CN111443753B - 一种带软启动的耗尽管基准电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带软启动的耗尽管基准电路，包括斜坡电压产生电路、误差放大器、第零PMOS管和耗尽管基准电压产生电路。斜坡电压产生电路输出斜坡电压Vramp，耗尽管基准电压产生电路输出基准电压Vref，误差放大器的反相输入端接入Vramp，误差放大器的同相输入端接入Vref，第零PMOS管的栅极连接误差放大器的输出端，第零PMOS管的源极连接电源，第零PMOS管的漏极连接耗尽管基准电压产生电路。本发明可以获得恒定斜率上升的基准电压，且避免产生浪涌，是各种稳压器的理想基准电压源。

Description

一种带软启动的耗尽管基准电路
技术领域
本发明属于集成电路领域，特别涉及了一种耗尽管基准电路。
背景技术
基准电压源作为IC设计中重要的单元电路，被广泛应用于各种模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成电路中。随着集成电路技术的发展，现今对基准电压源的要求越来越高，要求基准电压源的功耗低、噪声低、温度系数低、PSRR高、版图面积小等。耗尽管基准电压源相比传统的带隙基准具有结构简单、功耗低、噪声低、PSRR高、版图面积小等优点，被越来越广泛应用于各种集成电路中，尤其是电源管理电路的各种稳压器中。
传统的耗尽管基准电压源如图1所示，包括耗尽管DN0、增强型NMOS管N0及电容C0。耗尽管DN0的漏极连接电源VDD，DN0的栅极跟源极与增强型NMOS管N0的栅极跟漏极连接到一起构成耗尽管基准产生电路的输出Vref，Vref对GND接电容C0，增强型NMOS管N0的源端连接到GND。耗尽管基准电压源的输出电压Vref如式(1)所示：
Figure BDA0002438220180000011
式(1)中KDN0是耗尽管DN0的W/L，KN0是増强型NMOS管N0的W/L，VTN是増项型NMOS管N0的阈值电压，VTD是耗尽管DN0的阈值电压为负值，由于增强型NMOS及耗尽型NMOS的阈值电压同为负温度系数，选取合适的宽长比W/L，两者之差即可抵消温度系数，得到零温度系数的基准电压Vref。
上述传统耗尽管基准电路的启动速度非常快，由于耗尽管DN0的阈值电压是负值，其栅源短接VGS＝0，所以在电源上电瞬间耗尽管DN0即处于直通状态，当电源VDD从0突然跳变到工作电压时，Vref也跟随VDD直接跳高，在电源上电过程中此基准电压Vref很难避免产生浪涌。当该基准源Vref给稳压器作为参考源时，则稳压器的输出很容易产生更高的浪涌，这会导致采用该稳压器输出供电的***工作异常甚至损坏。
因此，如何改进现有耗尽管基准电路结构，控制基准电压的上升速率，避免产生浪涌，已成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种带软启动的耗尽管基准电路。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种带软启动的耗尽管基准电路，包括斜坡电压产生电路、误差放大器、第零PMOS管和耗尽管基准电压产生电路；所述斜坡电压产生电路输出斜坡电压Vramp，所述耗尽管基准电压产生电路输出基准电压Vref，所述误差放大器的反相输入端接入Vramp，误差放大器的同相输入端接入Vref，所述第零PMOS管的栅极连接误差放大器的输出端，第零PMOS管的源极连接电源，第零PMOS管的漏极连接耗尽管基准电压产生电路。
进一步地，所述斜坡电压产生电路包括电流源和第一电容；所述电流源的一端连接电源，电流源的另一端连接所述第一电容的正极，第一电容的负极接地；电流源以恒定电流对第一电容充电产生斜坡电压Vramp。
进一步地，所述耗尽管基准电压产生电路包括第零耗尽型NMOS管、第零增强型NMOS管和第零电容；所述第零耗尽型NMOS管的漏极连接所述第零PMOS管的漏极，第零耗尽型NMOS管的源极和栅极连接所述第零增强型NMOS管的漏极和栅极且该连接点产生基准电压Vref，所述第零电容的正极接入Vref，第零电容的负极和第零增强型NMOS管的源极接地。
进一步地，所述误差放大器包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一耗尽型NMOS管、第二耗尽型NMOS管和第三耗尽型NMOS管；所述第一PMOS管和第二PMOS管构成误差放大器的负载电流镜，所述第一耗尽型NMOS管和第二耗尽型NMOS管构成差分放大器的差分输入对管，所述第三耗尽型NMOS管构成误差放大器的尾电流源；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极，第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极连接电源，第一PMOS管的漏极连接第零PMOS管的栅极和第一耗尽型NMOS管的漏极，第二PMOS管的漏极连接第二耗尽型NMOS管的漏极，第一耗尽型NMOS管的栅极接入Vramp，第二耗尽型NMOS管的栅极接入Vref，第一耗尽型NMOS管的源极连接第二耗尽型NMOS管的源极和第三耗尽型NMOS管的漏极，第三耗尽型NMOS管的源极和栅极接地。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明通过调节恒流源I1的电流或者电容C1的容值的大小，即可调整基准电压Vref的上升斜率，避免基准电压Vref产生浪涌，采用该带软启动的耗尽管基准电压源的稳压芯片的输出也将跟基准电压Vref一样线性上升，不会产生浪涌，因此本发明设计的带软启动的耗尽管基准电路是各种稳压器的理想基准电压源。
附图说明
图1是传统的耗尽管基准电压电路图；
图2是本发明设计的带软启动的耗尽管基准电路图；
