CN217606302U - 一种电压偏置电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及射频前端芯片技术领域,公开了一种电压偏置电路，包括提供基准电压的带隙基准电路；与带隙基准电路组成电流镜电路的MOS管P3；线性稳压电路，包括运算放大器OPA2、MOS管P4、电阻R3、电阻R4和电阻R5，运算放大器OPA2的输出端与MOS管P4的栅极电连接，MOS管P4的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端分别与运算放大器OPA2的第二输入端和电阻R4一端电连接，电阻R4另一端分别与MOS管P3的漏极和电阻R5一端电连接，电阻R5另一端接地；在实际使用时，通过使用本实用新型，在实现电压偏置电路的输出电压分档值和分档温度系数调节的基础上，降低了电压偏置电路的复杂性和减小了电路面积。

Description

一种电压偏置电路

技术领域

本实用新型涉及射频前端芯片技术领域，具体涉及一种正负温度系数和电压档位独立调节的电压偏置电路。

背景技术

在集成电路设计中,许多电路都需要电压偏置电路来提供基准电压,电压偏置电路的性能好坏直接影响集成电路的性能好坏。现有电压偏置电路包括带隙基准电路和低压差稳压电路,带隙基准电路用于提供确定电压温度系数的基准电压,低压差稳压电路基于基准电压输出稳定的输出电压。然而由于带隙基准电路提供的基准电压大小与电压温度系数关联,即基准电压随着电压温度系数的变化而变化,所以低压差稳压电路的输出电压随着电压温度系数的变化而变化，从而导致电压偏置电路的电压值与电压温度系数无法独立调节。

为了解决现有电压偏置电路存在的不足，如图1所示，现有电压偏置电路包括带隙基准电路、基准电流调节模块1和电流转换模块2，基准电流转换模块是将带隙基准电路输出的电压温度系数为0的基准电压转换为基准电流,电流调节模块基于基准电流输出电压温度系数为0的大小和/或方向可调节的电流，低压差稳压电路的同相输入端连接电流调节模块的输出端以实现独立调节电压值的目的,低压差稳压电路的反相输入端与带隙基准电路的电压温度系数不为0的电压输出端连接以实现独立调节电压温度系数的目的,最终使得电压偏置电路能够独立调节电压值与电压温度系数。

然而该电压偏置电路在实际使用时存在以下不足：由于额外引入电流转换电路和电流调节模块，会增加整体电路复杂度，浪费芯片面积，不利于工程实际应用；新加模块必然带来每个模块引入的随机误差，对最终输出电压值的精度要求有影响；另外由于该电压偏置电路需要输出不同档位电压即VREF1和VREF2，因此需要考虑运算放大器OPA1和运算放大器OPA2的输入共模电压电平抑制比，会对最终输出电压值的精度要求有影响。

实用新型内容

鉴于背景技术的不足，本实用新型是提供了一种电压偏置电路，来解决背景技术中现有电压偏置电路存在的不足。

为解决以上技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：一种电压偏置电路，包括

提供基准电压的带隙基准电路；

MOS管P3，与所述带隙基准电路组成电流镜电路，MOS管P3的漏极输出电流I1；

电流镜阵列，包括输入端和输出端，所述输入端与所述MOS管P3的漏极电连接，所述电流I1输入到所述电流镜阵列；

线性稳压电路，包括运算放大器OPA2、MOS管P4、电阻R3、电阻R4和电阻R5，所述基准电压输入到所述运算放大器OPA2的第一输入端，所述运算放大器OPA2的输出端与MOS管P4的栅极电连接，MOS管P4的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端分别与运算放大器OPA2的第二输入端和电阻R4一端电连接，电阻R4另一端与电流镜阵列的输出端和电阻R5一端电连接，电阻R5另一端接地。

在某种实施方式中，所述MOS管P3和MOS管P4均为PMOS管。

在某种实施方式中，所述运算放大器OPA2的第一输入端为运算放大器OPA2的负输入端；所述运算放大器OPA2的第二输入端为运算放大器OPA2的正输入端。

在某种实施方式中，所述带隙基准电路包括MOS管P1、二极管D1、MOS管P2、电阻R1、电阻R2、二极管D2和运算放大器OPA1；

所述MOS管P1的源极分别与MOS管P2的源极、MOS管P3的源极和MOS管P4的源极电连接；MOS管P1的漏极分别与二极管D1的正极和运算放大器OPA1的第一输入端电连接；二极管D1的负极接地；

