一种应用于超低压电压场景的带隙基准电路

摘要

本发明公开了一种应用于超低压电压场景的带隙基准电路，包括：第一启动电路、第二启动电路和核心电路；第一启动电路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和电阻R1；M1的源极、M2的源极以及M3的漏极均接入电源；M1的栅极、M2的栅极和M3的源极彼此连接，并与R1串联后接地；M1的漏极、M2的漏极和M3的栅极均与核心电路连接；第二启动电路包括第四MOS管M4、第五MOS管M5、三极管J1和比较器U1；U1的同相输入端分别与M4的漏极和J1的发射极连接；J1的基极和集电极连接后接地；U1的反相输入端与核心电路连接，输出端与M5的栅极连接；M5的源极接地，漏极与M4的栅极连接；M4的源极接入电源。本发明可以工作在1V甚至更低的工作电压场景下。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体的说是涉及一种应用于超低压电压场景的带隙基准电路。

背景技术

随着智慧物联的崛起，超低电压芯片广泛应用于物联网射频、电池管理、传感前端和能量采集等各类场景中。带隙基准电路作为一种通用模拟技术，其工作原理是：根据硅材料的带隙电压与温度无关的特性，利用双极性晶体管的基极-发射极的电压的负温度系数与不同电流密度下两个双极性晶体管基极-发射极电压的差值的正温度系数相互补偿，使输出的电压达到很低的温度漂移。现有的技术的带隙基准电路通常需要较高的电压，大约高于1.5V以上的电压，产生大概1.2V的基准电压输出，无法适应超低压1.0V以下的电压场景。

因此，如何提供一种可以工作在1V甚至更低的工作电压场景下的带隙基准电路是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于超低压电压场景的带隙基准电路，可以工作在1V甚至更低的工作电压场景下。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于超低压电压场景的带隙基准电路，包括：依次连接的第一启动电路、第二启动电路和核心电路；

所述第一启动电路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和电阻R1；第一MOS管M1的源极、第二MOS管M2的源极以及第三MOS管M3的漏极均接入电源；第一MOS管M1的栅极、第二MOS管M2的栅极和第三MOS管M3的源极彼此连接，并与电阻R1串联后接地；第一MOS管M1的漏极、第二MOS管M2的漏极和第三MOS管M3的栅极均与所述核心电路连接；

所述第二启动电路包括第四MOS管M4、第五MOS管M5、三极管J1和比较器U1；比较器U1的同相输入端分别与第四MOS管M4的漏极和三极管J1的发射极连接；三极管J1的基极和集电极连接后接地；比较器U1的反相输入端与核心电路连接，输出端与第五MOS管M5的栅极连接；第五MOS管M5的源极接地，漏极与第四MOS管M4的栅极连接；第四MOS管M4的源极接入所述电源。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，所述核心电路包括第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、运算放大器U2、三极管J2和三极管J3；其中，运算放大器U2的同相输入端分别与比较器U1的反相输入端和三极管J2的发射极连接；三极管J2的基极和集电极均接地；运算放大器U2的反相输入端分别与三极管J3的发射极、第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的漏极连接；三极管J3的基极和集电极均接地；运算放大器U1的输出端分别与第三MOS管M3的栅极、第四MOS管M4的栅极、第五MOS管M5的漏极、第六MOS管M6的栅极、第七MOS管M7的栅极和第八MOS管M8的栅极连接；第六MOS管M6的漏极、第七MOS管M7的漏极和第八MOS管M8的源极均接入所述电源。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，所述核心电路还包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；电阻R2的一端接地，另一端分别与比较器U1的反相输入端和运算放大器U2的同相输入端连接；电阻R3的一端与三极管J2的发射极连接，另一端分别与比较器U1的反相输入端、运算放大器U2的同相输入端和第八MOS管M8的漏极连接；电阻R4的一端接地，另一端分别与运算放大器U2的反相输入端和第一MOS管M1的漏极连接；电阻R5的一端接地，另一端与第六MOS管M6的源极连接。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，第三MOS管M3由4个PMOS管并联组成。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，第四MOS管M4由7个PMOS管并联组成。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，第六MOS管M6由4个PMOS管并联组成。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，第七MOS管M7由4个PMOS管并联组成。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，第八MOS管M8由6个PMOS管并联组成。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，三极管J1由27个三极管并联组成。

优选的，在上述一种应用于超低电压场景的带隙基准电路中，三极管J2由8个三极管并联组成。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种应用于超低电压场景的带隙基准电路，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过将第一启动电路和第二启动电路进行组合设置，使低压基准在上下电和正常工作时，均能正常工作。第一启动电路和第二启动电路的电路及它们的组合需要被保护。

2、本发明核心电路的工作电压为三极管J2和J3的工作电压(0.7)和PMOS管的Vdsat(0.1)的相加值，大约0.8V左右即可以工作，满足低压基准的电压要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基准电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种应用于超低压电压场景的带隙基准电路，包括：依次连接的第一启动电路、第二启动电路和核心电路；

