CN114442713A - 一种微功耗的电流基准启动电路 - Google Patents

一种微功耗的电流基准启动电路 Download PDF

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Abstract

一种微功耗的电流基准启动电路，包括基准电路和启动电路，所述基准电路，包括导通单元、钳位单元、运放单元和电流输出管；所述启动电路，用于在微功耗状态下基于预启动电流为所述基准电路提供启动电流以启动基准电路，并在识别到电路启动后断开所述启动电流。本发明中电流基准启动电路，能够在微功耗环境下为基准电流源提供良好且稳定的启动电流，从而保证基准电流源的正常启动。

Description

一种微功耗的电流基准启动电路
技术领域
本发明涉及一种集成电路，更具体地，涉及一种微功耗的电流基准启动电路。
背景技术
目前，基准电流源启动电路作为模数转换器、数模转换器、电源管理等集成电路的基础模块，其性能会影响整体电路性能。
然而，现有技术中的基准电流源的启动电路，尚未能够提供适合于微功耗应用的启动电路。现有普通的启动电路在微功耗的应用上，也会存在各种各样的问题。例如，由于启动过程中的支路电流过小，会导致启动电路无法识别到支路电流从而不启动的现象。或是由于启动过程中的支路电流过小导致电路启动过程中带隙基准电路中的运放启动较慢，导致启动电路闪退的异常现象。
因此，亟需一种针对微功耗应用的启动电路，能够提供良好稳定的启动电流，从而保证基准电流源的正常启动。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种微功耗的电流基准启动电路。
本发明采用如下的技术方案。一种微功耗的电流基准启动电路，包括基准电路和启动电路，基准电路，包括导通单元、钳位单元、运放单元和电流输出管；其中，导通单元用于接收启动电路的启动电流并导通钳位单元和运放单元，钳位单元用于确定运放单元中第一运放输入和第二运放输入的钳位电压，运放单元用于接收到第一运放输入和第二运放输入后反馈电压补偿；电流输出管，根据导通单元、钳位单元和运放单元确定的导通电压，确定输出的偏置电流；启动电路，用于在微功耗状态下基于预启动电流为基准电路提供启动电流以启动基准电路，并在识别到电路启动后断开启动电流。
优选地，启动电路包括限流电阻、电流输入管、镜像电流输入管、第一启动电流输出管、第二启动电流输出管和第一控制管；其中，限流电阻一端接电源电压，另一端同时连接电流输出管的漏极和栅极；电流输出管源极接地，栅极和漏极与镜像电流输出管的栅极相连接；镜像电流输出管源极接地，漏极分别与第一启动电流输出管、第二启动电流输出管的栅极相连接，并与第一控制管的漏极相连接；第一启动电流输出管源极接电源电压，漏极为启动电流的输出端；第二启动电流输出管源极接电源电压，漏极接运放单元；第一控制管源极接电源电压，栅极并联至导通电压。
优选地，预启动电流为微功耗电流，且I＝(Vdd-Vt)/R，其中，I为预启动电流，Vdd为电源电压，Vt为电流输入管电压，R为限流电阻阻值。
优选地，第一控制管在识别到导通电压前，处于截止状态；第一启动电流输出管和第二启动电流输出管识别到预启动电流后，基于控制电压，导通第一启动电流输出管和第二启动电流输出管以输出启动电流。
优选地，第一控制管在识别到导通电压后，进入导通状态并截止第一启动电流输出管和第二启动电流输出管以断开启动电流。
优选地，预设第一控制管和镜像电流输入管的沟道长宽比，使得第一控制管导通时的源漏极电流大于镜像电流输入管的源漏极电流。
优选地，启动电路还包括第二控制管，第二控制管栅极接电流输入管和镜像电流输入管的栅极，漏极接导通电压，衬底接地，源极接钳位单元中的第一运放输入。
优选地，第二控制管在识别到预启动电流后，进入导通状态；第二控制管在导通状态中，识别到基于导通单元、钳位单元和运放单元确定的导通电压后，降低并持续提供导通电压；第二控制管在识别到第一运放输出后，进入截止状态。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种微功耗的电流基准启动电路，不仅能够基于第一控制管根据输入的微功耗电流控制基准电流源的开启与关闭，而且能够基于第二控制管为基准电流源提供持续的电流输入，以保证基准电流源的正常启动。
附图说明
图1为本发明一实施例中一种微功耗的电流基准启动电路；
