CN106155172A - 一种具有无过冲特性的启动电路及带隙基准电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有无过冲特性的启动电路及带隙基准电路，其MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4的源极与电源电压VDD连接；MOS管M1的栅极与MOS管M2的栅极连接，组成第一电流镜像单元；MOS管M1的栅极与MOS管M3的栅极连接，组成第二电流镜像单元；MOS管M1的漏极分别与MOS管M1的栅极和MOS管M4的漏极连接，MOS管M4的栅极与反馈端口o1连接；MOS管M2的漏极与第一启动电流输出端口o2连接；MOS管M3的漏极与第二启动电流输出端口o3连接。本发明通过两路启动电流使受控电路偏离零电流启动状态，且两路启动电流逐渐增大，不会发生瞬变，使得受控电路不会发生过冲，在启动阶段稳定性更高。

Description

一种具有无过冲特性的启动电路及带隙基准电路
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种具有无过冲特性的启动电路及带隙基准电路。
背景技术
在集成电路设计中，自偏置电压源、自偏置电流源和电压基准源一般都需要增设启动电路，使其能够正常启动。带隙基准(bandgap) 电路模块为其他电路模块提供具有零温度系数的基准电压。在设计带隙基准（bandgap）电路时，为了避免其处于不希望的零电流状态，需要增加启动电路模块。
目前的启动电路一般都是通过提供启动电压的方式，迫使受控电路偏离零电流状态，但这个启动方式不稳定，受控电路可能又会回到零电流状态而不能正常启动。而且，通常在启动阶段会使受控电路出现过冲的现象，使受控电路瞬间偏离零电流状态，致使受控电路在启动初期的工作极不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有无过冲特性的启动电路及带隙基准电路，通过两路启动电流使受控电路偏离零电流启动状态，且两路启动电流逐渐增大，不会发生瞬变，使得受控电路不会发生过冲，在启动阶段稳定性更高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有无过冲特性的启动电路，它包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、电阻Rn和电阻Rp。
MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4的源极与电源电压VDD连接。
MOS管M1的栅极与MOS管M2的栅极连接，组成第一电流镜像单元。
MOS管M1的栅极与MOS管M3的栅极连接，组成第二电流镜像单元。
MOS管M1的漏极分别与MOS管M1的栅极和MOS管M4的漏极连接，MOS管M4的栅极与反馈端口o1连接。
MOS管M2的漏极通过电阻Rn与地对接，MOS管M2的漏极还与第一启动电流输出端口o2连接。
MOS管M3的漏极通过电阻Rp与地对接，MOS管M3的漏极还与第二启动电流输出端口o3连接。
它还包括电阻R1、MOS管M8和MOS管M9。
MOS管M8的栅极与MOS管M9的栅极连接，组成第三电流镜像单元，MOS管M8的源极与地对接，MOS管M8的漏极通过电阻R1与电源电压VDD连接。
MOS管M9的源极与地对接，MOS管M9的漏极与MOS管M1的漏极连接。
一种具有无过冲特性的带隙基准电路，它包括如上所述的启动电路、带隙基准核心电路和基准电压输出电路。
所述的带隙基准核心电路包括运算放大器OP1、MOS管M5、MOS管M6、三极管Q1、三极管Q2、电阻Rd、电阻Rn和电阻Rp。
运算放大器OP1的反相输入端分别与MOS管M5的漏极、启动电路的第一启动电流输出端o2和三级管Q1的发射极连接，运算放大器OP1的反相输入端还通过电阻Rn与地对接；
运算放大器OP1的同相输入端分别与MOS管M6的漏极和启动电路的第二启动电流输出端o3连接，运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻Rd与三极管Q2的发射极连接，运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻Rp与地对接。
MOS管M5的栅极与MOS管M6的栅极连接，其交点为Y点，构成第四电流镜像单元，MOS管M5的源极和MOS管M6的源极均与电源电压VDD连接，运算放大器OP1的输出端与Y点和反馈端口o1连接；三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极和三极管Q2的基极均与地对接。
所述的基准电压产生电路包括MOS管M7和电阻Rref。
MOS管M7的源极与电源电压VDD连接，MOS管M7的漏极与基准电压输出端连接，MOS管M7的漏极还通过电阻Rref与地对接，MOS管M7的栅极与Y 点连接。
