一种适用于动态参考电压下的电压差产生电路的制作方法

本发明属于电压差产生电路，具体涉及一种适用于动态参考电压下的电压差产生电路。

技术背景

在电压监测应用中，需要实时监测某个电压相对于参考电压的电压偏差是否超出了设定范围，一般产生用于检测电压偏差的边界参考电压的实现方法有两种：1）对于固定的参考电压vref可以根据设定的电压差生成边界参考电压vo1和vo2,如图1所示，在opa和pmos管m1的作用下，a点的电压等于vref，由于电阻r1、r2和r3的分压作用，b点的电压为vo1=（(r1+r2+r3）/（r2+r3））*vref，c点的电压为vo2=（r3/（r2+r3））*vref，通过调整电阻r1、r2和r3之间的相互比例，即可生成相对vref有期望的电压差的边界电压vo1和vo2；2)对于电压值随时间变化的动态参考电压vref,可以先由模数转换器adc对vref进行采样,再通过数字信号处理采样结果重新生成含电压差信息的数字编码，输入数模转换器dac产生所需要的动态的边界电压，如图2所示。

在实际应用中，上述两种方案均有缺点：对于图1中的电压差产生电路，vo1-vref=（r1/（r2+r3））*vref,vref-vo2=（r2/（r2+r3））*vref，由于电阻间的相互比例保持不变，vref电压值的改变会直接导致vo1-vref和vo2-vref值的改变，所以图1的方案不适用于参考电压vref为动态电压的应用场合。对于图2中的由模数转换器adc、数字信号处理部分和数模转换器dac组成的电压差产生电路方案，可产生相对动态参考电压vref有固定电压差的边界参考电压，但方案对模数转换器adc和数模转换器dac的精度和速度都有要求，且成本和功耗都比较高。当需要产生vo1和vo2两个边界参考电压时，需额外增加一个数模转换器dac电路，成本和功耗会更高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用范围广，电压差精度高，成本和功耗少的适用于动态参考电压下的电压差产生电路。

实现本发明目的采用的技术方案如下：

本发明的适用于动态参考电压下的电压差产生电路，包含源跟随接法的放大器、第一镜像电流源、第二镜像电流源和电阻；所述电阻由第一电阻和第二电阻串联组成，所述放大器与第一电阻和第二电阻的串联端连接，提供电阻工作所需的偏置电压；所述第一镜像电流源与第一电阻连接，第一镜像电流源的电流流经电阻；所述第二镜像电流源与第二电阻连接，第二镜像电流源的电流源自第二电阻；所述第一镜像电流源的电流与所述第二镜像电流源的电流相等。

本发明的有益效果。

本发明与传统的电压差产生电路相比，有以下几点区别：

1、相对于图1所示电路的方案，参考电压vref可以浮动，适用的工作场景更广泛；

2、相对于图2中由模数转换器adc、数字信号处理部分和数模转换器dac组成的电压差产生电路，成本和功耗更低，且对参考电压vref的变化响应更快；

3、若本发明中用于产生镜像电流i的电阻与电阻中r0和r1类型相同，通过版图上的匹配，可以使得生成的相对于参考电压vref的电压差与基准电压vbg成比例关系，受pvt影响小；

4、由于基准电压、第一镜像电流源、第二镜像电流源是大多数模拟电路必备的基本模块，这些电路可以与本发明的具体实施电路共用，采用本发明不会明显增加芯片的成本和功耗；

5、若增加电阻中r0和r1的阻值选择电路，可在现有电压差的基础上灵活调整电压差的值。

这样带来的效果是参考电压vref的适用范围更广了，产生的电压差精度高，且受pvt影响小。

本发明在参考电压vref可动态变化的情况下，最大限度地保证了边界参考电压vo1和vo2相对参考电压vref电压差的稳定。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是现有参考电压固定的电压差产生电路图。

图2是现有由模数转换器adc、数字信号处理部分和数模转换器dac组成的电压差产生电路图。

图3是本发明的适用于动态参考电压下的电压差产生电路图。

图4是本发明的应用电路图。

图5、图6分别是本发明的不同应用电路图。

具体实施方式

见图3，本发明的适用于动态参考电压下的电压差产生电路，包含放大器301、镜像电流源302、镜像电流源303和电阻304；所述电阻304由电阻r0和电阻r1串联组成，源跟随接法的放大器301与电阻r0和电阻r1的串联端a连接，提供电阻304工作所需的偏置电压；镜像电流源302与电阻r0连接，镜像电流源302的电流i流经电阻r0；镜像电流源303与电阻r1连接，镜像电流源303的电流i源自电阻r1；镜像电流源302的电流i与镜像电流源303的电流i相等。