所述MOS管P2的漏极分别与电阻R1一端和运算放大器OPA2的第一输入端电连接；电阻R1另一端与分别与电阻R2一端和运算放大器OPA1的第二输入端电连接；电阻R2另一端通过二极管D2接地；

运算放大器OPA1的输出端分别与MOS管P1的栅极、MOS管P2的栅极和MOS管P3的栅极电连接。

在某种实施方式中，所述MOS管P1和MOS管P2均为PMOS管。

在某种实施方式中，所述运算放大器OPA1的第一输入端为运算放大器OPA1的负输入端；所述运算放大器OPA1的第二输入端为运算放大器OPA1的正输入端。

本实用新型调节最终输出电压Vout的原理如下：

将电阻R3与电阻R4电连接的一端作为节点X，将电阻R4与电阻R5电连接的一端作为节点Y，带隙基准电路输入到线性稳压电路的电压大小为VREF，电流镜阵列输入到节点Y的电流为Iptat，由于运算放大器OPA2的电压钳位作用，节点X的电压大小等于VREF，此时节点Y的电压VY＝(VX/R3+Iptat)*Rc＝(VREF/R3+Iptat)*Rc，其中Rc＝R4//R5；

需要说明的是，电阻R3与MOS管P4的漏极电连接的一端输出电压Vout，而Vout＝VREF+(VX-VY)*(R3/R4)。结合电压VY的公式，可以得到Vout＝[1+(1-Rc/R4)*(R3/R4)]*VREF-Iptat*Rc*(Rc/R4)，需要说明的是电流Iptat是有方向性的，灌电流输入为正，拉电流输出为负，在该公式中第一项为零温度系数电压部分，第二项为温度系数信息的电压部分。通过调节R4/R5的比例即可以实现调节得到预想得到的正负温度系数分档的电压。然后调节电阻R1的大小便可得到预想得到的电压分档的电压。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：通过使用本实用新型，在实现电压偏置电路的输出电压分档值和分档温度系数调节的基础上，降低了电压偏置电路的复杂性和减小了电路面积。

附图说明

图1为现有电压偏置电路的电路图；

图2为实施例中的本发明的电路图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种电压偏置电路，包括

提供基准电压的带隙基准电路1；

MOS管P3，与带隙基准电路1组成电流镜电路，MOS管P3的漏极输出电流I1；

电流镜阵列3，包括输入端和输出端，输入端与MOS管P3的漏极电连接，电流I1输入到电流镜阵列3；

线性稳压电路2，包括运算放大器OPA2、MOS管P4、电阻R3、电阻R4和电阻R5，基准电压输入到运算放大器OPA2的第一输入端，运算放大器OPA2的输出端与MOS管P4的栅极电连接，MOS管P4的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端分别与运算放大器OPA2的第二输入端和电阻R4一端电连接，电阻R4另一端分别与电流镜阵列3的输出端和电阻R5一端电连接，电阻R5另一端接地。

本实施例中，MOS管P3和MOS管P4均为PMOS管。

本实施例中，运算放大器OPA2的第一输入端为运算放大器OPA2的负输入端；运算放大器OPA2的第二输入端为运算放大器OPA2的正输入端。

本实施例中，带隙基准电路1包括MOS管P1、二极管D1、MOS管P2、电阻R1、电阻R2、二极管D2和运算放大器OPA1；

MOS管P1的源极分别与MOS管P2的源极、MOS管P3的源极和MOS管P4的源极电连接；MOS管P1的漏极分别与二极管D1的正极和运算放大器OPA1的第一输入端电连接；二极管D1的负极接地；

MOS管P2的漏极分别与电阻R1一端和运算放大器OPA2的第一输入端电连接；电阻R1另一端与分别与电阻R2一端和运算放大器OPA1的第二输入端电连接；电阻R2另一端通过二极管D2接地；

运算放大器OPA1的输出端分别与MOS管P1的栅极、MOS管P2的栅极和MOS管P3的栅极电连接。

图1中的带隙基准电路1输出的参考电压VREF＝Vbe+(R1/R2)*VT*ln(n)，大约为1.2V左右。其中，Vbe是二极管D2的导通压降；n为带隙基准电路1中的二极管尺寸个数之比，假设二极管D1的长度与宽度之比为a，二极管D2的长度与宽度之比为b，则n为b/a，优选地，n的值为8；VT为温度的电压当量，与热力学温度成正比,表示为VT＝(k*T)/q，T为热力学温度,单位是K，q＝1.602×10-19C，是电子的电量，k为玻耳兹曼常数。

