低功耗高精度基准源的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及一种低功耗高精度基准源。


背景技术：

2.基准源，一般指基准电压源，是指在模拟集成电路中用来作为其他电路基准的高精度、低温度系数的基准源，是当代模拟集成电路极为重要的组成部分。作为模拟集成电路的关键电路单元，基准源被广泛应用于振荡器、pll、ad/da转换器等电路中。而在低功耗应用领域，低功耗的基准源是模拟电路必不可少的基本部件，其性能直接影响着电路的功耗、电源抑制比、开环增益以及温度等特性。
3.其中，带隙基准电压源(bandgap)是常见的基准源之一。图1为传统带隙基准电压源电路图，如图1所示，传统的带隙基准电压源由三极管、运放和电阻等组成。然而，传统的带隙基准电压源满足低功耗需求时，其电阻需要选用几兆欧姆以上的电阻，而这类电阻会占用大量的面积，不利于基准源以及后续供电设备的面积体积控制。
4.由此可见，传统的基准源在适配低功耗领域时还存在以上不足。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统的基准源在适配低功耗领域时还存在的不足，提供一种低功耗高精度基准源。
6.一种低功耗高精度基准源，包括：
7.电源电压检测电路，用于检测电源电压，并根据电源电压输出控制信号；
8.由半导体器件构成的调整电路，用于根据电源电压输出工作电压，并根据控制信号调整半导体器件的状态，以调整工作电压；
9.由半导体器件构成的基准电路，用于根据工作电压输出基准输出电压。
10.上述的低功耗高精度基准源，包括了电源电压检测电路、由半导体器件构成的调整电路和基准电路。其中，电源电压检测电路根据电源电压输出控制信号，调整电路控制信号调整半导体器件的状态，以调整工作电压。最后由基准电路根据工作电压输出基准输出电压，以满足基准电压源的基准输出需求。基于此，通过半导体器件的构成，替换原有基准源中大电阻的配置，便于降低基准源的体积，以及后续供电设备例如芯片的体积面积等。
11.在其中一个实施例中，还包括：
12.trim电路，用于修正基准输出电压。
13.在其中一个实施例中，电源电压检测电路用于在电源电压高于预设电压阈值时，输出逻辑高电平信号作为控制信号，否则输出逻辑低电平信号作为控制信号。
14.在其中一个实施例中，电源电压检测电路包括：
15.漏极与源极依次连接的多个pmos管，源极一侧用于接入电源电压，各pmos管的栅极均用于接地；
16.漏极与源极依次连接的多个nmos管，源极一侧用于接地，各nmos管的栅极均用于
接入电源电压；
17.开关nmos管，源极用于接地，漏极与栅极相连接，漏极还连接多个pmos管的漏极一侧；
18.开关pmos管，源极用于接入电源电压，栅极连接开关nmos管的漏极，漏极还连接多个nmos管的漏极一侧；
19.运算放大器，输入端连接开关pmos管的漏极，输出端用于输出控制信号。
20.在其中一个实施例中，调整电路用于在控制信号为逻辑高电平时，将工作电压调整为第一电压，在控制信号为逻辑低电平时，将工作电压调整为第二电压；其中，第二电压大于第一电压。
21.在其中一个实施例中，调整电路包括：
22.第一pmos管，源极用于接入电源电压，栅极连接漏极；
23.第二pmos管，源极连接第一pmos管的漏极，漏极连接栅极，漏极还用于输出工作电压；
24.第三pmos管，栅极用于接入控制信号，源极连接第一pmos管的源极，漏极连接第一pmos管的漏极。
25.在其中一个实施例中，基准电路包括：
26.由半导体器件构成的电流镜电路，用于产生镜像电流，并根据镜像电流输出基准输出电压；
27.启动电路，用于启动电流镜电路。
28.在其中一个实施例中，电流镜电路包括构成电流镜的一组pmos管和一组nmos管；
29.其中，一组pmos管用于镜像一组nmos管中一被启动的特定nmos管的电流；一组pmos管栅极电压、源极电压与特定nmos管构成闭环。
30.在其中一个实施例中，特定nmos管工作在强反型的三极管区；
31.电流镜电路中除特定nmos管外的各mos管均工作在亚阈值区。
32.在其中一个实施例中，启动电路包括：
33.漏极与源极依次连接的多个pmos管，源极一侧用于接入工作电压，各pmos管的栅极均连接特定nmos管的栅极；
34.第一启动nmos管，栅极连接特定nmos管的栅极，漏极连接漏极与源极依次连接的多个pmos管的源极一侧，源极用于接地；
35.第二启动nmos管，栅极连接第一启动nmos管的漏极，漏极连接电流镜电路，源极用于接地。
附图说明
36.图1为传统带隙基准电压源电路图；
