CN211979539U - 一种采样保持的超低功耗带隙基准电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种采样保持的超低功耗带隙基准电路，其包括采样保持基准电路、误差放大器、功率级电路、超低静态电压电流基准和低压保护模块，超低静态电压电流基准与低压保护模块，用于提供参考电压，误差放大器的电压输入端与采样保持基准电路的电压输出端连接，用于获取快速启动的基准电压，误差放大器的电压输入端的另一接口连接到输出电压的反馈网络，误差放大器的电压输出端与功率级电路连接，反馈网络的电压输出端与功率级电路的电压输出端连接，输出稳定的电压。本实用新型通过采样保持基准电路可以加快加快电路启动速度，在带隙基准关闭期间，可使基准电压保持在1.5%电压精度范围之内，兼顾了电压精度和静态电流，适用于超低功耗设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路设计领域，具体涉及一种采样保持的超低功耗带隙基准电路。
背景技术
手持式设备越来越发达便捷的时代，低功耗是芯片设计的至关重要的研究课题。带隙基准作为芯片的基准源参考电路，一般在低功耗模式时也是需要开启，因此超低功耗的带隙基准电路具有很重要的意义。
在芯片的电源管理***中，输出电压的精度要求较高，需要高精度电压基准。超低功耗电压基准相对于普通功耗电压基准，精度较差。在高温条件下，晶体管的漏电急剧增加到纳安级别，使得漏电流严重影响超低功耗电压基准的精度。在高温条件下，超低功耗电压基准精度很难保证。超低功耗电压基准的另一个问题是抗噪声能力弱。比如一个典型的静态电流为100nA的电压基准，其环路单位增益带宽大约为几ｋＨｚ，而电源管理***由于周期性的功率开关动作，存在较大的噪声。如图1所示，电压基准连接到电源***的误差放大器输入端，误差放大器输入端的另一端则连接到输出电压的反馈网络。由于误差放大器输入对管寄生电容的影响，反馈电压的扰动会带来较大的噪声干扰。对于超低功耗电压基准或超低功耗电压缓冲电路来说，由于环路带宽和调整能力有限，干扰噪声会带来较大电压波动，这一踢回噪声会影响到电压基准精度以及其他电路模块。
实用新型内容
为了解决上述技术存在的缺陷，本实用新型提供一种采样保持的超低功耗带隙基准电路，能得到较高精度的参考电压，又能降低平均静态电流。
本实用新型实现上述技术效果所采用的技术方案是：
一种采样保持的超低功耗带隙基准电路，包括：采样保持基准电路、误差放大器、功率级电路、超低静态电压电流基准和低压保护模块，所述超低静态电压电流基准与所述低压保护模块，用于提供参考电压，所述误差放大器的电压输入端与所述采样保持基准电路的电压输出端连接，用于获取快速启动的基准电压，所述误差放大器的电压输入端的另一接口连接到输出电压的反馈网络，所述误差放大器的电压输出端与所述功率级电路连接，所述反馈网络的电压输出端与所述功率级电路的电压输出端连接，输出稳定的电压。
优选地，在上述的采样保持的超低功耗带隙基准电路中，所述采样保持基准电路包括采样保持电路和快速启动的带隙基准电路，所述快速启动的带隙基准电路与所述采样保持电路连接，所述采样保持电路与所述误差放大器的电压输入端连接。
优选地，在上述的采样保持的超低功耗带隙基准电路中，所述快速启动的带隙基准电路输出的带隙基准每过20ms唤醒一次，用于刷新所述采样保持电路中的保持电容Ｃhold上的基准电压。
优选地，在上述的采样保持的超低功耗带隙基准电路中，在带隙基准关闭期间，所述采样保持电路中的保持电容Ｃhold使用20pF的电容，用于维持基准电压保持在1.5%电压精度范围。
优选地，在上述的采样保持的超低功耗带隙基准电路中，在所述快速启动的带隙基准电路中的电容Ｃc的电压过低时，通过所述超低静态电压电流基准对所述快速启动的带隙基准电路中的晶体管MN1的栅极进行了预充电，所述晶体管MN1管通过所述快速启动的带隙基准电路中的晶体管MN3在启动时将所述电容Ｃc快速上拉。
优选地，在上述的采样保持的超低功耗带隙基准电路中，在输出电压稳定后，所述采样保持电路使用5us的采样时间，对所述采样保持电路中的保持电容Ｃhold上的基准电压进行刷新。
本实用新型的有益效果为：本实用新型通过采样保持基准电路可以加快加快电路启动速度，输出的带隙基准每过20ms会唤醒一次，用于刷新采样保持基准电路中电容Ｃhold上的基准电压，在带隙基准关闭期间，可保持该电容Ｃhold使用20pF的电容使基准电压保持在1.5%电压精度范围之内，兼顾了电压精度和静态电流，适用于超低功耗设计。
附图说明
图1为普通电压基准连接到电源***的踢回噪声干扰路径示意图；
图2为本实用新型的模块结构图；
图3为本实用新型所述采样保持基准电路的电路图。
具体实施方式
为使对本实用新型作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图2所示，本实用新型实施例提出的一种采样保持的超低功耗带隙基准电路，包括：采样保持基准电路、误差放大器、功率级电路、超低静态电压电流基准和低压保护模块。超低静态电压电流基准与低压保护模块，用于提供参考电压。误差放大器的电压输入端与采样保持基准电路的电压输出端连接，用于获取快速启动的基准电压。误差放大器的电压输入端的另一接口连接到输出电压的反馈网络，误差放大器的电压输出端与功率级电路连接。反馈网络的电压输出端与功率级电路的电压输出端连接，输出稳定的电压。