本发明工作时，由于源跟随接法的放大器301的钳位作用，a点的电压始终跟随参考电压vref。当生成的边界参考电压vo1和vo2的值不影响镜像电流源电路302和镜像电流源电路303的工作状态时，vo1-vref=i*r0，vref-vo2=i*r1。通过调整电流i和电阻304中电阻r0、r1阻值，可使边界参考电压vo1和vo2与参考电压vref的电压差满足设计目标，且电压差不受vref电压值变动的影响。

应用实例

图4所示电路为本发明的应用电路，其中包括本发明的镜像电流源电路302、镜像电流源电路303、由电阻r0和电阻r1的串联组成的电阻304、接成源跟随的放大器301，还包括偏置电流产生电路305和偏置电压产生电路306；镜像电流源电路302包括pmos管mp1和mp2，镜像电流源电路303包括nmos管mn1、mn2，偏置电流产生电路305包括放大器opa2、pmos管mp5、pmos管mp6、电阻r2与r3，偏置电压产生电路306包括pmos管mp3和mp4、nmos管mn3、mn4、mn5和mn6；偏置电流产生电路305与偏置电压产生电路306连接，提供偏置电压产生电路306工作所需的偏置电流；偏置电压产生电路306与镜像电流源电路302和镜像电流源电路303连接，提供镜像电流源电路302和镜像电流源电路303工作所需的偏置电压；镜像电流源电路302与电阻304中的电阻r0连接，镜像电流源电路302的电流i流经电阻r0；镜像电流源电路303与电阻304中的电阻r1连接，镜像电流源电路303的电流i源自电阻r1；放大器301与电阻r0和电阻r1的串联端a连接，放大器301给电阻304提供工作所需的偏置电压。偏置电流产生电路305，其中vbg为基准电压，通过放大器opa2、pmos管mp5和电阻r2与r3产生偏置电流，并将mp5的电流镜像给pmos管mp6，再通过pmos管mp6的漏端将偏置电流送给镜像电流源的偏置电压产生电路306；偏置电流的大小为vbg/r3。偏置电压产生电路306，产生镜像电流源电路302和镜像电流源电路303的偏置电压，nmos管mn5和mn6将pmos管mp6漏端输出的偏置电流转化为nmos管mn1、mn2、mn3和mn4的偏置电压，nmos管mn3和mn4将mp6的偏置电流镜像给pmos管mp3和mp4，pmos管mp3和mp4将镜像电流转化为由pmos管mp1和mp2组成的镜像电流源电路302的偏置电压；最终，电流镜pmos管mp1、mp2和电流镜nmos管mn1、mn2都按比例n镜像复制了mp6漏端输出的电流。

镜像电流源电路302为pmos结构，按比例n镜像复制了mp6漏端输出的电流，电流流向如箭头所示。

镜像电流源电路303为nmos结构，按比例n镜像复制了mp6漏端输出的电流，电流大小与镜像电流源电路302的相同，电流流向如箭头所示。

电阻304中的电阻r0和电阻r1，它们的电阻类型和宽长比推荐与偏置电流产生电路305的电阻r2、r3相同，以实现最优的匹配效果。电流i流经电阻r0和r1，分别生成了边界参考电压vo1和vo2。

放大器301，接成了源跟随电路，使放大器输出点电压始终跟随vref电压，给vo1和vo2提供电压参考点。

工作原理如下：偏置电流产生电路305产生偏置电流，大小为vbg/r3，并通过pmos管mp6的漏端输出；偏置电压产生电路306接收了偏置电流，并产生镜像电流源电路302和镜像电流源电路303的偏置电压；镜像电流源电路302和镜像电流源电路303按比例n对偏置电流产生电路305产生的偏置电流进行镜像复制产生镜像电流i；镜像电流i流经电阻304中的电阻r0和r1，分别产生边界参考电压vo1和vo2；接成源跟随的放大器301，将电阻r0和r1接头处的电压钳位为vref；最终，vo1和vo2相对vref的电压差分别为，vo1-vref=(n*vbg*r0)/r3，vref-vo2=(n*vbg*r1)/r3,在满足镜像电流源电路302和镜像电流源电路303工作电压的前提下，电压差与vref的值无关，实现了相对于动态参考电压vref的恒定电压差的产成。

图5和图6分别为本发明应用的另外两个电路图，和上述应用实例的区别在于偏置电压产生电路306的不同，该两个电路在相同电源电压下可以实现更大的vo1和vo2电压产生范围，鉴于此部分属于典型的传统电路结构，仅仅将其纳入本发明的具体实施方案，具体工作原理不作赘述。