CN109995331A - 一种有软启动保护的稳压电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有软启动保护的稳压电路包括误差放大器、输出级PMOS晶体管、电阻、电容、软启动保护电路和地线GND，软启动保护电路的开启和关闭只和上电检测复位信号有关，当上电检测复位信号时为复位状态时，软启动保护电路开启；当上电检测复位信号时为退出复位状态时，软启动保护电路关闭，因此本发明的有软启动保护的稳压电路能有效的避免外部电压VCC上电过程中VDD的充电过高的问题，并且，在芯片完成上电的稳定工作过程中，软启动保护电路不会对稳压电路的正常工作产生任何影响；而且在芯片完成上电的稳定工作过程中，软启动保护电路总功耗为0。
Description
技术领域
本发明涉及模拟集成电路技术领域，尤其涉及一种稳压电路，具体为一种有软启动保护的稳压电路。
背景技术
集成电路的外部电源VCC范围很宽，而芯片内部大量的逻辑电路都是比较低。例如智能卡应用中外部电压范围是1.62~5.5V，而130nm工艺下逻辑电路的耐压只有1.6V左右。所以需要稳压电路把外部的电源VCC，稳定到一个较低的电压值VDD，防止逻辑电路出现高压击穿问题。当前技术的稳压电路，如图1所示，为现有的稳压电路结构图，在该稳压电路中，101是误差放大器，输出电压VDD到地线GND间有103电阻、104电阻串联一起，电阻103和电阻104中间取得采样电压VDET，误差放大器101输出信号VPG接电容105的上极板和输出级PMOS晶体管102的栅极，电容105下极板接VDD和输出级PMOS晶体管102的漏极，输出级PMOS晶体管102的源极接电源VCC，采样电压VDET和参考电压VREF分别接误差放大器101的正负输入端。在电源VCC从1.62~5.5V变化时，该稳压电路能输出稳定的电压VDD。
但是在电源VCC快速上电过程中，由于VPG上的电容值很大，且其初始电位是接近0V的电位，这样PMOS晶体管102处于完全开启状态，VDD的电位会瞬间充电到和VCC一样的电压，最大值为5.5V，如图2所示，为现有的稳压电路上电时电压波形图，此时芯片内部大量的逻辑电路很可能会造成击穿损坏。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种有软启动保护的稳压电路，以解决外部电压VCC快速上电过程中VDD充电过高的问题。
为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：
一种有软启动保护的稳压电路包括误差放大器、输出级PMOS晶体管、电阻、电容、软启动保护电路和地线GND，其中，误差放大器输出电压VDD到地线GND，在电压端VDD到地线GND间有两个以上电阻串联，串联电阻中间取得采样电压VDET，误差放大器输出电压信号接电容的上极板和输出级PMOS晶体管的栅极，电容下极板接电压端VDD和输出级PMOS晶体管的漏极，输出级PMOS晶体管的源极接电源VCC，采样电压VDET和参考电压VREF分别接误差放大器的正负输入端，软启动保护电路接外部输入的上电检测复位信号，软启动保护电路的输出端与输出级PMOS晶体管的栅极相连接，软启动保护电路的电源与电源VCC相连接；
所述稳压电路工作时，上电检测复位信号初始电位为0V，在外部电压VCC上电达到上电检测复位信号的检测点电压时，上电检测复位信号在经过保持0V一段时间后，变为VCC电压，在上电检测复位信号为0V期间，软启动保护电路一直处于工作状态，并将误差放大器的输出点电压上拉到外部电压VCC值， 外部电压VCC快速上电过程中，输出级PMOS晶体管的栅极电压一直跟随外部电压VCC，输出级PMOS晶体管一直处于关断状态。