图3是本发明中误差放大器的具体电路图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种带软启动的耗尽管基准电路，如图2所示，包括斜坡电压产生电路、误差放大器AMP、PMOS管P0和耗尽管基准电压产生电路。所述斜坡电压产生电路输出斜坡电压Vramp，所述耗尽管基准电压产生电路输出基准电压Vref，所述误差放大器AMP的反相输入端接入Vramp，误差放大器AMP的同相输入端接入Vref，所述PMOS管P0的栅极连接误差放大器AMP的输出端，PMOS管P0的源极连接电源VDD，PMOS管P0的漏极连接耗尽管基准电压产生电路。
在本实施例中，优选地，如图2所示，所述斜坡电压产生电路包括电流源I1和电容C1。所述电流源I1的一端连接电源，电流源I1的另一端连接所述电容C1的正极，电容C1的负极接地。电流源I1以恒定电流对电容C1充电产生斜坡电压Vramp。
在本实施例中，优选地，如图2所示，所述耗尽管基准电压产生电路包括耗尽型NMOS管DN0、增强型NMOS管N0和电容C0。所述耗尽型NMOS管DN0的漏极连接PMOS管P0的漏极，耗尽型NMOS管DN0的源极和栅极连接增强型NMOS管N0的漏极和栅极且该连接点产生基准电压Vref，所述电容C0的正极接入Vref，电容C0的负极和增强型NMOS管N0的源极接地。
斜坡电压Vramp从0开始上升在上升到电源电压VDD前满足式(2)列出的关系：
Figure BDA0002438220180000041
式(2)中I1表示电流源I1的电流值，C1表示电容C1的容值，t表示电流源I1对电容C1充电的时间，由式(2)可知Vramp的上升斜率由I1/C1决定，通过选取合适的电流值I1或电容值C1即可获得所需的斜坡电压上升斜率。
由背景技术中的式(1)可知，耗尽管基准电压Vref稳定后的值为
Figure BDA0002438220180000051
在电源上电后Vref从0开始上升，在Vref升到
Figure BDA0002438220180000052
前Vref＝Vramp＝(I1/C1)*t，Vref的上升斜率由I1/C1决定。当Vref升高到
Figure BDA0002438220180000053
后不再升高，此时Vramp>Vref，误差放大器AMP输出低电平，P0管处于完全开启的开关状态，此时耗尽管DN0的电流不受P0管影响，Vref的值由耗尽管DN0及增强型NMOS管N0的阈值及宽长比W/L决定。
本发明设计了一种误差放大器的具体结构，如图3所示，误差放大器包括PMOS管P1、P2及耗尽管DN1、DN2、DN3。图3中的耗尽管DN3作为误差放大器的尾电流源，其栅极跟源极一起连接到GND，其漏极跟耗尽管DN1跟DN2的源极连接到一起，DN1与DN2作为误差放大器的差分输入对管，DN1的栅极为反相输入端连接斜坡电压产生电路的输出Vramp，DN2的栅极为同相输入端连接耗尽管基准电压产生电路的输出Vref。差分输入对管用耗尽管的好处是可以实现Vref电压从0就开始以I1/C1的固定斜率线性上升。PMOS管P1与P2作为误差放大器的负载电流镜，P1的栅极跟P2的栅极与漏极一起连接到耗尽管DN2的漏极，P1的漏极连接到DN1的漏极构成误差放弃的输出端连接到P0的栅极控制P0管的电流，P1的源极跟P2源极一起连接到电源VDD。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带软启动的耗尽管基准电路，其特征在于：包括斜坡电压产生电路、误差放大器、第零PMOS管和耗尽管基准电压产生电路；所述斜坡电压产生电路输出斜坡电压Vramp，所述耗尽管基准电压产生电路输出基准电压Vref，所述误差放大器的反相输入端接入Vramp，误差放大器的同相输入端接入Vref，所述第零PMOS管的栅极连接误差放大器的输出端，第零PMOS管的源极连接电源，第零PMOS管的漏极连接耗尽管基准电压产生电路；所述误差放大器包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一耗尽型NMOS管、第二耗尽型NMOS管和第三耗尽型NMOS管；所述第一PMOS管和第二PMOS管构成误差放大器的负载电流镜，所述第一耗尽型NMOS管和第二耗尽型NMOS管构成差分放大器的差分输入对管，所述第三耗尽型NMOS管构成误差放大器的尾电流源；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极和漏极，第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极连接电源，第一PMOS管的漏极连接第零PMOS管的栅极和第一耗尽型NMOS管的漏极，第二PMOS管的漏极连接第二耗尽型NMOS管的漏极，第一耗尽型NMOS管的栅极接入Vramp，第二耗尽型NMOS管的栅极接入Vref，第一耗尽型NMOS管的源极连接第二耗尽型NMOS管的源极和第三耗尽型NMOS管的漏极，第三耗尽型NMOS管的源极和栅极接地。
2.根据权利要求1所述带软启动的耗尽管基准电路，其特征在于：所述斜坡电压产生电路包括电流源和第一电容；所述电流源的一端连接电源，电流源的另一端连接所述第一电容的正极，第一电容的负极接地；电流源以恒定电流对第一电容充电产生斜坡电压Vramp。
3.根据权利要求1所述带软启动的耗尽管基准电路，其特征在于：所述耗尽管基准电压产生电路包括第零耗尽型NMOS管、第零增强型NMOS管和第零电容；所述第零耗尽型NMOS管的漏极连接所述第零PMOS管的漏极，第零耗尽型NMOS管的源极和栅极连接所述第零增强型NMOS管的漏极和栅极，且第零耗尽型NMOS管的源极和栅极与第零增强型NMOS管的漏极和栅极的连接处产生基准电压Vref，所述第零电容的正极接入Vref，第零电容的负极和第零增强型NMOS管的源极接地。
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