[实用新型]一种高压偏置电路的启动电路

说明书

本实用新型提供一种高压偏置电路的启动电路，包括：启动偏置管、限流电阻、反馈PMOS管、嵌位PMOS管及启动电流产生管。只要本实用新型的启动电路的启动偏置电压端口获得一个偏置电压，不需要高压电阻就可作为高压偏置电路的启动电路，有效驱使电路摆脱简并偏置点，并且电流建立后启动电路不影响偏置电路的工作，适用于数百伏工艺器件的启动，启动电路的设计对工艺器件没有特殊要求，成本低。

技术领域

本实用新型属于偏置电路技术领域，尤其涉及一种零简并点和去除零简并点的高压偏置电路的启动电路。

背景技术

在模拟集成设计中，由于半导体体工艺离子注入、扩散等流程具有较大离散性的固有特点，不能把半导体器件参数的绝对值做得精确，再有粒子热运动的作用，半导体器件的温度系数也是较大的，所以集成电路设计中器件的参数具有较大的工艺偏差和温度系数。但是，集成电路设计具有一个优质的特点就是，可以把靠得很近的同一类型的器件参数实现高度一致，这种方法常称为匹配，通过器件的匹配实现高精度的比例系数，这种比例系数受工艺偏差和温度的影响很小。所以，不像电子电路那样能获得高精度的电阻，常用电阻来实现电路的静态偏置电流，在集成电路设计中常用电流作为电路的偏置，因为只要获得所需的偏置电流，就可以通过器件的匹配而轻易获得成精确比例的偏置电流源，在很多程度上抵消半导体工艺离散性较大劣势。先获得基准电压或者基准电流源，再通过器件匹配进行复制，成为了模拟集成电路设计最突出的特点。

产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流，如图1所示,是拉扎维编著陈贵灿等翻译的《模拟CMOS集成电路设计》中第十一章《带隙基准》第二节提供的与电源无关的偏置电路，也是模拟电路设计中常用的基本结构，可算出通过MOS管PM3、MOS管NM2或电阻R_S的电流大小为：

其中μ_n电子迁移率，C_OX是氧化层单位面积的电容，W/L是N沟道MOS管NM1的宽长比，K是MOS管NM2与MOS管NM1的宽长比的比例系数，这些都是与电压源无关的参数。可见，图1中偏置电路产生了与电源无关的基准电流源，若其它电路需要电流偏置，仅需通过器件的匹配进行复制便可轻易获取。

然而，在与电源无关的偏置电路中有一个很重要的问题是“简并”偏置点的存在。如图1的电路中，如果当电源上电时，所有晶体管均传输零电流，因为环路两边的分支允许零电流，则它们可以无限期地保持关断。也就是说，电路可以稳定在两种不同的工作状态中的一种，一种是零电流，一种是上述公式的电流。这个问题被称为电路的启动问题，它可以通过增加一种电路加以解决，该电路在电源上电时能驱使电路摆脱简并偏置点。如图2所示是《模拟CMOS集成电路设计》提供的一种启动电路，它采用MOS管NM5作为启动器件，电路启动后MOS管NM5不再起作用。如图3所示，也是实际中常用的一种偏置电路的启动电路，它由反馈偏置电流管PMIB、启动管PMST和启动电阻RST组成。它的工作原理是：假如电源上电后偏置电路处于零“简并”偏置点，此时MOS管PM3和MOS管PM4都是关断的，那么反馈偏置电流管PMIB也是关断的，由于启动电阻的耗电必然会使得启动管PMST的栅极电压下降，直到它导通。一旦启动管PMST导通，偏置电路中的MOS管NM1也导通，进而触发MOS管NM2、MOS管PM3、MOS管PM4的导通，驱使偏置电路摆脱简并偏置点而产生上述公式的静态偏置电流。偏置电流产生后，反馈偏置电流管PMIB也变成一个电流源，该电流需要设计的足够大以使得启动管的栅极电压较高，促使启动管PMST关断，从而启动电路不再影响偏置电路，这也是启动电路应有的要求。