電路導(dǎo)通，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生截止信號(hào)，啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
本發(fā)明可以給功率芯片的內(nèi)部電路提供基準(zhǔn)電壓和偏置電流，使得內(nèi)部電路可將外部輸入的直流高電壓(VHV)轉(zhuǎn)換成直流低電壓(VREG)，以便用來(lái)給邏輯和控制電路供電，使芯片內(nèi)部的邏輯和控制可以得到正確的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)具有高的抗擾動(dòng)能力，所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓受外部電源變化的影響很小。



圖1是本發(fā)明提供的一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路的電路框圖； 圖2是本發(fā)明提供的一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路的電路圖。
圖3所示為電路的抗干擾能力波形圖。
圖4所示為電路的啟動(dòng)和正常工作波形圖。

具體實(shí)施例方式 以下根據(jù)圖1～圖4，具體說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施方式 如圖1所示，是本發(fā)明提供一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，包含依次電路連接的啟動(dòng)截止電路101、偏置電流產(chǎn)生電路102、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103，還包含電路連接所述偏置電流產(chǎn)生電路102的電流鏡電路104、分別電路連接所述啟動(dòng)截止電路101、偏置電流產(chǎn)生電路102、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103和電流鏡電路104的低壓偏置電源電路105，以及，電路連接所述電流鏡電路104的偏置電流輸出電路106； 如圖2所示，PMOS(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)管MP1，MP2，NMOS(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)管MN1，MN2，三級(jí)管Q1，Q2，PMOS管MP8，以及電阻R1構(gòu)成了偏置電流產(chǎn)生電路102，產(chǎn)生的PTAT電流為 Iptat＝ΔVBE/R1， 其中，ΔVBE＝VBE_Q2-VBE_Q1，VBE_Q1和VBE_Q2分別是三級(jí)管Q1和Q2的基級(jí)-發(fā)射級(jí)電壓； PMOS管MP3，電阻R2和三級(jí)管Q3構(gòu)成了基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103，電流鏡MP3復(fù)制偏置電流產(chǎn)生電路102產(chǎn)生的PTAT電流，并使該偏置電流流過(guò)電阻R2和三級(jí)管Q3，從而產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓為 VBG＝VBE_Q3+(R2/R1)×ΔVBE， 其中，VBE_Q3是三級(jí)管Q3的基級(jí)-發(fā)射級(jí)電壓； 通過(guò)合理選擇R1，R2和ΔVBE的值，可得到一個(gè)不受溫度漂移的穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓VBG； PMOS管MP4，NMOS管MN3，MN4，PMOS管MP6構(gòu)成了電流鏡電路104； PMOS管MP5作為低壓偏置電源電路105； PMOS管MP7，NMOS管MN5和MN6構(gòu)成偏置電流輸出電路106； 電流鏡電路104將偏置電流PTAT鏡象復(fù)制到MP5和MP7，由MP5給MP1，MP2，MP3，MP4，MP8提供電流，MP7則將偏置電流PTAT經(jīng)NMOS管MN5和MN6傳輸給內(nèi)部電路和其他電路； 電壓VDDR為 VDDR＝VBE_Q2+VGS_MN2+VGS_MP8， 其中，VBE_Q2是三級(jí)管Q2的基級(jí)-發(fā)射級(jí)電壓，VGS_MN2是NMOS管MN2的柵源電壓，VGS_MP8是PMOS管MP8的柵源電壓； PMOS管MP10，MP11，MP12和電阻R3，以及PMOS管MP9組成啟動(dòng)截止電路101。
因?yàn)閂DDR是一個(gè)低電壓(典型情況下為3V左右)，所以NMOS管MN1，MN2，PMOS管MP1，MP2，MP3，MP4，MP8，電阻R1，R2，三級(jí)管Q1，Q2，Q3都是低電壓的器件。這樣不僅可以減小電路的面積，而且提高了器件之間的匹配度(低壓器件的匹配度要比高壓器件好很多)。
PMOS管MP5，MP6，MP7，MP9都是高壓器件，MP5為低壓器件提供偏置電流，同時(shí)承受VHV到VDDR之間的高電壓，由于匹配和耐高壓的需要，MN3，MN4也都是高壓器件。
剛上電時(shí)，啟動(dòng)截止電路101中的MP10和電阻R3會(huì)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)電流，并將此電流鏡象傳輸給MP11和MP12，MP11和MP12，對(duì)MP1，MP2，MP3，MP4，MP8的共源節(jié)點(diǎn)VDDR和MN1，MN2，MP8的共柵節(jié)點(diǎn)V2充電，將VDDR和V2的電位提升，從而使得MN1，MN2，MP1，MP2導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過(guò)電流鏡電路104使MP5導(dǎo)通并得到正確偏置，使得MP5可以對(duì)偏置電流產(chǎn)生電路102、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路103和電流鏡電路104進(jìn)行供電，一旦MP5導(dǎo)通，PMOS管MP9也導(dǎo)通，將MP10，MP11，MP12的共柵節(jié)點(diǎn)V1的電位拉高，使MP10，MP11，MP12截止，啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