优选地，所述软启动保护电路包括第一PMOS晶体管、第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三电阻、第二电容、第一反相器、第三PMOS晶体管和 第四PMOS晶体管，其中，PMOS晶体管的栅极、漏极与NMOS晶体管的栅极、漏极，以及与PMOS晶体管的栅极连接；PMOS晶体管的漏极和第三电阻305上端、PMOS晶体管的栅极、以及第二电容的上极板连接；第四PMOS晶体管的栅极接上电检测复位信号、第一反相器的输入端，其源极和第三PMOS晶体管的漏极连接，其漏极接输出级PMOS管的栅极，第二NMOS晶体管的栅极接第一反相器的输出端，其漏极接NMOS晶体管源极，NMOS管栅极接第一反相器的输出端，漏极接第一NMOS晶体管的源极，电源VCC接第三PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第一PMOS晶体管的源极，地线GND接第二电容的下极板、第三电阻的下端、第二NMOS晶体管的源极。
本发明由于采用了上述有软启动保护的稳压电路结构，其中，软启动保护电路的开启和关闭只和上电检测复位信号有关，当上电检测复位信号时为复位状态时，软启动保护电路开启；当上电检测复位信号时为退出复位状态时，软启动保护电路关闭，所获得的有益效果是，能有效的避免外部电压VCC上电过程中VDD的充电过高的问题；并且，在芯片完成上电的稳定工作过程中，软启动保护电路不会对稳压电路的正常工作产生任何影响；而且在芯片完成上电的稳定工作过程中，软启动保护电路总功耗为0。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是现有的稳压电路结构图。
图2是现有的稳压电路上电时电压波形图。
图3是本发明具体实施的有软启动保护的稳压电路结构图。
图4是本发明具体实施的软启动保护电路结构图。
图5是本发明具体实施的有软启动保护的稳压电路上电时电压波形图。
具体实施方式
如图3所示，为本发明具体实施的有软启动保护的稳压电路结构图。在该稳压电路中，包括误差放大器201、输出级PMOS晶体管202、第一电阻203、第二电阻204、第一电容205、软启动保护电路206和地线GND207，图3中，软启动保护电路206是VPG_CTRL，其中，误差放大器201输出电压VDD到地线GND207，在电压端VDD到地线GND207间，第一电阻203和第二电阻204串联，第一电阻203和第二电阻204中间取得采样电压VDET，误差放大器201输出电压VPG接第一电容205的上极板和输出级PMOS晶体管202的栅极，第一电容205下极板接电压端VDD和输出级PMOS晶体管202的漏极，输出级PMOS晶体管202的源极接电源VCC，采样电压VDET和参考电压VREF分别接误差放大器201的正负输入端，软启动保护电路206接外部输入的上电检测复位信号POR_N，软启动保护电路206的输出端与输出级PMOS晶体管202的栅极相连接，软启动保护电路206的电源与电源VCC相连接。
如图4所示，为本发明具体实施的软启动保护电路结构图。该软启动保护电路包括第一PMOS晶体管301、第一NMOS晶体管302、第二NMOS晶体管303、第二PMOS晶体管304、第三电阻305、第二电容306、第一反相器307、第三PMOS晶体管308、 第四PMOS晶体管309和地线310，其中，第一PMOS晶体管301的栅极、漏极与第一NMOS晶体管302的栅极、漏极，以及和第二PMOS晶体管304的栅极连接，第二PMOS晶体管304的漏极V1和第三电阻305上端、第三PMOS晶体管308的栅极、以及第二电容306的上极板连接，第四PMOS晶体管309的栅极接上电检测复位信号POR_N、第一反相器307的输入端，其源极和第三PMOS晶体管308的漏极连接，漏极VPG接输出级PMOS晶体管202的栅极，第二NMOS晶体管303栅极接第一反相器307的输出端，漏极接第一NMOS晶体管302源极，第二NMOS晶体管303栅极接第一反相器307的输出端，漏极接第一NMOS晶体管302源极，电源VCC接第三PMOS晶体管308、第二PMOS晶体管304、第一PMOS晶体管301的源极，地线GND310接第二电容306的下极板、第三电阻305的下端、第二NMOS晶体管303的源极。
上电检测复位信号POR_N的产生有成熟的电路，其相对于VCC的波形，如图5所示，为本发明具体实施的有软启动保护的稳压电路上电时电压波形图。当VCC快速上电时，POR_N为低；当VCC大于上电检测复位信号POR_N的检测阈值时，POR_N仍能保持Tpor的时间，这个时间一般设计值在10uS量级。