所述的MOS管M4的宽长比与MOS管M5的宽长比相同。
所述的三极管Q2的发射极面积是三极管Q1的发射极面积的N倍。
所述的电阻Rn和电阻Rp的阻值相同。
本发明的有益效果是：
1）本发明所提出的启动电路可通过两路启动电流使受控电路偏离零电流启动状态，且两路启动电流逐渐增大，不会发生瞬变，使得受控电路不会发生过冲。通过反馈端口o1接收受控电路的反馈信号，并逐渐抬高X点的电压，使得电流In和电流Ip逐渐减小至零值，启动电路停止输出启动电流，受控电路进入正常工作模式。
2）本发明所提出的带隙基准电路可通过两路启动电流使带隙基准电路偏离零电流启动状态，且电流In和电流Ip逐渐增大，不会发生瞬变，使得带隙基准电流不会发生过冲。通过反馈端口o1接收带隙基准电路的反馈信号，并逐渐抬高X点的电压，使得电流In和电流Ip逐渐减小至零值，启动电路停止输出启动电流，带隙基准电路进入正常工作模式。
附图说明
图1为本发明中无过冲启动电路的电路原理图；
图2为本发明中无过冲带隙启动电路的电路原理图；
图3为本发明中无过冲带隙启动电路的仿真效果图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
（一）无过冲启动电路
如图1所示，一种具有无过冲特性的启动电路，它包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、电阻Rn和电阻Rp。
MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4的源极与电源电压VDD连接。
MOS管M1的栅极与MOS管M2的栅极连接，组成第一电流镜像单元。
MOS管M1的栅极与MOS管M3的栅极连接，组成第二电流镜像单元。
MOS管M1的漏极分别与MOS管M1的栅极和MOS管M4的漏极连接，MOS管M4的栅极与反馈端口o1连接。
MOS管M2的漏极通过电阻Rn与地对接，MOS管M2的漏极还与第一启动电流输出端口o2连接。
MOS管M3的漏极通过电阻Rp与地对接，MOS管M3的漏极还与第二启动电流输出端口o3连接。
它还包括电阻R1、MOS管M8和MOS管M9。
MOS管M8的栅极与MOS管M9的栅极连接，组成第三电流镜像单元，MOS管M8的源极与地对接，MOS管M8的漏极通过电阻R1与电源电压VDD连接。
MOS管M9的源极与地对接，MOS管M9的漏极与MOS管M1的漏极连接。
当启动电路上电后，第一电流镜像单元开始工作，MOS管M2通过第一启动电流输出端口o2输出电流In至受控电路，第二电流镜像单元开始工作，MOS管M3通过第二启动电流输出端口o3输出电流Ip至受控电路，其中，由于MOS管M2和MOS管M3的宽长比值不一样，MOS管M2的宽长比值大于MOS管M3的宽长比值，所以电流In的值大于电流Ip的值。
本发明可通过两路启动电流使受控电路偏离零电流启动状态，且电流In和电流Ip逐渐增大，不会发生瞬变，使得受控电路不会发生过冲。MOS管M4通过反馈端口o1与受控电路连接，流过MOS管M4的电流逐渐增大，并逐渐抬高X点的电压，而MOS管M9的电流不变，随着带隙电路趋于正常工作，MOS管M1的电流减小，MOS管M2和MOS管M3的镜像电流也减小，电流In和电流Ip逐渐减小至零值，启动电路停止输出启动电流，受控电路进入正常工作模式。
（二）无过冲带隙基准电路
如图2所示，一种具有无过冲特性的带隙基准电路，它包括如上所述的启动电路、带隙基准核心电路和基准电压输出电路。
所述的带隙基准核心电路包括运算放大器OP1、MOS管M5、MOS管M6、三极管Q1、三极管Q2、电阻Rd、电阻Rn和电阻Rp。
运算放大器OP1的反相输入端分别与MOS管M5的漏极、启动电路的第一启动电流输出端o2和三级管Q1的发射极连接，运算放大器OP1的反相输入端还通过电阻Rn与地对接；
运算放大器OP1的同相输入端分别与MOS管M6的漏极和启动电路的第二启动电流输出端o3连接，运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻Rd与三极管Q2的发射极连接，运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻Rp与地对接。
MOS管M5的栅极与MOS管M6的栅极连接，其交点为Y点，构成第四电流镜像单元，MOS管M5的源极和MOS管M6的源极均与电源电压VDD连接，运算放大器OP1的输出端与Y点和反馈端口o1连接；三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极和三极管Q2的基极均与地对接。
所述的基准电压产生电路包括MOS管M7和电阻Rref。
MOS管M7的源极与电源电压VDD连接，MOS管M7的漏极与基准电压输出端连接，MOS管M7的漏极还通过电阻Rref与地对接，MOS管M7的栅极与Y点连接。
