一种采样保持结构的低功耗带隙基准电路及工作方法技术

本发明专利技术设计带隙基准源领域，公开了一种采样保持结构的低功耗带隙基准电路，包括低功耗带隙基准电路、唤醒电路以及采样保持电路，低功耗带隙基准电路用于产生与电源电压和温度无关的基准电压，唤醒电路用于提供启动电压，使处于休眠模式的低功耗带隙基准电路快速切换到正常工作模式，采样保持电路用于对低功耗带隙基准电路的输出电压进行采样保持，以供芯片其他模块使用。本发明专利技术采样保持带隙基准电压，可使低功耗带隙基准电路在休眠模式期间保持输出电压在

【技术实现步骤摘要】
一种采样保持结构的低功耗带隙基准电路及工作方法

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[0001]本专利技术属于集成电路设计领域，具体涉及一种采样保持结构的带隙基准电路。

技术介绍
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[0002]近十年来，随着便携式小型设备的发展和物联网设备的普及，人们对于设备中的芯片在集成度和许航能力上有更高的要求，因此一个低功耗高精度的基准电压电路对于整个电路系统是十分重要的。
[0003]在设备的电源管理系统中，一般需要一个高精度与电源和温度无关的基准电压，而在超低功耗的条件下，很难保证基准电压的精度、电源抑制比和线性调整率方面的指标。传统的带隙基准源，如图1所示，由运算放大器、晶体管、三极管和电流镜组成，其组成电路简单但由于其包含运算放大器，会有额外的支路消耗电流，造成功耗损失，不适用于超低功耗场景。且在电源系统中带隙基准电压一般需要连接误差放大器，误差放大器的另一端一般连接输出电压，而由于误差放大器的大尺寸输入对管，如果输出负载有较大的的瞬间变动，会有比较大的过冲和下冲，以回踢噪声的形式作用于带隙基准上，而低功耗带隙基准的带宽和压摆率有限，会导致带隙基准工作点波动，从而影响到其他模块电路工作。