图2为本发明另一实施例中一种微功耗的电流基准启动电路。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为本发明一实施例中一种微功耗的电流基准启动电路。本文中所述的微功耗，通常对于线性器件而言，是指50uA或更低的静态电流。如图1所示，一种微功耗的电流基准启动电路，包括基准电路101和启动电路102。
基准电路101，包括导通单元1011、钳位单元1012、运放单元1013和电流输出管7。
优选地，导通单元1011用于接收启动电路102的启动电流并导通钳位单元1012和运放单元1013，钳位单元1012用于确定运放单元中位于301点的第一运放输入和位于302点的第二运放输入的钳位电压，运放单元1013用于接收到第一运放输入301和第二运放输入302后反馈电压补偿。电流输出管7，根据导通单元1011、钳位单元1012和运放单元1013确定的导通电压305，确定输出的偏置电流203。
启动电路102，用于在微功耗状态下基于预启动电流为基准电路101提供启动电流303以启动基准电路101，并在识别到电路启动后断开启动电流303。
优选地，启动电路102包括限流电阻18、电流输入管17、镜像电流输入管16、第一启动电流输出管9、第二启动电流输出管10和第一控制管8。
优选地，限流电阻18一端接电源电压201，另一端同时连接电流输出管17的漏极和栅极。电流输出管17源极接地，栅极和漏极与镜像电流输出管16的栅极相连接。镜像电流输出管16源极接地，漏极分别与第一启动电流输出管9、第二启动电流输出管10的栅极相连接，并与第一控制管8的漏极相连接。第一启动电流输出管9源极接电源电压201，漏极为启动电流303的输出端。第二启动电流输出管10源极接电源电压201，漏极接运放单元304。第一控制管8源极接电源电压201，栅极并联至导通电压305。
具体的，电流基准启动电路的201端接电源电压，202端接地。电流基准启动电路会根据201端和202端的之间的电压差在限流电阻18和电流输出管17的这一支路中生成微功耗的电流，可以将该电流称之为预期动电流。
优选地，预启动电流为微功耗电流，且I＝(Vdd-Vt)/R，其中，I为预启动电流，Vdd为电源电压，Vt为电流输入管电压，R为限流电阻阻值。
首先，在电路尚未启动前，由于镜像电流输出管16与电流输出管17采用镜像的方式进行连接，因此，镜像电流输出管16识别到电流输出管17中的微功耗电流后，也生成同样大小和方向的电流，由此将电路306点的电压拉低从而启动第一启动电流输出管和第二启动电流输出管。此时启动电路会生成启动电流303并以此方式启动导通单元1011。
本公开中，可以使用带隙基准电路作为基准电路的一个实施例。如图所示，带隙基准电路101中包括有导通单元1011，钳位单元1012、运放单元1013和电流输出管7。
此时，导通单元中包括NMOS管11、PMOS管1、3、5、6。其中，NMOS管11栅极连接启动电流303，源极接地202，漏极与PMOS管1的漏极相连接。PMOS管1的源极接电源电压201，栅极与源极相连并连接至PMOS管3的栅极。PMOS管3、5、6的源极分别接电源电压201，栅极分别接导通电压305，POS管3的漏极接运放单元1011，PMOS管5的漏极接第一运放输入，PMOS管6的漏极接第二运放输入。
当启动电路102识别到启动电流303后，NMOS管11接收启动电流303生成的高电压并进入导通状态，从而生成源漏极电流并在电路305点生成最初的导通电压。当PMOS管1、3、5、6识别到最初生成的导通电压后，由于该电压较低，因此分别进入导通状态。其中PMOS管3的导通状态使得运放单元1013启动，PMOS管5、6的导通状态使得钳位单元1012启动。此时电流输出管7也会因电路305点生成的最初的导通电压而进行导通状态，并输出偏置电流。
其次，当钳位单元1012和运放单元1013随之启动后，就进入了启动过程的步骤。其中，钳位单元1012中包括有第一钳位三极管14和第二钳位三极管15，以及钳位电阻19。第一钳位三极管14的发射极与PMOS管5的漏极相连接，第一钳位三极管14的集电极和基极与第二钳位三极管15的基极和漏极相连并接地。第二钳位三极管15的发射极与钳位电阻一端相连，钳位电阻另一端与PMOS管6的漏极相连接。
电路启动后，第一钳位三极管14生成第一钳位电压，第二钳位三极管15和钳位电阻19一起生成第二钳位电压。其中第一钳位电压为第一运放输入，第二钳位电压为第二运放输入。