37.图2为一实施方式的低功耗高精度基准源模块结构图；
38.图3为一实施方式的电源电压检测电路图；
39.图4为一实施方式的调整电路图；
40.图5为另一实施方式的低功耗高精度基准源模块结构图；
41.图6为一实施方式的基准电路图。
具体实施方式
42.为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
43.本实用新型实施例提供了一种低功耗高精度基准源。
44.图2为一实施方式的低功耗高精度基准源模块结构图，如图2所示，一实施方式的低功耗高精度基准源包括电源电压vcc检测电路100、调整电路101和基准电路102：
45.电源电压vcc检测电路100，用于检测电源电压vcc，并根据电源电压vcc输出控制信号vctrl；
46.由半导体器件构成的调整电路101，用于根据电源电压vcc输出工作电压vdd，并根据控制信号vctrl调整半导体器件的状态，以调整工作电压vdd；
47.由半导体器件构成的基准电路102，用于根据工作电压vdd输出基准输出电压vref。
48.如图2所示，电源电压vcc用于为调整电路101的工作电压vdd提供基础。在基准源中，电源电压vcc在较宽范围内变化，包括从2v-5.5v。因此，电源电压vcc的变化会影响工作电压vdd的稳定，进而影响基准输出电压vref的稳定，导致基准源难以满足高精度的工作电压vdd需求。
49.基于此，通过电源电压vcc检测电路100检测电源电压vcc，在根据电源电压vcc的不同输出不同的控制信号vctrl，以便于调整电路101调整工作电压vdd，保证在各电源电压vcc大小下工作电压vdd的稳定。在其中一个实施例中，调整电路101用于输出0.8v-1.8v的工作电压vdd。
50.在其中一个实施例中，电源电压vcc检测电路100用于在电源电压vcc高于预设电压阈值时，输出逻辑高电平信号作为控制信号vctrl，否则输出逻辑低电平信号作为控制信号vctrl。
51.其中，预设电压阈值包括3v-4v。作为一个较优的实施方式，预设电压阈值为3.3v。在电源电压vcc高于3.3v时，输出逻辑高电平信号作为控制信号vctrl，否则输出逻辑低电平信号作为控制信号vctrl。
52.在其中一个实施例中，电源电压vcc检测电路100包括电压采样电路，电压采样电路根据对电源电压vcc的采样进行逻辑电平信号输出。
53.在其中一个实施例中，图3为一实施方式的电源电压vcc检测电路100图，如图3所示，电源电压vcc检测电路100包括：
54.漏极与源极依次连接的多个pmos管(mp1-mpn)，源极一侧用于接入电源电压vcc，各pmos管(mp1-mpn)的栅极均用于接地；
55.漏极与源极依次连接的多个nmos管(mn1-mnn)，源极一侧用于接地，各nmos管(mn1-mnn)的栅极均用于接入电源电压vcc；
56.开关nmos管mnk，源极用于接地，漏极与栅极相连接，漏极还连接多个pmos管的漏极一侧；
57.开关pmos管mpk，源极用于接入电源电压vcc，栅极连接开关nmos管的漏极，漏极还连接多个nmos管的漏极一侧；
58.运算放大器，输入端连接开关pmos管mpk的漏极，输出端用于输出控制信号vctrl。
59.如图3所示，通过各nmos管或pmos管的导通关断，在运算放大器输出逻辑高电平信号或逻辑低电平信号。在其中一个实施例中，逻辑高电平信号用于满足后续各半导体器件的导通条件。以半导体器件为mos管为例，逻辑高电平信号的输入mos管栅极时，可满足与源极的导通电压v
gs
导通条件。
60.调整电路101接入电源电压vcc，根据控制信号vctrl调整电源电压vcc，抑制电源电压vcc的变化对工作电压vdd的影响。在其中一个实施例中，调整电路101选用可控分压网络，根据可控分压网络对电源电压vcc进行分压调整，保证工作电压vdd的相对稳定。
61.在其中一个实施例中，调整电路101用于在控制信号vctrl为逻辑高电平时，将工作电压vdd调整为第一电压，在控制信号vctrl为逻辑低电平时，将工作电压vdd调整为第二电压；其中，第二电压大于第一电压。
62.在其中一个实施例中，通过半导体器件实现可控分压网络，通过控制信号vctrl对半导体器件的导通或关断，调整半导体器件自身电阻在电源电压vcc分压中的作用，对电源电压vcc进行分压处理，输出不同的工作电压vdd。
63.在其中一个实施例中，图4为一实施方式的调整电路101图，如图4所示，调整电路101包括：
64.第一pmos管m1，源极用于接入电源电压vcc，栅极连接漏极；
