一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源制造技术

本发明专利技术公开了一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源，所述片内稳压电源包括电流放大器、功率管、反馈电流拾取电路、参考电流生成电路，其中：电流放大器的负输入端与参考电流生成电路的输出端相连，正输入端与反馈电流拾取电路的输出相连，输出端与功率管的栅极相连，供电端与外部高压电源VDDH相连；功率管的漏极与外部高压电源VDDH相连，源极与片内低压电源VDDL相连；反馈电流拾取电路的输入端与片内低压电源VDDL相连。本发明专利技术的电流反馈型拓扑结构具有易补偿、稳定性好、易启动的优点。此外，这种结构中带隙电压输出即为稳压源输出，从而使稳压源输出具有零温度特性，又使带隙电压输出兼具高电源抑制比和负载驱动能力。

A Current Feedback Zero Temperature Coefficient on-chip Regulated Power Supply

【技术实现步骤摘要】
一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源
本专利技术属于模拟集成电路
，涉及一种芯片内部稳压电源，尤其涉及一种基于电流反馈的片内稳压源拓扑结构。
技术介绍
集成电路内部经常需要搭建一个与电源无关的内部稳压电压源。该内部电源有时作为敏感电路的内部低噪电源实现隔离外部电源噪声的目的，有时也可以作为降压模块为内部低压电路供电实现高压到低压的转换。如图1所示，传统片内稳压电源通常由带隙基准、运算放大器、功率管、反馈电阻组成，其中：带隙电压基准作为片内核心关键的敏感电路，出于精度和抗噪声考虑，也通常挂在该片内电源下。如在Mehrmanesh,S.andVahidfar,M.B.,"A1-volt,highPSRR,CMOSbandgapvoltagereference",CircuitsandSystems2003.ISCAS’03.Proceedingsofthe2003InternationalSymposiumon,vol.1,pp.I381-I384,May.2003公开的电路中。因此一方面带隙电压基准依赖于片内电源供电，而片内电源的电压大小又取决于带隙电压基准的输出，进而形成了一个相互嵌套、相互依赖的两个反馈网络。其中，第一反馈网络为带隙基准电路构成，该网络的负反馈机制用于确定生成零温度系数带隙电压所需的比例关系；第二反馈网络为稳压电源生成环路，该网络的负反馈机制用于调整片内电源的输出电压为带隙电压的比例倍数，并保证不同负载条件下输出电压的恒定。上述相互嵌套、相互依赖的拓扑结构，在实际使用中带来了如下几个问题：1、不易稳定、补偿复杂：如上所述，这种拓扑结构包含至少两个负反馈网络，为保证整个系统稳定，需要对两个负反馈网络分别补偿，保证每个网络均各自稳定。2、启动过程相互依赖，启动困难：在电源上电过程中，片内稳压源的输出达不到一定幅值，带隙基准无法启动；即使片内稳压源在启动电路的帮助下能够为带隙基准供电，带隙基准自身也存在简并工作点，可能发生无法启动的现象。3、若启动过程设计不合理，易发生启动震荡问题：如上所述，由于启动困难问题，系统必须配备启动电路。但如果启动存在次序颠倒、启动电流选取不合理等问题，系统易发生在临界启动与截至两个状态循环震荡的问题。由于片内稳压源和带隙电压基准是芯片的基础核心模块，因此上述问题直接威胁到整个芯片的正常工作，一旦发生将无法进行后续测试验证工作，对芯片造成毁灭性打击。
技术实现思路
针对传统嵌套式拓扑结构存在的上述问题，本专利技术提供了一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源。本专利技术利用电流反馈机制，将生成带隙电压所需的反馈控制网络共用于稳压电源的反馈控制网络中，将两个反馈环路合并简化为一个，从而消除了反馈环路相互嵌套的问题。相对于传统嵌套式拓扑结构，本专利技术的电流反馈型拓扑结构具有易补偿、稳定性好、易启动的优点。此外，这种结构中带隙电压输出即为稳压源输出，从而使稳压源输出具有零温度特性，又使带隙电压输出兼具高电源抑制比和负载驱动能力。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源，包括电流放大器、功率管、反馈电流拾取电路、参考电流生成电路，其中：所述电流放大器的负输入端与参考电流生成电路的输出端相连，正输入端与反馈电流拾取电路的输出相连，输出端与功率管的栅极相连，供电端与外部高压电源VDDH相连；所述功率管的漏极与外部高压电源VDDH相连，源极与片内低压电源VDDL相连，片内低压电源VDDL即为片内稳压电源的输出；所述反馈电流拾取电路的输入端与片内低压电源VDDL相连。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术所提出的电流反馈型零温度系数片内稳压电源实现了片内稳压电源与带隙电压基准的融合。电流反馈型零温度系数片内稳压电源的输出不仅具有电流带载能力和稳压调整能力，而且其本身也是带隙基准电压，具有零温度特性。2、本专利技术所提出的电流反馈型零温度系数片内稳压电源拓扑结构稳定性大幅改善。单环电流反馈拓扑结构一方面将传统拓扑结构中两个相互嵌套的反馈环路简化为一个，使系统的稳定性大幅提高；另一方面由于电流反馈的低阻抗特点，唯一的反馈环路又只存在一个高阻节点，使补偿电路设计更加容易。3、本专利技术所提出的电流反馈型零温度系数片内稳压电源拓扑结构启动容易，仅存在一个简并工作点，不存在两个环路启动过程相互依赖的问题，启动电路设计容易，无启动震荡问题。附图说明图1为传统嵌套式拓扑结构的片内稳压电源的结构示意图。图2为电流反馈型片内稳压电源的结构示意图。图3为电流放大器的结构示意图。图4为反馈电流拾取电路的结构示意图。图5为参考电流源的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。如图2所示，本专利技术提供的电流反馈型片内稳压电源由电流放大器100、功率管200、反馈电流拾取电路300、参考电流生成电路400组成，其中：所述电流放大器100的负输入端与参考电流生成电路400的输出端相连，正输入端与反馈电流拾取电路300的输出相连，输出端与功率管200的栅极相连，供电端与外部高压电源VDDH相连；所述功率管200的栅极与电流放大器100的输出端相连，漏极与外部高压电源VDDH相连，源极与片内低压电源VDDL相连，片内低压电源VDDL即为片内稳压电源的输出；所述反馈电流拾取电路300的输入端与片内低压电源VDDL相连，输出端与所述电流放大器100的正输入端相连；所述参考电流生成电路400用于生成与电源无关的参考电流Iref，该模块的输出端与所述电流放大器100的负输入端相连。本专利技术中，如图3所示，所述电流放大器100由第一电流输入级101、第二电流输入级102与电流镜103组成，第一电流输入级101与第二电流输入级102结构完全相同，作用为减小输入阻抗、提高输出阻抗以缓冲输入电流。第一输入级101由第一晶体管M1、第三晶体管M3、第一偏置电流源Ib1组成，其中：第一晶体管M1的栅极与第三晶体管M3的漏极相连，进一步与第一偏置电流源Ib1相连；第一晶体管M1的源极与第三晶体管M3的栅极相连，作为电流放大器100的正输入端；第一晶体管M1的漏极与电流镜103的输入极相连；第三晶体管M3的源极与零电位相连。第一晶体管M1为共栅极输入模式，具有低输入阻抗，高输出阻抗的特点；在此基础上，第三晶体管M3与第一偏置电流源Ib1又构成局部栅极负反馈，进一步减小了M1的输入阻抗，提高了M1的输出阻抗。因此该输入结构具有良好的电流输入输出特性，可以很好的吸收输入电流，并将其完整输出而不受后级电路影响。类似的，第二输入级102由第二晶体管M2、第四晶体管M4、第二偏置电流源Ib2组成，其中：第二晶体管M2的栅极与第四晶体管M4的漏极相连，进一步与第二偏置电流源Ib2相连；第二晶体管M2的源极与第四晶体管M4的栅极相连，作为电流放大器100的负输入端；第二晶体管M2的漏极与电流镜103的输出级相连，作为电流放大器100的输出端；第四晶体管M4的源极与零电位相连。所述电流镜103由第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8构成，其中：第五晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源，其特征在于所述片内稳压电源包括电流放大器、功率管、反馈电流拾取电路、参考电流生成电路，其中：所述电流放大器的负输入端与参考电流生成电路的输出端相连，正输入端与反馈电流拾取电路的输出相连，输出端与功率管的栅极相连，供电端与外部高压电源VDDH相连；所述功率管的漏极与外部高压电源VDDH相连，源极与片内低压电源VDDL相连，片内低压电源VDDL即为片内稳压电源的输出；所述反馈电流拾取电路的输入端与片内低压电源VDDL相连。

