CN102467150A - 一种高电源抑制比的电压基准电路 - Google Patents

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张立新
谢凌寒
陈健
易扬波
周飙
李海松
张韬
武家中
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Abstract

本发明公布了一种高电源抑制比的电压基准，包括前级缓冲电路和传统电压模带隙基准电路，其中前级缓冲电路包括电流偏置模块和低阻抗电路模块。所述低阻抗电路模块为第二级传统电压模带隙基准电路提供静态工作点、抑制电源噪声。第二级传统电压模带隙基准电路产生1.25V带隙基准。该电压基准电源抑制比高，在低频段的电源抑制比约为125dB，而在10KHz时，电源抑制比约为94dB，这一性能远高于一般的电压基准。在要求对电源噪声抑制高的模拟芯片中，例如高电源抑制比的LDO，这类电路可以广泛应用。

Description

一种高电源抑制比的电压基准电路
技术领域
本发明属于模拟集成电压基准电路的技术领域，是一种高电源抑制比的电压基准，可用于各类对电源噪声抑制效果好的模拟IC中，也可作为一个独立的IP核。
背景技术
电压基准是能在各种条件下，包括不同温度、电源电压和工艺，提供稳定电压输出的电路。由于其稳定可靠的输出电压，在各种模拟IC和混合信号芯片中，有着广泛的应用。
目前对于模拟、混合信号IC的性能要求越来越高。要求芯片或者模块电路在各种条件下，性能都能保持稳定，即要求稳定的输出电压和电流，这随之对基准电压的要求也提高。在一些模拟IC，例如高性能 LDO等产品，为了抑制电源噪声的干扰，得到稳定的输出电压，就必须拥有稳定输出的电压基准。一些高性能的LDO中，在10KHz的频率下，电源抑制比要求达到60dB以上，这就不仅要求在低频下，基准电压的电源抑制比要求高，在中高频率段基准电压的电源抑制比也要高，否则无法达到LDO苛刻的电源抑制比指标。
而一般电压基准的低频电源抑制比通常在80dB左右，而且随着频率的上升，电源抑制比还将下降，这样就很难满足高性能芯片的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在不同的电源、温度和工艺条件下实现高电源抑制比的电压基准。为实现上述目的，采用如下技术方案：
Figure 2010105499338100002DEST_PATH_IMAGE001
该高电源抑制比的电压基准电路包括前级缓冲电路和传统电压模带隙基准电路，其中，所述前级缓冲电路包括电流偏置模块和低阻抗电路模块。 
在上述方案中，所述低阻抗电路模块为第二级传统电压模带隙基准电路提供静态工作点、抑制电源噪声。
第二级传统电压模带隙基准电路产生1.25V带隙基准。其基本原理是利用MOS管VGS差值，即DVGS，加在电阻两端而产生电流。因为DVGS的温度系数为正，因此其加在电阻两端产生的电流的温度系数也为正，此电流经电流镜同比例复制，流经电阻，即产生正温度系数的电压。而二极管的电压VBE的温度系数为负。正温度系数的电压和负温度系数的电压按一定比例相加，即得到正温度系数的电压。而为了提高基准电压的电源抑制比，输出电压上面的电流镜采用了输出阻抗较大的共栅共源结构。
由于采用了特殊的前级缓冲电路，其中的低阻抗电路有效的降低了电源噪声传递到第二级传统电压模带隙基准，从而使得基准的电源抑制比较高。因此本发明的有益技术效果是电源抑制比很高，如与申请号为200910059228.7的专利相比，其低频电源抑制比最大值约为为115dB，频率为10KHz时，电源抑制比约为65dB。而本发明低频的电源抑制比为最大值125dB，频率为10KHz时，电源抑制比为95dB。
 
附图说明
图1为本发明的前级电源噪声抑制电路
图2为本发明高电源抑制比的第二级电路，核心基准电路。
图3本发明的电源抑制比
图4 本发明基准电压的温度特性。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
前级电源噪声屏蔽电路包括电流偏置和低阻抗电路，如附图1所示，其中M1~M8、R1和C1构成电流偏置电路。晶体管M5与M7、M6与M8的宽长比相等，并且M5、M6与M7、M8形成共栅共源电流镜，这种类型的电流镜具有电流复制比例精度高、输出阻抗等优点，流经M5、M6和M7、M8偏置电流的大小相等，计算可知约为：
上式中b为晶体管M3的宽长比。
晶体管M9和M10、M11和M12、M13和M14、M15和M16分别形成共栅共源电流源，它们的输出阻抗大。而晶体管M10~M16的漏端接地阻抗电路，如设共栅共源电流源的小信号电阻为r1，低阻抗电路的小信号输出电阻为r2，那么电源电压噪声在低阻抗电路的分压是：
Figure 74932DEST_PATH_IMAGE003
由于r2<<r1，因此vreg<<vdd，这样就有较好的电源电压噪声屏蔽作用。
附图1种电容C1接在电源和M5的栅之间，也在一定程度上抑制了电源高中频的电压噪声。因为电容的电压不能突变，这样M5、M7、M9、M11、M13和M15等晶体管的栅源电压差不能突变，因此它们的电流值也不会随着电源的变化而变化。
本发明的第二级即为核心基准电压电路，如图2所示。其基本原理是：二极管的导通压降VBE的温度系数为负，而DVBE的温度系数为正，将它们两者按合适比例相加，即可得到温度系数近似为0的基准电压。
在本发明中，正温度系数电压DVBE加在电阻R1上，产生正温度系数电流。而M4和M5、M6和M7、M9和M10为高精度共栅共源电流镜，电流复制比例同为1：1，这样流过电阻R2电流与R1的电流相等，因此基准电压约为： 
Figure 2010105499338100002DEST_PATH_IMAGE004
附图2中，Q2与Q3的比例为8：1，而且晶体管M5与M6、M4与M7的宽长比分别相等，因此流经Q2和Q3的电流相等，因此可得：
Figure 365974DEST_PATH_IMAGE005
附图2中，电容C1和C2都分别起到抑制电源高中频电压噪声的作用，而电容C3一定程度上稳定了输出电压不随电源噪声而波动。

Claims (3)

1.一种高电源抑制比的电压基准电路，包括前级缓冲电路和传统电压模带隙基准电路，其特征是所述前级缓冲电路包括电流偏置模块和低阻抗电路模块。
2.根据权利要求1所述的电压基准电路，其特征是低阻抗电路模块为第二级传统电压模带隙基准电路提供静态工作点、抑制电源噪声。
3.根据权利要求1或2所述的电压基准电路，其特征是第二级传统电压模带隙基准电路产生1.25V带隙基准。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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