本發(fā)明屬于電壓差產生電路，具體涉及一種適用于動態(tài)參考電壓下的電壓差產生電路。

技術背景

在電壓監(jiān)測應用中，需要實時監(jiān)測某個電壓相對于參考電壓的電壓偏差是否超出了設定范圍，一般產生用于檢測電壓偏差的邊界參考電壓的實現(xiàn)方法有兩種：1）對于固定的參考電壓vref可以根據設定的電壓差生成邊界參考電壓vo1和vo2,如圖1所示，在opa和pmos管m1的作用下，a點的電壓等于vref，由于電阻r1、r2和r3的分壓作用，b點的電壓為vo1=（(r1+r2+r3）/（r2+r3））*vref，c點的電壓為vo2=（r3/（r2+r3））*vref，通過調整電阻r1、r2和r3之間的相互比例，即可生成相對vref有期望的電壓差的邊界電壓vo1和vo2；2)對于電壓值隨時間變化的動態(tài)參考電壓vref,可以先由模數(shù)轉換器adc對vref進行采樣,再通過數(shù)字信號處理采樣結果重新生成含電壓差信息的數(shù)字編碼，輸入數(shù)模轉換器dac產生所需要的動態(tài)的邊界電壓，如圖2所示。

在實際應用中，上述兩種方案均有缺點：對于圖1中的電壓差產生電路，vo1-vref=（r1/（r2+r3））*vref,vref-vo2=（r2/（r2+r3））*vref，由于電阻間的相互比例保持不變，vref電壓值的改變會直接導致vo1-vref和vo2-vref值的改變，所以圖1的方案不適用于參考電壓vref為動態(tài)電壓的應用場合。對于圖2中的由模數(shù)轉換器adc、數(shù)字信號處理部分和數(shù)模轉換器dac組成的電壓差產生電路方案，可產生相對動態(tài)參考電壓vref有固定電壓差的邊界參考電壓，但方案對模數(shù)轉換器adc和數(shù)模轉換器dac的精度和速度都有要求，且成本和功耗都比較高。當需要產生vo1和vo2兩個邊界參考電壓時，需額外增加一個數(shù)模轉換器dac電路，成本和功耗會更高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用范圍廣，電壓差精度高，成本和功耗少的適用于動態(tài)參考電壓下的電壓差產生電路。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術方案如下：

本發(fā)明的適用于動態(tài)參考電壓下的電壓差產生電路，包含源跟隨接法的放大器、第一鏡像電流源、第二鏡像電流源和電阻；所述電阻由第一電阻和第二電阻串聯(lián)組成，所述放大器與第一電阻和第二電阻的串聯(lián)端連接，提供電阻工作所需的偏置電壓；所述第一鏡像電流源與第一電阻連接，第一鏡像電流源的電流流經電阻；所述第二鏡像電流源與第二電阻連接，第二鏡像電流源的電流源自第二電阻；所述第一鏡像電流源的電流與所述第二鏡像電流源的電流相等。

本發(fā)明的有益效果。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的電壓差產生電路相比，有以下幾點區(qū)別：

1、相對于圖1所示電路的方案，參考電壓vref可以浮動，適用的工作場景更廣泛；

2、相對于圖2中由模數(shù)轉換器adc、數(shù)字信號處理部分和數(shù)模轉換器dac組成的電壓差產生電路，成本和功耗更低，且對參考電壓vref的變化響應更快；

3、若本發(fā)明中用于產生鏡像電流i的電阻與電阻中r0和r1類型相同，通過版圖上的匹配，可以使得生成的相對于參考電壓vref的電壓差與基準電壓vbg成比例關系，受pvt影響?。?/p>

4、由于基準電壓、第一鏡像電流源、第二鏡像電流源是大多數(shù)模擬電路必備的基本模塊，這些電路可以與本發(fā)明的具體實施電路共用，采用本發(fā)明不會明顯增加芯片的成本和功耗；

5、若增加電阻中r0和r1的阻值選擇電路，可在現(xiàn)有電壓差的基礎上靈活調整電壓差的值。

這樣帶來的效果是參考電壓vref的適用范圍更廣了，產生的電壓差精度高，且受pvt影響小。

本發(fā)明在參考電壓vref可動態(tài)變化的情況下，最大限度地保證了邊界參考電壓vo1和vo2相對參考電壓vref電壓差的穩(wěn)定。

下面結合附圖進一步說明本發(fā)明的技術方案。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有參考電壓固定的電壓差產生電路圖。

圖2是現(xiàn)有由模數(shù)轉換器adc、數(shù)字信號處理部分和數(shù)模轉換器dac組成的電壓差產生電路圖。

圖3是本發(fā)明的適用于動態(tài)參考電壓下的電壓差產生電路圖。

圖4是本發(fā)明的應用電路圖。

圖5、圖6分別是本發(fā)明的不同應用電路圖。

具體實施方式

見圖3，本發(fā)明的適用于動態(tài)參考電壓下的電壓差產生電路，包含放大器301、鏡像電流源302、鏡像電流源303和電阻304；所述電阻304由電阻r0和電阻r1串聯(lián)組成，源跟隨接法的放大器301與電阻r0和電阻r1的串聯(lián)端a連接，提供電阻304工作所需的偏置電壓；鏡像電流源302與電阻r0連接，鏡像電流源302的電流i流經電阻r0；鏡像電流源303與電阻r1連接，鏡像電流源303的電流i源自電阻r1；鏡像電流源302的電流i與鏡像電流源303的電流i相等。