【技术特征摘要】
1.一种电流反馈型零温度系数片内稳压电源，其特征在于所述片内稳压电源包括电流放大器、功率管、反馈电流拾取电路、参考电流生成电路，其中：所述电流放大器的负输入端与参考电流生成电路的输出端相连，正输入端与反馈电流拾取电路的输出相连，输出端与功率管的栅极相连，供电端与外部高压电源VDDH相连；所述功率管的漏极与外部高压电源VDDH相连，源极与片内低压电源VDDL相连，片内低压电源VDDL即为片内稳压电源的输出；所述反馈电流拾取电路的输入端与片内低压电源VDDL相连。2.根据权利要求1所述的电流反馈型零温度系数片内稳压电源，其特征在于所述电流放大器由第一电流输入级、第二电流输入级与电流镜组成，其中：所述第一输入级由第一晶体管M1、第三晶体管M3、第一偏置电流源Ib1组成，第一晶体管M1的栅极与第三晶体管M3的漏极相连，进一步与第一偏置电流源Ib1相连；第一晶体管M1的源极与第三晶体管M3的栅极相连，作为电流放大器100的正输入端；第一晶体管M1的漏极与电流镜103的输入极相连；第三晶体管M3的源极与零电位相连；所述第二输入级102由第二晶体管M2、第四晶体管M4、第二偏置电流源Ib2组成，第二晶体管M2的栅极与第四晶体管M4的漏极相连，进一步与第二偏置电流源Ib2相连；第二晶体管M2的源极与第四晶体管M4的栅极相连，作为电流放大器100的负输入端；第二晶体管M2的漏极与电流镜103的输出级相连，作为电流放大器100的输出端；第四晶体管M4的源极与零电位相连；所述电流镜103由第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8构成，第五晶体管M5和第六晶体管M6的源极与片外高压电源VDDH相连；第五晶体管M5的漏极与第六晶体管M6的栅极相连，进一步与第七晶体管M7的源极相连；第七晶体管M7的栅极与第八晶体管M8的栅极相连，作为电流镜103的输入端；第八晶体管的源极与第六晶体管M6漏极相连；第八晶体管的漏极作为电流镜103的输出端。3.根据权利要求1所述的电流反馈型零温度系数片内稳压电源，其特征在于所述功率管为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔宇，胡建平，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33