技术实现思路
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[0004]为解决上述技术存在的缺陷，本专利技术提供一种采样保持结构的带隙基准电路，在保持超低功耗的同时还可以解决上述问题。
[0005]本专利技术提供了一种采样保持结构的低功耗带隙基准电路，包括：低功耗带隙基准电路、唤醒电路和采样保持电路模块，其中，所述低功耗带隙基准电路用于产生与电源电压和温度无关的基准电压；所述唤醒电路用于提供启动电压，使处于休眠模式的低功耗带隙基准电路快速切换到正常工作模式；所述采样保持电路用于对低功耗带隙基准电路的输出电压进行采样保持，以供芯片其他模块使用。
[0006]本专利技术的一个实施例中，所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述唤醒电路与所述低功耗带隙基准电路连接，所述采样保持电路与所述低功耗带隙基准电路连接。
[0007]根据权利要求1所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述低功耗带隙基准核心电路输入端接第一偏置电压Vbias1、第一控制信号EN和第二控制信号nEN，输出端接第一输入输出信号VN1和第二输入输出信号VN2；所述唤醒电路输入端接第二偏置电压Vbias2、第三偏置电压 Vbias3和第三控制信号Wake
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up Pulse，输出端接第一输入输出信号VN1和第二输入输出信号VN2；所述采样保持模块输入端接第四控制信号Sample Pulse和第二输入输出信号 VN2，输出端接第一输出信号Vref。
[0008]本专利技术的一个实施例中，所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，带隙基准核心电路包括不少于 7个晶体管M1～M7、2个三极管Q1和Q2和2个电阻R1和R2 组成，休眠使能管包括不少于4个晶体管M8～M11组成，其中，
[0009]晶体管M5和晶体管M6尺寸相同，三极管Q1和三极管Q2发射级面积比例为1:N，且N大于1，电阻R2的阻值大于电阻R1的阻值，晶体管M3、M4和M7采用中等阈值电压或者低阈值电压管。
[0010]本专利技术的一个实施例中，所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于所述的唤醒电路，包括不少于3个晶体管K12～K15其中，
[0011]K12晶体管和K15晶体管采用低阈值电压管，第三控制信号Wake
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upPulse为负脉冲或脉宽较大的电压信号。
[0012]根据权利要求2所述所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述的采样保持电路，包括第十六晶体管S16，第一电容C1，其中，
[0013]第十六晶体管S16栅极与第四控制信号SamplePulse连接，第十六晶体管S16源极、第一电容C1一端与第一输出信号Vref连接，第一电容C1一端与地连接，第四控制信号SamplePulse为负脉冲或脉宽较大的电压信号，电容C1容值不低于2pF。
[0014]本专利技术的又一实施例中，提供了一种采样保持结构的低功耗带隙基准电路工作方法，其特征在于，所述工作方法包含如下步骤：
[0015]步骤1：正常工作模式下，第一控制信号EN处于地电位，第二控制信号nEN处于电源电位，第三控制信号Wake
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upPulse处于电源电位，第四控制信号SamplePulse处于电源电位，使得低功耗带隙基准核心电路从上电启动或脉冲启动后恢复正常工作状态，并输出参考基准电压；
[0016]步骤2：采样保持模式下，第一控制信号EN处于地电位，第二控制信号nEN处于电源电位，第三控制信号Wake
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upPulse处于电源电位，第四控制信号SamplePulse输入负脉冲，待带隙基准电路工作稳定后，采样保持模块工作，采样时间10us，使第一电容C1采样并保持在带隙基准电压；
[0017]步骤3：休眠模式下，第一控制信号EN处于电源电位，第二控制信号nEN处于地电位，第三控制信号Wake
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upPulse处于电源电位，第四控制信号SamplePulse处于电源电位，使得低功耗带隙基准电路处于休眠模式，从而降低电路功耗；
[0018]步骤4：唤醒模式下，第一控制信号EN处于地电位，第二控制信号nEN处于电源电位，第三控制信号Wake
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upPulse输入负脉冲，第四控制信号SamplePulse处于电源电位，使得低功耗带隙基准电路导通，同时在第三控制信号Wake
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upPulse为低电平时，第十三晶体管K13与第十四晶体管K14导通，使得节点N1和节点N2迅速恢复到分别预设的第二偏置电压Vbias2和第三偏置电压Vbias3，加快低功耗带隙基准电路启动；
[0019]步骤5：在预设时间内，重复执行步骤1～步骤4。
[0020]在本专利技术的其中一个实施例中，所述低功耗带隙基准电路包括第一NPN型三极管Q1、第二NPN型三极管Q2、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第一电阻R1、第二电阻R2，其中，
[0021]第一晶体管M1源极与电源连接，第一晶体管M1栅极连接第一偏置电压Vbias1，第一晶体管M1漏极与第八晶体管M8源极连接，第八晶体管M8栅极、第十晶体管M10栅极与第一控制信号EN连接，第八晶体管M8漏极、第二晶体管M2源极、第九晶体管M9漏极、第三晶体管M3栅极、第四晶体管M4栅极与唤醒电路模块第十三晶体管K13漏极连接，第二晶体管M2栅
极、第一NPN型三极管Q1基极、第二NPN型三极管Q2基极、第七晶体管M7源极、第七晶体管M7衬底、唤醒电路模块第十四晶体管K14漏极与采样保持电路模块第十六晶体管S16源极连接，第二晶体管M2漏极、第九晶体管M9源极、第二电阻R2与地连接、第九本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，包括：低功耗带隙基准电路、唤醒电路和采样保持电路模块；所述低功耗带隙基准电路用于产生与电源电压和温度无关的基准电压；所述唤醒电路用于提供启动电压，使处于休眠模式的低功耗带隙基准电路快速切换到正常工作模式；所述采样保持电路用于对低功耗带隙基准电路的输出电压进行采样保持，以供芯片其他模块使用。2.根据权利要求1所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述唤醒电路与所述低功耗带隙基准电路连接，所述采样保持电路与所述低功耗带隙基准电路连接。3.根据权利要求1所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述低功耗带隙基准核心电路输入端接第一偏置电压Vbias1、第一控制信号EN和第二控制信号nEN，输出端接第一输入输出信号VN1和第二输入输出信号VN2；所述唤醒电路输入端接第二偏置电压Vbias2、第三偏置电压Vbias3和第三控制信号Wake
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up Pulse，输出端接第一输入输出信号VN1和第二输入输出信号VN2；所述采样保持模块输入端接第四控制信号Sample Pulse和第二输入输出信号VN2，输出端接第一输出信号Vref。4.根据权利要求2所述所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，带隙基准核心电路包括不少于7个晶体管M1～M7、2个三极管Q1和Q2和2个电阻R1和R2组成，休眠使能管包括不少于4个晶体管M8～M11组成，其中，晶体管M5和晶体管M6尺寸相同，三极管Q1和三极管Q2发射级面积比例为1:N，且N大于1，电阻R2的阻值大于电阻R1的阻值，晶体管M3、M4和M7采用中等阈值电压或者低阈值电压管。5.根据权利要求2所述所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于所述的唤醒电路，包括不少于3个晶体管K12～K15其中，K12晶体管和K15晶体管采用低阈值电压管，第三控制信号Wake
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up Pulse为负脉冲或脉宽较大的电压信号。6.根据权利要求2所述所述的采样保持结构的低功耗带隙基准电路，其特征在于，所述的采样保持电路，包括第十六晶体管S16，第一电容C1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯捷，李宗徽，
申请(专利权)人：上海先积集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：