本發(fā)明工作時，由于源跟隨接法的放大器301的鉗位作用，a點的電壓始終跟隨參考電壓vref。當生成的邊界參考電壓vo1和vo2的值不影響鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303的工作狀態(tài)時，vo1-vref=i*r0，vref-vo2=i*r1。通過調整電流i和電阻304中電阻r0、r1阻值，可使邊界參考電壓vo1和vo2與參考電壓vref的電壓差滿足設計目標，且電壓差不受vref電壓值變動的影響。

應用實例

圖4所示電路為本發(fā)明的應用電路，其中包括本發(fā)明的鏡像電流源電路302、鏡像電流源電路303、由電阻r0和電阻r1的串聯(lián)組成的電阻304、接成源跟隨的放大器301，還包括偏置電流產生電路305和偏置電壓產生電路306；鏡像電流源電路302包括pmos管mp1和mp2，鏡像電流源電路303包括nmos管mn1、mn2，偏置電流產生電路305包括放大器opa2、pmos管mp5、pmos管mp6、電阻r2與r3，偏置電壓產生電路306包括pmos管mp3和mp4、nmos管mn3、mn4、mn5和mn6；偏置電流產生電路305與偏置電壓產生電路306連接，提供偏置電壓產生電路306工作所需的偏置電流；偏置電壓產生電路306與鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303連接，提供鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303工作所需的偏置電壓；鏡像電流源電路302與電阻304中的電阻r0連接，鏡像電流源電路302的電流i流經電阻r0；鏡像電流源電路303與電阻304中的電阻r1連接，鏡像電流源電路303的電流i源自電阻r1；放大器301與電阻r0和電阻r1的串聯(lián)端a連接，放大器301給電阻304提供工作所需的偏置電壓。偏置電流產生電路305，其中vbg為基準電壓，通過放大器opa2、pmos管mp5和電阻r2與r3產生偏置電流，并將mp5的電流鏡像給pmos管mp6，再通過pmos管mp6的漏端將偏置電流送給鏡像電流源的偏置電壓產生電路306；偏置電流的大小為vbg/r3。偏置電壓產生電路306，產生鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303的偏置電壓，nmos管mn5和mn6將pmos管mp6漏端輸出的偏置電流轉化為nmos管mn1、mn2、mn3和mn4的偏置電壓，nmos管mn3和mn4將mp6的偏置電流鏡像給pmos管mp3和mp4，pmos管mp3和mp4將鏡像電流轉化為由pmos管mp1和mp2組成的鏡像電流源電路302的偏置電壓；最終，電流鏡pmos管mp1、mp2和電流鏡nmos管mn1、mn2都按比例n鏡像復制了mp6漏端輸出的電流。

鏡像電流源電路302為pmos結構，按比例n鏡像復制了mp6漏端輸出的電流，電流流向如箭頭所示。

鏡像電流源電路303為nmos結構，按比例n鏡像復制了mp6漏端輸出的電流，電流大小與鏡像電流源電路302的相同，電流流向如箭頭所示。

電阻304中的電阻r0和電阻r1，它們的電阻類型和寬長比推薦與偏置電流產生電路305的電阻r2、r3相同，以實現(xiàn)最優(yōu)的匹配效果。電流i流經電阻r0和r1，分別生成了邊界參考電壓vo1和vo2。

放大器301，接成了源跟隨電路，使放大器輸出點電壓始終跟隨vref電壓，給vo1和vo2提供電壓參考點。

工作原理如下：偏置電流產生電路305產生偏置電流，大小為vbg/r3，并通過pmos管mp6的漏端輸出；偏置電壓產生電路306接收了偏置電流，并產生鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303的偏置電壓；鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303按比例n對偏置電流產生電路305產生的偏置電流進行鏡像復制產生鏡像電流i；鏡像電流i流經電阻304中的電阻r0和r1，分別產生邊界參考電壓vo1和vo2；接成源跟隨的放大器301，將電阻r0和r1接頭處的電壓鉗位為vref；最終，vo1和vo2相對vref的電壓差分別為，vo1-vref=(n*vbg*r0)/r3，vref-vo2=(n*vbg*r1)/r3,在滿足鏡像電流源電路302和鏡像電流源電路303工作電壓的前提下，電壓差與vref的值無關，實現(xiàn)了相對于動態(tài)參考電壓vref的恒定電壓差的產成。

圖5和圖6分別為本發(fā)明應用的另外兩個電路圖，和上述應用實例的區(qū)別在于偏置電壓產生電路306的不同，該兩個電路在相同電源電壓下可以實現(xiàn)更大的vo1和vo2電壓產生范圍，鑒于此部分屬于典型的傳統(tǒng)電路結構，僅僅將其納入本發(fā)明的具體實施方案，具體工作原理不作贅述。