所述第一启动电路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和电阻R1；第一MOS管M1的源极、第二MOS管M2的源极以及第三MOS管M3的漏极均接入电源；第一MOS管M1的栅极、第二MOS管M2的栅极和第三MOS管M3的源极彼此连接，并与电阻R1串联后接地；第一MOS管M1的漏极、第二MOS管M2的漏极和第三MOS管M3的栅极均与所述核心电路连接；

所述第二启动电路包括第四MOS管M4、第五MOS管M5、三极管J1和比较器U1；比较器U1的同相输入端分别与第四MOS管M4的漏极和三极管J1的发射极连接；三极管J1的基极和集电极连接后接地；比较器U1的反相输入端与核心电路连接，输出端与第五MOS管M5的栅极连接；第五MOS管M5的源极接地，漏极与第四MOS管M4的栅极连接；第四MOS管M4的源极接入所述电源。

所述核心电路包括第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、运算放大器U2、三极管J2、三极管J3、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；其中，运算放大器U2的同相输入端分别与比较器U1的反相输入端和三极管J2的发射极连接；三极管J2的基极和集电极均接地；运算放大器U2的反相输入端分别与三极管J3的发射极、第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的漏极连接；三极管J3的基极和集电极均接地；运算放大器U1的输出端分别与第三MOS管M3的栅极、第四MOS管M4的栅极、第五MOS管M5的漏极、第六MOS管M6的栅极、第七MOS管M7的栅极和第八MOS管M8的栅极连接；第六MOS管M6的漏极、第七MOS管M7的漏极和第八MOS管M8的源极均接入所述电源。

电阻R2的一端接地，另一端分别与比较器U1的反相输入端和运算放大器U2的同相输入端连接；电阻R3的一端与三极管J2的发射极连接，另一端分别与比较器U1的反相输入端、运算放大器U2的同相输入端和第八MOS管M8的漏极连接；电阻R4的一端接地，另一端分别与运算放大器U2的反相输入端和第一MOS管M1的漏极连接；电阻R5的一端接地，另一端与第六MOS管M6的源极连接。

在其他实施例中，第三MOS管M3由4个PMOS管并联组成。第四MOS管M4由7个PMOS管并联组成。第六MOS管M6由4个PMOS管并联组成。第七MOS管M7由4个PMOS管并联组成。第八MOS管M8由6个PMOS管并联组成。三极管J1由27个三极管并联组成。三极管J2由8个三极管并联组成。

本发明基准电压的表达式为：

上式中，ΔV

图1的实现分为三个部分：第一启动电路，第二启动电路和核心电路。第一启动电路由元器件电阻R1、第一MOS管M1、第二MOS管M2和第三MOS管M3组成，主要负责核心电路的启动。第二启动电路由元器件第四MOS管M4、第五MOS管M5、三极管J1和比较器U1组成。主要负责检测核心电路是否启动正常，如果不正常，把核心电路拉回到正常工作状态。核心电路由第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、运算放大器U2、三极管J2、三极管J3、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5组成。主要负责实现随温度无变化的输出电V

带隙基准电路一般会有2个或2个以上的简并点存在：如图1所示，该带隙基准电路存在3个简单并点，需要使用启动电路把基准拉到所希望的简并点上。

第一个简并点为各个器件电流全部为零的情况，是不希望出现的简并点。当电路工作在此简并点。通常第一启动电路会工作。此时E点通常为低电平。M1和M2导通。通过M1给B点灌入电流。通过M2给运放灌入电流，使运放工作。这样运放使D点为低电平，从而使M8，M7，M6，M4，M3均灌入电流。从而使基准进入其他简并点。当M3电流增大时，E点升高，使M1，M2截止。第一启动电路完成启动任务。

当M8，M7，M6，M4，M3有电流流过MOS管，必有电流流过R2，R4.如果此时A点和B点的电压不足以开启J2和J3，此时进入第二个不正常的简并点。这时，第二启动电路开始工作。M4的电流流经J1后产生一个电压，通过合理设计M4的电流，J3中三极管的个数，使C点电压高于A点电压。这样比较器U1输出为高，通过M5把D点继续拉低，使M8，M7，M6，M4，M3继续增大电流，最终使J2和J3导通，此时C点电压低于A点电压，比较器U1输出为低电平，M5截止。基准进入正常工作模式。

如果电压突然出现压降，后来又恢复正常电压。使得三极管进入关闭状态，会进入第一简并点。这时只要比较器U1起作用，就可以使电路脱离第一简并点，并正常工作。

正常工作时，由于一些原因，有可能有使带隙基准进入BJT关闭的状态，通过增加第二启动电路，也会避免进入第二简并点。

本发明实施例通过两个关键设置，分别为第一启动电路和第二启动电路的组合设置，以及核心电路的设置。其中，通过将第一启动电路和第二启动电路进行组合设置，使低压基准在上下电和正常工作时，均能正常工作。第一启动电路和第二启动电路的电路及它们的组合需要被保护。

本发明核心电路的工作电压为三极管J2和J3的工作电压(0.7)和PMOS管的Vdsat(0.1)的相加值，大约0.8V左右即可以工作，满足低压基准的电压要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。