此时，运放单元1013也同时启动。运放单元包括PMOS管2和PMOS管4，NMOS管12和NMOS管13。其中PMOS管2和4应为多阱PMOS管。PMOS管2和4的栅极分别接入第一运放输入和第二运放输入。PMOS管2和4的衬底互相连接并与其源极一同接入PMOS管3的漏极。PMOS管2的漏极与NMOS管12的漏极相连接，PMOS管4的漏极与NMOS管13的漏极相连接。NMOS管12和NMOS管13的栅极相连接。NMOS管12和13的源极分别接地202。
接收到钳位电源1012生成的第一钳位电压和第二钳位电压作为同相输入端和反相输入端的输入后，生成运放输出修改305点的导通电压。同时，由于在带隙基准电流源的启动电路中，运放能够叠加正负温度系数，从而消除整个电路的温度系数，因此，运放会生成反馈并使得第一运放输入和第二运放输入的输入电平相等。
经过导通单元1011、钳位单元1012和运放单元中的多次输入反馈后，305点的导通电压会稳定为一个固定电压值，此时电流输出管7输出的偏置电流稳定。
最后，在电流源启动后，启动电路102为了不影响带隙基准电流源的正常运行，会导通第一控制管8，并使得第一控制管8中流过的电流值超过镜像电流输入管16。
优选地，第一控制管和镜像电流输入管的沟道长宽比固定，且沟道长宽比使得第一控制管导通时的源漏极电流大于镜像电流输入管的源漏极电流。
因此，306点的电压会被拉高从而使第一启动电流输出管9和第二启动电流输出管10进入截止状态。当第一启动电流输出管9和第二启动电流输出管10进入截止状态后，基准电路101不再接收到启动电路102的启动电流，因而，可以不受干扰的输出稳定的偏置电流。此时，启动电路关闭。
本公开第一实施例中的启动电路102可以较好地识别到微功耗的电流，并能够基于微功耗电流启动带隙基准电流源。同时，启动电路102还可以根据识别到带隙基准电流源已经启动，从而关闭启动电路102，防止对带隙基准电流源造成影响，从而干扰偏置电流。本公开中的启动电路102适合用于微功耗的环境中，提供准确开启或关闭的启动电流。
本公开还提供了更优的第二实施例。图2为本发明另一实施例中一种微功耗的电流基准启动电路。如图2所示，在第二实施例中，可以挂接额外的一个控制管，该控制管可以为多阱NMOS管。
优选地，启动电路102还包括第二控制管20，第二控制管20栅极接电流输入管17和镜像电流输入管16的栅极，漏极接导通电压305，衬底接地202，源极接钳位单元1012中的第一运放输入301。
优选地，第二控制管20在识别到预启动电流后，进入导通状态。第二控制管20在导通状态中，识别到基于导通单元1011、钳位单元1012和运放单元1013确定的导通电压后，降低并持续提供导通电压305。此时，由于第二控制管20的源极与衬底之间具有的电压为第一钳位三极管14的电压，在该刚刚开始启动的状态下，其电流较小，第二控制管20的源极与衬底之间具有的电压差较小，因而其背栅效应不严重，此时第二控制管20的阈值电压较低，因此始终导通。而当第二控制管20在识别到第一运放输出301后，进入截止状态。
具体的，第二控制管20在启动电路102尚未启动时，会根据识别到的预启动电流进入导通状态。在第一实施例中，仅需要通过导通单元1011、钳位单元1012和运放单元1013来对导通电压进行确定。而在第二实施例中，由于第二控制管20的漏极也同时接入了导通电压305，因此，当其导通时，会参与到导通电压305的确定过程中。并且，由于第二控制管20在导通的情况下，其源漏极电流较大，电压较小，因此导通电压305受到第一钳位电压301的影响较大。因此，在增加了第二控制管20的电路中，导通电压305比较第一实施例中有所降低。
当第一控制管8识别到导通电压后，306点电压升高并使得第一启动电流输出管9和第二启动电流输出管10截止。此时启动电流303消失。
在微功耗状态中，运放单元1013通常会在接收到来自PMOS管3的电压一段时间后才能够充电结束并导通运放单元中的PMOS管2和PMOS管4，从而启动运放单元。然而，通常为了使得第一控制管8更加准确地控制第一启动电流输出管9和第二启动电流输出管10的导通和截止，会预设第一控制管的沟道长宽比，从而在微功耗状态下更易于及时截止第一启动电流输出管9和第二启动电流输出管10。
此时，无论第一控制管8是否处于导通状态，第二控制管20都会持续导通并为运放单元持续提供导通电压。由于第二实施例中增加的第二控制管20，运放单元1011中可以采用导通时间更久的运放。
同时，第二控制管20因其背栅效应也不会在启动结束时对电流源造成影响。如上文中所述，第二控制管20的源极和衬底之间具有电压差。该电压差是由第一钳位三极管14的发射极和集电极之间的电压。当电路启动之后，该电压作为第一运放输入具有稳定的电压，该稳定电压与电路启动之前相比，其背栅效应较大。因而，第二控制管20的阈值电压升高，启动电路102提供同样的预启动电流时，其栅极电压小于阈值电压从而使得第二控制管20截止。