本实施例中，MOS管P1和MOS管P2均为PMOS管。

本实施例中，运算放大器OPA1的第一输入端为运算放大器OPA1的负输入端；运算放大器OPA1的第二输入端为运算放大器OPA1的正输入端。

本实用新型调节最终输出电压Vout的原理如下：

将电阻R3与电阻R4电连接的一端作为节点X，将电阻R4与电阻R5电连接的一端作为节点Y，带隙基准电路输入到线性稳压电路的电压大小为VREF，由于运算放大器OPA2的电压钳位作用，节点X的电压大小等于VREF，电流镜阵列输入到节点Y的电流为Iptat，此时节点Y的电压VY＝(VX/R3+Iptat)*Rc＝(VREF/R3+Iptat)*Rc，Rc＝R4//R5；其中电流镜阵列3被配置于线性镜像拷贝电流I1，并输出电流Iptat，电流Iptat是正温度系数电流，对于节点Y点电流Iptat可以是灌电流也可以是下拉电流，另外单个的电流镜阵列3为现有技术，本实用新型是通过电流镜阵列3来改变输入到电气节点Y的电流方向；

需要说明的是，电阻R3与MOS管P4的漏极电连接的一端输出电压Vout，而Vout＝VREF+(VX-VY)*(R3/R4)。结合电压VY的公式，可以得到Vout＝[1+(1-Rc/R4)*(R3/R4)]*VREF-Iptat*Rc*(Rc/R4)，需要说明的是由于电流Iptat是有方向性的，灌电流输入为正，拉电流输出为负，在该公式中第一项为零温度系数电压部分，第二项为温度系数信息的电压部分。通过调节R4/R5的比例即可以实现调节得到预想得到的正负温度系数分档的电压。然后调节电阻R1的大小便可得到预想得到的电压分档的电压。

综上，通过使用本实用新型，在实现电压偏置电路的输出电压分档值和分档温度系数调节的基础上，降低了电压偏置电路的复杂性和减小了电路面积。

上述依据本实用新型为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种电压偏置电路，其特征在于，包括

提供基准电压的带隙基准电路；

MOS管P3，与所述带隙基准电路组成电流镜电路，MOS管P3的漏极输出电流I1；

电流镜阵列，包括输入端和输出端，所述输入端与所述MOS管P3的漏极电连接，所述电流I1输入到所述电流镜阵列；

线性稳压电路，包括运算放大器OPA2、MOS管P4、电阻R3、电阻R4和电阻R5，所述基准电压输入到所述运算放大器OPA2的第一输入端，所述运算放大器OPA2的输出端与MOS管P4的栅极电连接，MOS管P4的漏极与电阻R3一端电连接，电阻R3另一端分别与运算放大器OPA2的第二输入端和电阻R4一端电连接，电阻R4另一端与电流镜阵列的输出端和电阻R5一端电连接，电阻R5另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种电压偏置电路，其特征在于，所述MOS管P3和MOS管P4均为PMOS管。

3.根据权利要求1所述的一种电压偏置电路，其特征在于，所述运算放大器OPA2的第一输入端为运算放大器OPA2的负输入端；所述运算放大器OPA2的第二输入端为运算放大器OPA2的正输入端。

4.根据权利要求1所述的一种电压偏置电路，其特征在于，所述带隙基准电路包括MOS管P1、二极管D1、MOS管P2、电阻R1、电阻R2、二极管D2和运算放大器OPA1；

所述MOS管P1的源极分别与MOS管P2的源极、MOS管P3的源极和MOS管P4的源极电连接；MOS管P1的漏极分别与二极管D1的正极和运算放大器OPA1的第一输入端电连接；二极管D1的负极接地；

所述MOS管P2的漏极分别与电阻R1一端和运算放大器OPA2的第一输入端电连接；电阻R1另一端与分别与电阻R2一端和运算放大器OPA1的第二输入端电连接；电阻R2另一端通过二极管D2接地；

运算放大器OPA1的输出端分别与MOS管P1的栅极、MOS管P2的栅极和MOS管P3的栅极电连接。

5.根据权利要求4所述的一种电压偏置电路，其特征在于，所述MOS管P1和MOS管P2均为PMOS管。

6.根据权利要求4所述的一种电压偏置电路，其特征在于，所述运算放大器OPA1的第一输入端为运算放大器OPA1的负输入端；所述运算放大器OPA1的第二输入端为运算放大器OPA1的正输入端。

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