一种高精度基准电压启动电路的制作方法

1.本发明涉及模拟集成电路领域，尤其涉及一种高精度基准电压启动电路。


背景技术：

2.在模拟集成电路中，为了实现高精度的模数/数模转换，需要高精度的基准。在-40℃到125℃温度范围内，实现基准温漂≤1mv，是高精度转换器的基本要求。在工业级，已经提出了一阶补偿和二阶补偿的方法实现温漂≤1mv，但在实现高精度基准的同时，基准的启动电路通常会引入误差，导致温漂超过1mv；另外基准的启动电路，通常还伴随振铃(ring)现象，导致基准的启动过程不稳定。


技术实现要素：

3.为解决上述振铃现象问题，本发明提出了一种高精度基准电压启动电路。
4.一种高精度基准电压启动电路，包括启动电流istart，控制开关sw1，电流检测mst，参考电流iref，滤波电路和比较器电路，启动电流istart一端与电流检测mst漏极相连接，另一端与控制开关sw1连接，控制开关sw1输出端连接va节点。
5.具体的，所述电流检测mst源极与滤波电路和参考电流iref相连，连接处为vn节点，电流检测mst栅极连接输出。
6.具体的，所述比较器电路“ ”输入端与滤波电路另一端相连，
“‑”
输入端与vr正极相连，输出端与控制开关sw1相连。
7.具体的，所述控制开关sw1可为传输门或单管。
8.具体的，所述电流检测mst为电流镜，可采用单管实现或cascade结构镜像。
9.具体的，所述启动电流istart为恒流源。
10.具体的，所述滤波电路可采用电阻r-电容c结构，电容c-电阻r-电容c结构，电感l-电容c结构。
11.具体的，当电路启动时，所述启动电流istart对va节点注入电流，消除基极电流误差。
12.具体的，所述滤波电路和比较器电路在启动电路检测回路对电流注入开关进行控制，消除振铃。
13.本发明的有益效果：本发明提出了一种高精度基准电压启动电路，包括启动电流istart，控制开关sw1，电流检测mst，参考电流iref，滤波电路和比较器电路，启动电流istart一端与电流检测mst漏极相连接，另一端与控制开关sw1连接，控制开关sw1输出端连接va节点。本发明的一种高精度基准电压启动电路对va结点的电流采用电流源，控制注入的强度；另外通过滤波电路，对vn节点电压整形滤波，消除高频毛刺；通过cmp1，进一步消除噪声毛刺，从而消除振铃，解决了基准启动电路引入的误差和振铃问题，保证基准在-40℃到125℃温度范围内，实现基准温漂≤1mv；并保证基准在启动过程中无振铃问题。
附图说明
14.图1为现有技术高精度基准电压结构示意图；
15.图2为现有技术高精度基准电压结构示意图；
16.图3为现有技术高精度基准电压的温度曲线图；
17.图4为现有技术高精度基准电压启动电路原理图；
18.图5为本发明高精度基准电压启动电路的原理图；
19.图6为本发明高精度基准电压启动电路的一个实现图；
20.图7为现有迟滞比较器的传输特性原理图。
具体实施方式
21.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
22.本发明提出了一种高精度基准电压启动电路，包括启动电流istart，控制开关sw1，电流检测mst，参考电流iref，滤波电路和比较器电路，启动电流istart一端与电流检测ms t漏极相连接，另一端与控制开关sw1连接，控制开关sw1输出端连接va节点；所述电流检测mst源极与滤波电路和参考电流iref相连，连接处为vn节点，电流检测mst栅极连接输出。具体的，比较器电路“ ”输入端与滤波电路另一端相连，
“‑”
输入端与vr正极相连，输出端与控制开关sw1相连；控制开关sw1可为传输门或单管；电流检测mst为电流镜，可采用单管实现或cascade结构镜像；启动电流istart为恒流源；滤波电路可采用电阻r-电容c结构，电容c-电阻r-电容c结构，电感l-电容c结构。
23.如图1所示，现有技术中高精度基准电压结构，通过正温系数电流(ptat)和负温系数电流(ntat)相加，得到零温电流；让零温电流流过电阻，产生零温系数电压。
24.零温电流的产生：
25.其中，为负温系数电流，为正温系数电流。
26.基准电压的产生通过：
[0027][0028]
通过设置k的大小(镜像比例)，可以设定镜像电流大小；通过设置r3的大小，可以设置基准电压的绝对值；通过设置r2和r1的比例，可以得到零温电流。通过vref的表达式可知道，vref为一阶补偿时，很难满足温漂≤1mv的要求。