在POR_N=0V期间，VCC在建立过程中，开始由于VCC电压比较低，VCC<Vtn+Vtp（Vtn为NMOS管302的阈值电压，Vtp为PMOS管301的阈值电压）时,二极管连接的301、302都处于关闭态，此时304中的镜像电流值也为0，这样V1点电压由于电阻305的下拉作用为0V，这样PMOS管308和309都处于导通状态，从而把VPG电压上拉到了VCC值，从而使得输出级PMOS管202处于关闭状态，此时VDD为0V；
当VCC>Vtn+Vtp时，301和302中开始流过电流，305中也有了镜像电流。在设计尺寸是，使得304中的等效导通电阻是305电阻值的1/4，从而使得电容V1的电位缓慢的开始上升到VCC电压值。这样PMOS晶体管308进入了关断状态。此时VPG开始不受软启动保护电路的控制，只受误差放大器控制开始降低，从而输出精确的VDD电压值VDD。
当POR_N=VCC时，上电检测复位信号完全退出，此时PMOS管309的栅极电压为VCC，POR_N经过反相器后输出到NMOS管303的栅极，其电压为0V。这样309和303都处于了关断状态。同时，由于301的电流变为了0A，那么304得到的镜像电流也为0A，即整个软启动保护电路的电流都为0A。
本发明并不限于上文讨论的实施方式，以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围；以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
Claims (2)
1.一种有软启动保护的稳压电路，其特征在于，所述稳压电路包括误差放大器、输出级PMOS晶体管、电阻、电容、软启动保护电路和地线GND，其中，误差放大器输出电压VDD到地线GND，在电压端VDD到地线GND间有两个以上电阻串联，串联电阻中间取得采样电压VDET，误差放大器输出电压信号接电容的上极板和输出级PMOS晶体管的栅极，电容下极板接电压端VDD和输出级PMOS晶体管的漏极，输出级PMOS晶体管的源极接电源VCC，采样电压VDET和参考电压VREF分别接误差放大器的正负输入端，软启动保护电路接外部输入的上电检测复位信号，软启动保护电路的输出端与输出级PMOS晶体管的栅极相连接，软启动保护电路的电源与电源VCC相连接；
所述稳压电路工作时，上电检测复位信号初始电位为0V，在外部电压VCC上电达到上电检测复位信号的检测点电压时，上电检测复位信号在经过保持0V一段时间后，变为VCC电压，在上电检测复位信号为0V期间，软启动保护电路一直处于工作状态，并将误差放大器的输出点电压上拉到外部电压VCC值， 外部电压VCC快速上电过程中，输出级PMOS晶体管的栅极电压一直跟随外部电压VCC，输出级PMOS晶体管一直处于关断状态。
2.如权利要求1所述的有软启动保护的稳压电路，其特征在于，所述软启动保护电路包括第一PMOS晶体管、第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三电阻、第二电容、第一反相器、第三PMOS晶体管、 第四PMOS晶体管和地线GND，其中，PMOS晶体管的栅极、漏极与NMOS晶体管的栅极、漏极，以及与PMOS晶体管的栅极连接，PMOS晶体管的漏极和第三电阻305上端、PMOS晶体管的栅极、以及第二电容的上极板连接；第四PMOS晶体管的栅极接上电检测复位信号、第一反相器的输入端，其源极和第三PMOS晶体管的漏极连接，其漏极接输出级PMOS管的栅极，第二NMOS晶体管的栅极接第一反相器的输出端，其漏极接NMOS晶体管源极，NMOS管栅极接第一反相器的输出端，漏极接第一NMOS晶体管的源极，电源VCC接第三PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第一PMOS晶体管的源极，地线GND接第二电容的下极板、第三电阻的下端、第二NMOS晶体管的源极。
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