圖3所示為電路的抗干擾能力波行圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為分貝(db)，vbgvm為基準(zhǔn)電壓的抗干擾交流波形，vddrvm為節(jié)點(diǎn)VDDR的電壓抗干擾交流波形，交流輸入在VHV上，VBG在1兆茲的頻率下，抗干擾能力達(dá)到-50db； 圖4所示為電路的啟動(dòng)和正常工作波形圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓，Vhv為外部輸入的直流高電壓波形，Vbg為產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓波形，Vddr為節(jié)點(diǎn)VDDR的電壓波形。
權(quán)利要求
1.一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，包含依次電路連接的啟動(dòng)截止電路(101)、偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)，還包含電路連接所述偏置電流產(chǎn)生電路(102)的電流鏡電路(104)、分別電路連接所述啟動(dòng)截止電路(101)、偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)和電流鏡電路(104)的低壓偏置電源電路(105)，以及，電路連接所述電流鏡電路(104)的偏置電流輸出電路(106)；
偏置電流產(chǎn)生電路(102)產(chǎn)生偏置電流PTAT；
偏置電流流過(guò)基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓VBG；
電流鏡電路(104)將偏置電流PTAT鏡象復(fù)制給低壓偏置電源電路(105)和偏置電流輸出電路(106)，由低壓偏置電源電路(105)給偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)和電流鏡電路(104)提供電流，偏置電流輸出電路(106)則將偏置電流PTAT傳輸給功率芯片的內(nèi)部電路和其他電路；
啟動(dòng)截止電路(101)產(chǎn)生啟動(dòng)電流傳輸給偏置電流產(chǎn)生電路(102)，使得偏置電流產(chǎn)生電路(102)導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流PTAT，偏置電流又經(jīng)過(guò)電流鏡電路(104)使低壓偏置電源電路(105)導(dǎo)通并得到正確偏置，使得低壓偏置電源電路(105)可以對(duì)偏置電流產(chǎn)生電路(102)、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)和電流鏡電路(104)進(jìn)行供電，一旦低壓偏置電源電路(105)導(dǎo)通，啟動(dòng)截止電路(101)產(chǎn)生截止信號(hào)，啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體管MP1，MP2，N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體管MN1，MN2，三級(jí)管Q1，Q2，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體管MP8，以及電阻R1構(gòu)成了偏置電流產(chǎn)生電路(102)，產(chǎn)生的PTAT電流為
Iptat＝ΔVBE/R1，
其中，ΔVBE＝VBE_Q2-VBE_Q1，VBE_Q1和VBE_Q2分別是三級(jí)管Q1和Q2的基級(jí)-發(fā)射級(jí)電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體管MP3，電阻R2和三級(jí)管Q3構(gòu)成了基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)，電流鏡MP3復(fù)制偏置電流產(chǎn)生電路(102)產(chǎn)生的PTAT電流，并使該偏置電流流過(guò)電阻R2和三級(jí)管Q3，從而產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓為
VBG＝VBE_Q3+(R2/R1)×ΔVBE，
其中，VBE_Q3是三級(jí)管Q3的基級(jí)-發(fā)射級(jí)電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述的偏置電流產(chǎn)生電路(102)和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(103)為低壓電路。
5.如權(quán)利要求1所述的用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述的電流鏡電路(104)、低壓偏置電源電路(105)和偏置電流輸出電路(106)為高壓電路。
全文摘要
一種用于功率芯片的基準(zhǔn)電壓和偏置電流產(chǎn)生電路，該電路中，偏置電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生偏置電流，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，電流鏡電路將偏置電流復(fù)制給低壓偏置電源電路和偏置電流輸出電路，由低壓偏置電源電路給偏置電流產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和電流鏡電路提供電流，偏置電流輸出電路則將偏置電流傳輸給功率芯片的內(nèi)部電路和其他電路，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生啟動(dòng)電流傳輸給偏置電流產(chǎn)生電路，偏置電流產(chǎn)生電路導(dǎo)通并產(chǎn)生偏置電流，偏置電流又經(jīng)過(guò)電流鏡電路使低壓偏置電源電路導(dǎo)通，一旦低壓偏置電源電路導(dǎo)通，啟動(dòng)截止電路產(chǎn)生截止信號(hào)，啟動(dòng)結(jié)束。本發(fā)明可耐高壓，且具有較高的抗擾動(dòng)能力，所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓受外部電源變化的影響很小。
文檔編號(hào)G05F3/16GK101782790SQ20101010160
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者李應(yīng)天 申請(qǐng)人:燦芯半導(dǎo)體(上海)有限公司