由于本公开第二实施例中，使用了第二控制管20，从而延长了运放单元1012的启动时间，因此在准确确定第一控制管的启动电流输出的准确时间的同时，还能够延长运放单元的启动时间，从而防止了微功耗环境下的启动异常。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种微功耗的电流基准启动电路，不仅能够基于第一控制管根据输入的微功耗电流控制基准电流源的开启与关闭，而且能够基于第二控制管为基准电流源提供持续的电流输入，以保证基准电流源的正常启动。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微功耗的电流基准启动电路，包括基准电路和启动电路，其特征在于：
所述基准电路，包括导通单元、钳位单元、运放单元和电流输出管；其中，
所述导通单元用于接收所述启动电路的启动电流并导通所述钳位单元和所述运放单元，所述钳位单元用于确定运放单元中第一运放输入和第二运放输入的钳位电压，所述运放单元用于接收到所述第一运放输入和第二运放输入后反馈电压补偿；所述电流输出管，根据所述导通单元、钳位单元和运放单元确定的导通电压，确定输出的偏置电流；
所述启动电路，用于在微功耗状态下基于预启动电流为所述基准电路提供启动电流以启动基准电路，并在识别到电路启动后断开所述启动电流。
2.根据权利要求2中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，包括基准电路和启动电路，其特征在于：
所述启动电路包括限流电阻、电流输入管、镜像电流输入管、第一启动电流输出管、第二启动电流输出管和第一控制管；其中，
所述限流电阻一端接电源电压，另一端同时连接电流输出管的漏极和栅极；
所述电流输出管源极接地，栅极和漏极与镜像电流输出管的栅极相连接；
所述镜像电流输出管源极接地，漏极分别与第一启动电流输出管、第二启动电流输出管的栅极相连接，并与第一控制管的漏极相连接；
所述第一启动电流输出管源极接电源电压，漏极为所述启动电流的输出端；
所述第二启动电流输出管源极接电源电压，漏极接所述运放单元；
所述第一控制管源极接电源电压，栅极并联至所述导通电压。
3.根据权利要求2中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，其特征在于：
所述预启动电流为微功耗电流，且I＝(Vdd-Vt)/R，其中，I为预启动电流，Vdd为电源电压，Vt为电流输入管电压，R为限流电阻阻值。
4.根据权利要求3中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，其特征在于：
所述第一控制管在识别到所述导通电压前，处于截止状态；
所述第一启动电流输出管和第二启动电流输出管识别到所述预启动电流后，基于控制电压，导通所述第一启动电流输出管和第二启动电流输出管以输出启动电流。
5.根据权利要求4中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，其特征在于：
所述第一控制管在识别到所述导通电压后，进入导通状态并截止所述第一启动电流输出管和第二启动电流输出管以断开所述启动电流。
6.根据权利要求4或5中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，其特征在于：
预设所述第一控制管和所述镜像电流输入管的沟道长宽比，使得所述第一控制管导通时的源漏极电流大于镜像电流输入管的源漏极电流。
7.根据权利要求2中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，其特征在于：
所述启动电路还包括第二控制管，所述第二控制管栅极接电流输入管和镜像电流输入管的栅极，漏极接所述导通电压，衬底接地，源极接所述钳位单元中的所述第一运放输入。
8.根据权利要求6中所述的一种微功耗的电流基准启动电路，其特征在于：
所述第二控制管在识别到所述预启动电流后，进入导通状态；
所述第二控制管在导通状态中，识别到基于所述导通单元、钳位单元和运放单元确定的导通电压后，降低并持续提供所述导通电压；
所述第二控制管在识别到所述第一运放输出后，进入截止状态。
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