[发明专利]具有开关控制特性的电压基准电路

说明书

技术领域

本发明涉及电源管理集成电路，特别涉及一种具有开关控制特性的电压基准电路。

背景技术

电源管理集成电路中最经典的电压基准电路就是带隙电压基准源。带隙基准电压源的原理是利用双极型晶体管(BJT)的基极发射极电压V_BE负温度系数和等效热电压V_T正温度系数的相互抵消实现零温漂电压基准。传统的带隙电压基准源Vbg＝V_BE+kV_T，由二部分组成，V_BE是负温度系数约为-2mV/℃，而V_T是正温度系数约0.086mV/℃，V_BE约0.7V，加上k倍(k为大于1的自然数)的等效热电压V_T，V_T又与比例BJT管的基极与发射极电压差

ΔV_BE相关，故输出电压基准也可表达为Vbg＝V_BE+k1ΔV_BE(k1为大于1的自然数)组成，其值约1.2V，它是一种稳定可靠的不随温度变化的电压基准。在实际电路设计中常把带隙电压基准再通过电阻网络分压或倍压得到各种不同的电压基准。

双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容(BiCMOS)工艺下通常实现传统的零温度系数带隙电压基准电路如图1所示，它是由同类型比例双极型晶体管(BJT)电路30、PMOS比例电流镜31、运算放大器5和输出部分第二电阻R2、第八BJT管T8等组成。PMOS比例电流镜31由P沟道金属氧化物场效应管(PMOS)第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3组成，其中第一MOS管T1、第二MOS管T2与第三MOS管T3的宽长比例为1∶1∶K，K是常数，它们的源极(S)都接电压源Vdd，它们的栅极(G)都连在一起接运算放大器5输出端，第一MOS管T1管的漏极通过第六BJT管T6的PN结接地，第二MOS管T2管的漏极连接第一电阻R1到第七BJT管T7的PN结正极，第七BJT管T7的PN结负极接地，第三MOS管T3管的漏极连接电压基准Vref输出端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2另一端通过第八BJT管T8的PN结接地。运算放大器5负输入端连接第一MOS管T1的漏极和第六BJT管T6的PN结正极，正输入端连接第二MOS管T2的漏极。同类型比例BJT管电路20由第六BJT管T6、第七BJT管T7和第一电阻R1组成，其中有效发射区面积第七BJT管T7是第六BJT管T6的N倍(N＞1)，第六BJT管T6、第七BJT管T7都连接成PN结构。输出部分的第八BJT管T8也连接成PN结构。该零温度系数能隙电压基准电路，通过PMOS比例电流镜31实现流过相同类型比例第六BJT管T6、第七BJT管T7的二路电流相等，即I1＝I2，利用运算放大器5、PMOS比例电流镜31结合同类型比例双极型晶体管第六BJT管T6、第七BJT管T7的基极与发射极电压差ΔV_BE在第一电阻R1上产生与温度成正比例系数的恒定电流V_BE6为第六BJT管T6的基极与发射极电压、V_BE7为第七BJT管T7的基极与发射极电压，该正温度特性电流通过PMOS比例电流镜31相应的比例K在第二电阻R2上产生相应的正温度系数电压V2＝K*Iptat*R2，而输出电压基准Vref是正温度系数电流在电阻R2上产生的电压与双极晶体管第八BJT管T8基极与发射极电压V_BE8之和，即Vref＝KIptat*R2+V_BE8，双极晶体管第八BJT管T8上基极与发射极电压V_BE8是负温度系数电压，当二者按一定比例叠加时正好可相互抵消，所以能产生近似为零温度系数的电压基准Vref＝K*Iptat*R2+V_BE8，当工艺一定，晶体管、电阻匹配，此输出电压基准Vref正好接近半导体的带隙电压Vbg约1.2伏。

带隙电压基准电路工作时稳定，但在初始状态，若没有启动电路电压基准电路可能就不能启动，其电路内部节点的电压需通过启动电路来调节到预定值，所以用启动电路来建立带隙电压基准电路的工作点是必不可少的。一般启动电路又分为常开型和关闭型二种，常开型就是当电压基准电路正常工作后启动电路部分也还在工作的，关闭型是当电压基准电路正常工作后启动电路部分就关闭，随着绿色能源的发展，关闭型启动电路因其能更好地降低功耗越来越多的被使用。