[发明专利]自启动高匹配带隙基准电压源芯片设计

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计技术领域，该技术可用于集成电路内部产生高精度高可靠基准电压源。

背景技术

集成电路技术的高速发展，特别是SOC片上系统技术的快速进步，要求集成电路内部务必集成有高可靠性、高精度的基准电压源，该电压源输出要求不受环境温度、电源电压以及集成电路不同批次加工工艺变化的影响，以确保电路性能的稳定可靠。传统的基准电压源设计技术在一般应用场合其精度与可靠性基本满足设计要求，但是对于航天或生物等有极高性能要求的场合，传统电压源电路从理论上分析，其依然存在无法启动与精度不够的问题。特别是电路自启动问题，理论上分析电流平衡方程存在零与非零双解，当极偶然概率条件下，电流方程一旦取得零解，电压源就会存在无法启动的风险，导致整个芯片无法正常工作，可能对系统产生致命影响，因此必须考虑增加自启动电路设计，以加强电路抗死锁能力。本发明在传统基准电压源基础上，通过两次电路改进革新，进一步提高安全启动可靠性的同时，有效抑制了电流源沟道调制效应，提高了输出电压精度。

发明内容

本发明在传统带隙基准电压源核心电路基础上，增加自启动电路，改进电路匹配特性。本发明自启动高匹配电压源技术改进，其特征在于：(1)在带隙基准电压源输出支路相对一侧，增加了一个匹配电阻，用于减小PMOS电流源MP1与MP2沟道调制效应造成的失配影响；(2)在核心电路之外，另行增加了一路电压源自启动电路，用于确保电压源核心电路每次上电务必启动，防止电路死锁可能导致的无输出电压状况的发生。

该方案主要特点在于：

1、匹配性增强方案简捷有效，参见说明书附图2，在运放左侧环路增加一个与右侧环路相同的电阻，可以抑制由于PMOS电流源MP1与MP2源漏电压不等导致沟道调制效应的发生，减小左右电流源支路的失配电流，从而使得左右两侧电流I₁与I₂更加接近相等，使零温度系数输出电压更加理想。

2、在核心电路之外，增加了如说明书附图2所示的三个MOS器件，并由其实现电路每次上电时的自启动。上电之初由于PMOS器件MP3导通，MN1的栅极电压上升至开启电压之上时MN1导通，MN1的导通将下拉MP1与MP2的栅极，使得MP1与MP2导通产生电流从而脱离可能的零解，所以每次电路上电，改进后的核心电路必然启动，另外，一旦基准电压源电路启动，输出电压将稳定在1.2V附近，该电压在输出的同时送至MN2管栅极，开启MN2使得其漏极电压下降，从而断开MN1，以此达到有输出电压后断开自启动电路与核心电路的目的，避免自启动电路对核心电路的影响。

附图说明

图1是带隙基准电压源核心电路。

图2是自启动高匹配带隙基准电压源改进电路。

具体实施方式

本技术实现方案为在基准电压源核心电路之外，另外设计了电源上电时用于引导输出电流源电路必定每次开启的自启动电路，以及提高电路一致性的匹配电阻方案，高匹配特性获得的具体实施方式为：(1)在传统的基准电压源基础上，在运放反馈环路的两侧均设置大小一样的匹配电阻，以此减小运放两侧电流源由沟道调制效应影响带来的电流失配。自启动方案的具体实施方式为：(1)方案采用一个二极管连接的PMOS管MP3进行充电，使得NMOS管MN1每次均能正常开启；(2)NMOS管MN1的漏极接输出电流源的栅极，源极接地，使用过程中通过其导通实现瞬间下拉PMOS电流源栅极电压，使其工作并一定输出电流，由此产生输出电压并最终稳定于1.2V附近；(3)NMOS管MN2的栅极接输出基准电压，其漏极接MN1管的栅极，源极接地，其目的在于每次基准输出电压源产生电压后，能够利用该电压开启MN2，MN2的开启可以关闭MN1，从而使自启动电路离开核心电路，避免核心电路正常工作时启动电路对其产生影响。