所述的MOS管M4的宽长比与MOS管M5的宽长比相同，即(W/L)M4=(W/L)M5，W/L为MOS管的导电沟道的宽长比。
所述的三极管Q2的发射极面积是三极管Q1的发射极面积的N倍，即EmitterareaQ2=N×EmitterareaQ1。
所述的电阻Rn和电阻Rp的阻值相同。
如图3所示，图3为无过冲带隙启动电路的仿真效果图，其中，第一个曲线表为在启动阶段运算放大器OP1的同相输入端电压Vfp和其反相输入端电压Vfn的状态曲线图；第二个曲线表为在启动阶段Y点和X点的状态曲线图；第三个曲线表为在启动阶段带隙基准电路输出电压Vref的状态曲线图；第四个曲线表为在启动阶段启动电路第一启动电流输出端口o2输出电流In和第二启动电流输出端口o3输出电流Ip的状态曲线图。如三个曲线表所示，带隙基准电路输出电压Vref没有过冲。
当启动电路上电后，第一电流镜像单元开始工作，MOS管M2通过第一启动电流输出端口o2输出电流In至运算放大器OP1的反相输入端，第二电流镜像单元开始工作，MOS管M3通过第二启动电流输出端口o3输出电流Ip至运算放大器OP1的同相输入端，其中，电流In的值大于电流Ip的值，本发明可通过两路启动电流使带隙基准电路偏离零电流启动状态，且电流In和电流Ip逐渐增大，不会发生瞬变，使得带隙基准电流不会发生过冲。MOS管M4通过反馈端口o1与带隙基准电路连接，并逐渐抬高X点的电压，使得电流In和电流Ip逐渐减小至零值，启动电路停止输出启动电流，带隙基准电路进入正常工作模式。

Claims (6)

1.一种具有无过冲特性的启动电路，其特征在于：它包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4；
MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4的源极与电源电压VDD连接；
MOS管M1的栅极与MOS管M2的栅极连接，组成第一电流镜像单元；
MOS管M1的栅极与MOS管M3的栅极连接，组成第二电流镜像单元；
MOS管M1的漏极分别与MOS管M1的栅极和MOS管M4的漏极连接，MOS管M4的栅极与反馈端口o1连接；
MOS管M2的漏极与第一启动电流输出端口o2连接；MOS管M3的漏极与第二启动电流输出端口o3连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有无过冲特性的启动电路，其特征在于：它还包括电阻R1、MOS管M8和MOS管M9；
MOS管M8的栅极与MOS管M9的栅极连接，组成第三电流镜像单元，MOS管M8的源极与地对接，MOS管M8的漏极通过电阻R1与电源电压VDD连接；
MOS管M9的源极与地对接，MOS管M9的漏极与MOS管M1的漏极连接。
3.一种具有无过冲特性的带隙基准电路，其特征在于：它包括如权利要求1～3任意一项所述的启动电路、带隙基准核心电路和基准电压输出电路；
所述的带隙基准核心电路包括运算放大器OP1、MOS管M5、MOS管M6、三极管Q1、三极管Q2、电阻Rd、电阻Rn和电阻Rp；
运算放大器OP1的反相输入端分别与MOS管M5的漏极、启动电路的第一启动电流输出端o2和三级管Q1的发射极连接，运算放大器OP1的反相输入端还通过电阻Rn与地对接；
运算放大器OP1的同相输入端分别与MOS管M6的漏极和启动电路的第二启动电流输出端o3连接，运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻Rd与三极管Q2的发射极连接，运算放大器OP1的同相输入端还通过电阻Rp与地对接；
MOS管M5的栅极与MOS管M6的栅极连接，其交点为Y点，构成第四电流镜像单元，MOS管M5的源极和MOS管M6的源极均与电源电压VDD连接，运算放大器OP1的输出端与Y点和反馈端口o1连接；三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极和三极管Q2的基极均与地对接；
所述的基准电压产生电路包括MOS管M7和电阻Rref；
MOS管M7的源极与电源电压VDD连接，MOS管M7的漏极与基准电压输出端连接，MOS管M7的漏极还通过电阻Rref与地对接，MOS管M7的栅极与Y点连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有无过冲特性的带隙基准电路，其特征在于：所述的MOS管M4的宽长比与MOS管M5的宽长比相同。
5.根据权利要求1所述的一种具有无过冲特性的带隙基准电路，其特征在于：所述的三极管Q2的发射极面积是三极管Q1的发射极面积的N倍。
6.根据权利要求1所述的一种具有无过冲特性的带隙基准电路，其特征在于：所述的电阻Rn和电阻Rp的阻值相同。
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