进一步地，在本实用新型的优选实施例中，如图2所示，该采样保持基准电路包括采样保持电路和快速启动的带隙基准电路，快速启动的带隙基准电路与采样保持电路连接，采样保持电路与误差放大器的电压输入端连接。如图3所示，快速启动的带隙基准电路输出的带隙基准每过20ms唤醒一次，用于刷新采样保持电路中的保持电容Ｃhold上的基准电压。在带隙基准关闭期间，采样保持电路中的保持电容Ｃhold使用20pF的电容，用于维持基准电压保持在1.5%电压精度范围。在快速启动的带隙基准电路中的电容Ｃc的电压过低时，通过超低静态电压电流基准对快速启动的带隙基准电路中的晶体管MN1的栅极进行了预充电。晶体管MN1管通过快速启动的带隙基准电路中的晶体管MN3在启动时将电容Ｃc快速上拉。在输出电压稳定后，采样保持电路使用5us的采样时间，对采样保持电路中的保持电容Ｃhold上的基准电压进行刷新。
如图2所示，误差放大器的基准电压使用快速启动的带隙基准电路输出的电压基准，当电压基准稳定后，使用采样保持电路将电压基准采样到保持电容Ｃhold上。在电压基准采样完成后，关闭电压基准以节省功耗。误差放大器的基准电压通过使用采样保持后的电压，从而杜绝了踢回噪声的影响。超低静态电流电压基准只给较为“安静”的低压保护模块提供参考电压。通过使用采样保持基准电路输出的稳定的电压基准，即能得到较高精度的参考电压，又能降低平均静态电流。
进一步地，如图3所示，采样保持基准电路用于产生PMF比较器的输出参考电压，由于参考电压需要在休眠状态下使用，该参考电压需要一直保持存在。普通结构带隙基准的静态电流虽然也能做到纳安级别，但是版图面积大，同时精度不高。如图3所示的采样保持基准电路兼顾了电压精度和静态电流，适用于超低功耗设计。快速启动的带隙基准电路输出的带隙基准20ｍｓ会唤醒一次，用于刷新保持电容Ｃhold上的基准电压。在带隙基准关闭期间，保持电容Ｃhold使用20pF的电容，用于维持基准电压保持在1.5%电压精度范围之内。当20ms计时器触发时，带隙基准电路启动。为了加快电路启动速度，当电容Ｃc的电压过低时，由于电路对MN1的栅极进行了预充电，MN1管通过MN3在启动时将Ｃc快速上拉，从而加快启动速度。快启动带隙基准能够在t1=20us内将输出电压达到1.5%的精度，当输出电压稳定之后，使用t2=5us的采样时间，对保持电容Ｃhold上的基准电压进行刷新。
综上所述，本实用新型通过采样保持基准电路可以加快加快电路启动速度，输出的带隙基准每过20ms会唤醒一次，用于刷新采样保持基准电路中电容Ｃhold上的基准电压，在带隙基准关闭期间，可保持该电容Ｃhold使用20pF的电容使基准电压保持在1.5%电压精度范围之内，兼顾了电压精度和静态电流，适用于超低功耗设计。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内，本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种采样保持的超低功耗带隙基准电路，其特征在于，包括：采样保持基准电路、误差放大器、功率级电路、超低静态电压电流基准和低压保护模块，所述超低静态电压电流基准与所述低压保护模块，用于提供参考电压，所述误差放大器的电压输入端与所述采样保持基准电路的电压输出端连接，用于获取快速启动的基准电压，所述误差放大器的电压输入端的另一接口连接到输出电压的反馈网络，所述误差放大器的电压输出端与所述功率级电路连接，所述反馈网络的电压输出端与所述功率级电路的电压输出端连接，输出稳定的电压。
2.根据权利要求1所述的采样保持的超低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述采样保持基准电路包括采样保持电路和快速启动的带隙基准电路，所述快速启动的带隙基准电路与所述采样保持电路连接，所述采样保持电路与所述误差放大器的电压输入端连接。
3.根据权利要求2所述的采样保持的超低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述快速启动的带隙基准电路输出的带隙基准每过20ms唤醒一次，用于刷新所述采样保持电路中的保持电容Ｃhold上的基准电压。
4.根据权利要求2所述的采样保持的超低功耗带隙基准电路，其特征在于，在带隙基准关闭期间，所述采样保持电路中的保持电容Ｃhold使用20pF的电容，用于维持基准电压保持在1.5%电压精度范围。
5.根据权利要求2所述的采样保持的超低功耗带隙基准电路，其特征在于，在所述快速启动的带隙基准电路中的电容Ｃc的电压过低时，通过所述超低静态电压电流基准对所述快速启动的带隙基准电路中的晶体管MN1的栅极进行了预充电，所述晶体管MN1管通过所述快速启动的带隙基准电路中的晶体管MN3在启动时将所述电容Ｃc快速上拉。
6.根据权利要求2所述的采样保持的超低功耗带隙基准电路，其特征在于，在输出电压稳定后，所述采样保持电路使用5us的采样时间，对所述采样保持电路中的保持电容Ｃhold上的基准电压进行刷新。
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| CN202020952802.3U CN211979539U (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 一种采样保持的超低功耗带隙基准电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115016588A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-06 | 南京英锐创电子科技有限公司 | 用于带隙基准电路的启动电路及启动方法 |
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| CN115016588B (zh) * | 2022-07-22 | 2023-10-10 | 南京英锐创电子科技有限公司 | 用于带隙基准电路的启动电路及启动方法 |
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