[0029]
参考图2的高精度基准电压结构，引入了r4和r5，q3和m3，让q3偏置在零温电流状态，产生二阶补偿电压，与va和vb结点的电压做差，产生二阶补偿电流。
[0030]
通过对vbe的详尽分析，可知：
[0031]vbg
为带隙电压，v
be0
为温度为t0的be结电压，η为与工艺相关的常数，通常为4，α与bjt偏置电流相关的常量。
[0032]
当偏置电流为ptat时，接近1；
[0033]
当偏置电流为零温电流时，接近0；
[0034]
因为q1和q2偏置为ptat电流，因此：
[0035][0036]
q3的偏置为零温电流，因此：
[0037]
二阶补偿电压为：二阶补偿电压跨接电阻r4和r5上，产生二阶补偿电流：因此，经过一阶和二阶补偿的基准电压为：通过二阶补偿后，基准的电压可实现温漂≤1mv。
[0038]
图3为高精度基准电压，经过一阶补偿和二阶补偿后的温度曲线，在-40℃到125℃，电压变化≤0.4mv，可以满足高精度模数转换器和数模转换器的需求。
[0039]
图4为现有技术高精度基准电压启动电路原理图。假定基准的核心电路q1和q2均没有启动，也没有电流，那么ms1的栅极(gate)，将通过电阻rs拉到地电位，从而对va节点注入电流。当va电压超过vbe后，核心电路就启动，并通过镜像电流镜q1-qs1-ms2-ms3，把ms1的栅极拉到电源，从而停止对va节点注入电流，完成对基准电压电路启动过程。
[0040]
但启动过程完成后，q1的集电极电流不仅向q1提供基极电流，还向qs1提供基极电流，导致核心电路bjt的集电极电流不对称，从而导致基准电压的误差。
[0041]
除此之外，现有启动电路，是通过ms1直接通过电源对va节点注入电流，在启动过程中，因为没有限流，所以启动电流会较大，并导致振铃问题。
[0042]
因此，本发明对现有技术做出改进，如图5所示，本发明高精度基准电压启动电路由启动电流istart，控制开关sw1，电流检测mst，参考电流iref，滤波电路和比较器电路cmp1组成。
[0043]
在本实施例中，假定高精度基准电压电路没有启动，那么mst中就不会有电流，vn结点被iref拉到地电位，通过滤波和cmp1，保证vsc为逻辑高，开启sw1；istart通过sw1向va节点注入电流，当va节点电压超过vbe后，基准电路就启动。通过电流镜ms t，把vn节点拉到逻辑高，并经过滤波和cmp1，保证vsc为逻辑高；从而关断开关；is tart不再对va节点注入电流，从而完成对基准电路的启动过程。
[0044]
为了防止启动过程中，出现振铃现象，对va结点的电流，采用电流源，可控制注入的强度；另外通过滤波电路，对vn节点电压整形滤波，消除高频毛刺；通过cmp1，进一步消除噪声毛刺，从而消除振铃。
[0045]
在一种实施例中，如图6所示，本发明高精度基准电压启动电路的一个实现图，电
流镜采用单管实现，也可采用cascade结构镜像；开关sw1采用传输门，也可采用单管实现。滤波电路采用r-c结构，也可采用c-r-c，l-c等结构。比较器cmp1采用迟滞比较器实现，cmp1有两个翻转阈值vil和vih，只要vil≥vss vnoise，即可；vih≤vdd-vnoise,即可。vnoise为系统噪声，vil和vih只要可被识别，迟滞电压window＝vih-vil应该尽量大。
[0046]
在本实施例中，比较器cmp1的典型传输特性曲线如图7所示，该比较器保护两个翻转阈值vil和vih。当输入电压≥vih时，输出逻辑高；当输入电压≤vil时，输出逻辑低。
[0047]
本发明提出了一种高精度基准电压启动电路，包括启动电流istart，控制开关sw1，电流检测mst，参考电流iref，滤波电路和比较器电路，启动电流istart一端与电流检测mst漏极相连接，另一端与控制开关sw1连接，控制开关sw1输出端连接va节点。本发明的一种高精度基准电压启动电路对va结点的电流采用电流源，控制注入的强度；另外通过滤波电路，对vn节点电压整形滤波，消除高频毛刺；通过cmp1，进一步消除噪声毛刺，从而消除振铃，解决了基准启动电路引入的误差和振铃问题，保证基准在-40℃到125℃温度范围内，实现基准温漂≤1mv；并保证基准在启动过程中无振铃问题。
[0048]
本发明以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。