65.第二pmos管m2，源极连接第一pmos m1管的漏极，漏极连接栅极，漏极还用于输出工作电压vdd；
66.第三pmos管m3，栅极用于接入控制信号vctrl，源极连接第一pmos管m1的源极，漏极连接第一pmos管m1的漏极。
67.如图4所示，ctrl信号为逻辑高电平信号时，第三pmos管m3关断，工作电压vdd为电源电压vcc减两个mos管v
gs
，控制信号vctrl为逻辑低电平信号时，第三pmos管m3开启，工作电压vdd为电源电压vcc电压减一个mos管v
gs
，这样，在电源电压vcc在较宽范围内变化时(5.5v～2v)可以使工作电压vdd保持在较稳定的电压水平(1.8v～0.8v)，满足高精度基准源的工作电压vdd需求。
68.基于稳定的工作电压vdd，基准电路102对工作电压vdd进行处理，输出稳定的基准输出电压vref。
69.其中，基准电路102由半导体器件构成，半导体器件包括二极管、mos管或三极管等。通过半导体器件的电阻特性，替代传统基准源中的大体积高阻值电阻。
70.在其中一个实施例中，图5为另一实施方式的低功耗高精度基准源模块结构图，如图5所示，基准电路102包括：
71.由半导体器件构成的电流镜电路200，用于产生镜像电流，并根据镜像电流输出基准输出电压vref；
72.启动电路201，用于启动电流镜电路200。
73.其中，启动电路201根据工作电压vdd，启动电流镜电路200并产生待镜像电流。由电流镜电路200镜像待镜像电流，得到镜像电流。基于镜像电流，根据固定输出电阻完成基准输出电压vref输出。
74.在其中一个实施例中，图6为一实施方式的基准电路102图，如图6所示，电流镜电
路200包括构成电流镜的一组pmos管(mpl1-mpl10)和一组nmos管(mnl1-mnl10)；
75.其中，一组pmos管(mpl1-mpl10)用于镜像一组nmos管(mnl1-mnl10)中一被启动的特定nmos管mnl10的电流；一组pmos管(mpl1-mpl10)栅极电压、源极电压与特定nmos管mnl10构成闭环。
76.在其中一个实施例中，如图6所示，启动电路201包括：
77.漏极与源极依次连接的多个pmos管(mpl11-mpl13)，源极一侧用于接入工作电压vdd，各pmos管的栅极均连接特定nmos管mnl10的栅极；
78.第一启动nmos管mnl11，栅极连接特定nmos管mnl10的栅极，漏极连接漏极与源极依次连接的多个pmos管(mpl11-mpl13)的源极一侧，源极用于接地；
79.第二启动nmos管mnl12，栅极连接第一启动nmos管mnl11的漏极，漏极连接电流镜电路200，源极用于接地。
80.如图6所示，电流镜电路200采用自适应的偏置技术，用一个工作在线性区的特定nmos管mnl10代替传统的电阻，产生一个电流待镜像电流。偏置电压子电路通过一组pmos管(mpl1-mpl10)构成的pmos电流镜镜像电流，并且产生一个基准输出电压vref的输出。偏置电压子电路由一个mos管和两个源极耦合对构成。在偏置电压子电路中的栅极和源极两极电压和电流源子电路中的特定nmos管mnl10构成了一个闭环的形式。
81.在其中一个实施例中，除了特定nmos管mnl10外各mos管均工作在亚阈值区。特定nmos管mnl10工作在强反型的三极管区。基于此，电流镜电路200具有两个相反温度系数的电压，将两种温度系数的电压结合起来，可产生一个与温度没有关系的基准输出电压vref，保障基准输出电压vref的稳定。
82.在其中一个实施例中，如图5所示，另一实施方式的低功耗高精度基准源还包括：
83.trim电路300，用于修正所述基准输出电压vref。
84.如图5所示，trim电路300串接在工作电压vdd与基准输出电压vref时间，以修正基准输出电压vref。
85.上述任一实施例的低功耗高精度基准源，包括了电源电压vcc检测电路100、由半导体器件构成的调整电路101和基准电路102。其中，电源电压vcc检测电路100根据电源电压vcc输出控制信号vctrl，调整电路101控制信号vctrl调整半导体器件的状态，以调整工作电压vdd。最后由基准电路102根据工作电压vdd输出基准输出电压vref，以满足基准电压源的基准输出需求。基于此，通过半导体器件的构成，替换原有基准源中大电阻的配置，便于降低基准源的体积，以及后续供电设备例如芯片的体积面积等。
86.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
87.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。