一种低噪声可调整偏压产生电路的制作方法

本发明涉及一种偏压产生电路。具体的，涉及一种低噪声可调整偏压产生电路。

背景技术：

传统偏压产生主要是由同相放大电路及电阻分压电路构成，同相放大电路完成基于vbg升压到vref，电阻串分压产生多路偏压。为了降低输出噪声带宽，通常对vref加大电容去耦，在这种需求下，同相放大电路的运放有两种选择，一种是类似ldo的结构，可以实现较高增益和较大电流输出，但环路稳定性补偿设计复杂，且运算放大器自身噪声不易降低；另一种是采用简单的单级运放(套筒、折叠等)，稳定性较容易保证，但精度低，失调大，且输出电流小导致建立速度慢。

技术实现要素：

针对现有技术中偏压产生电路噪声大、启动速度慢、精度容易受到工艺角及失配的影响等情况，本申请提出了一种新的偏压产生电路。

本申请的一个方面涉及一种偏压产生电路，包括：运算放大器、第一nmos管、第一电阻串、第二nmos管和第二电阻串；其中，所述第一nmos管和所述第二nmos管的漏极分别连接供电电源vdd，所述第一nmos管和所述第二nmos管的栅极分别连接所述运算放大器的输出端，所述第一电阻串包括n个电阻单元，所述第一电阻串的一端连接所述第一nmos管的源极，所述第一电阻串的另一端接地，所述n个电阻单元中的第n个电阻单元连接所述运算放大器的负输入端，其中，1≤n≤n，所述第二电阻串包括m个电阻单元，所述第二电阻串的一端连接所述第二nmos管的源极，所述第二电阻串的另一端接地，所述m个电阻单元中的第m个电阻单元对应的一个节点的电压值作为偏置电压输出，其中，1≤m≤m。

在一些实施例中，所述第二电阻串中的第m个电阻单元包括j个电阻和t个节点，所述j个电阻和t个节点交替排布，所述t个节点中的一个为输出节点，其中t＝j，或者t＝j+1，或者t＝j-1。

在一些实施例中，所述第一电阻串中的第n个电阻单元包括k个电阻和i个节点，所述i个节点与所述k个电阻交替排布，其中，i＝k，或i＝k-1，或i＝k+1；所述偏压产生电路还包括多路选通开关，所述多路选通开关的输入端连接所述i个节点，所述多路选通开关的输出连接所述运算放大器的负输入端。

在一些实施例中，所述多路选通开关由数字信号控制，将所述i个节点中的一个节点的电压值反馈至所述运算放大器的负输入端。

在一些实施例中，所述偏压产生电路还包括降噪电容，所述降噪电容的一端连接所述运算放大器的输出端，另一端接地。

在一些实施例中，所述偏压产生电路还包括负载电容，所述负载电容的一端连接第二nmos管的源极，另一端接地。

在一些实施例中，所述偏压产生电路还包括稳定电压源，所述稳定电压源连接所述运算放大器的正输入端。

在一些实施例中，所述稳定电压源为带隙基准源。

本申请中的校正电路相比于现有技术，具有如下优点：

1、反馈结构存在于虚线框1中，而输出vref存在于虚线框2中，对于反馈环路而言，其只需要驱动虚线框2中的电路，在pvt(process-voltage-temperature)变化时，环路稳定性可以保证。

2、降噪电容用于限制噪声带宽；在vref节点连接较大负载电容，以进一步降低前级噪声带宽，实现较小的输出噪声。

3、输出vref节点具有较强的源电流能力，可以在芯片启动时提供较大的对负载电容的瞬态充电电流，实现更快的启动速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构和操作。

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1是根据本申请的一些实施例所示的一种低噪声可调整偏压产生电路示意图。

图2是根据本申请的一些实施例所示的一种第一电阻串。

具体实施方式

图1是根据本申请的一些实施例所示的一种低噪声可调整偏压产生电路示意图。

如图1所示，所述低噪声可调整偏压产生电路100包括负反馈回路1和镜像电路2。

所述负反馈回路1包括运算放大器101、第一nmos管103(1)和第一电阻串104、第二nmos管103(2)和第二电阻串105，其中，所述第一nmos管和所述第二nmos管的漏极分别连接供电电源vdd，所述第一nmos管和所述第二nmos管的栅极分别连接所述运算放大器的输出端，所述第一电阻串包括n个电阻单元，所述第一电阻串的一端连接所述第一nmos管的源极，所述第一电阻串的另一端接地，所述n个电阻单元中的第n个电阻单元连接所述运算放大器的负输入端，其中，1≤n≤n，所述第二电阻串包括m个电阻单元，所述第二电阻串的一端连接所述第二nmos管的源极，所述第二电阻串的另一端接地，所述m个电阻单元中的第m个电阻单元对应的一个节点的电压值作为偏置电压输出，其中，1≤m≤m。

在一些实施例中，所述第一nmos管和所述第二nmos管具有相同的参数，所述第一电阻串的总阻值与所述第二电阻串的总阻值相等。也就是说，所述第一nmos管和所述第二nmos管尽量需要完全相同。以上两点是为了使得流经第一电阻串和第二电阻串的电流相等。

在一些实施例中，所述第一电阻串中的第n个电阻单元包括k个电阻和i个节点，所述i个节点与所述k个电阻交替排布；所述偏压产生电路还包括多路选通开关，所述多路选通开关的输入端连接所述i个节点，所述多路选通开关的输出连接所述运算放大器的负输入端。

图2为根据本申请的一些实施例所示的一种第一电阻串。如图2所示，左侧为n个电阻单元的串联结构，右侧为第n个电阻单元的内部结构。其中，节点nh为连接所述第一nmos管的源极，节点nl接地。所述n个电阻单元中每个电阻单元的总阻值为r。

在第n个电阻单元中，包括k个电阻和i个节点，所述k个电阻和i个节点交替排布。在一些实施例中，i＝k，或i＝k-1，或i＝k+1。例如，如图2中右侧所示，所述第n个电阻单元包括k＝5个电阻。所述i个节点可以是4个(n10、n11、n12、n13)，5个(n10、n11、n12、n13、n2，或者n1、n10、n11、n12、n13)，或者6个(n1、n10、n11、n12、n13、n2)。

值得说明的是，当所述第n个电阻单元为最下方的电阻单元(接地的电阻单元)时，所述i个节点中选通的节点的电位不可为零(选通零电位无实际意义)，即，当所述i个节点中包括零电位节点时，该点不会被选通。

在一些实施例中，所述多路选通开关由数字信号控制，将所述i个节点中的一个节点的电压值反馈至所述运算放大器的负输入端。

在一些实施例中，所述第二电阻串中的第m个电阻单元包括j个电阻和t个节点，所述j个电阻和t个节点交替排布。所述t个节点中的一个为输出节点，其中t＝j，或者t＝j+1，或者t＝j-1。

所述m值、t值和j值的选取与想要获得的输出偏置电压值及调节精度有关。

在一些实施例中，所述负反馈回路1还包括降噪电容102，所述降噪电容102的一端连接所述运算放大器101的输出端，另一端接地。进一步地，所述镜像电路还包括负载电容106，所述负载电容106的一端连接第二nmos管103(2)的源极，另一端接地。特别地，所述负载电容106为大电容，以降低前级噪声带宽，实现较小的输出噪声。

在一些实施例中，所述低噪声可调整偏压产生电路100还包括稳定电压源，所述稳定电压源连接所述运算放大器101的正输入端。所述稳定电压源可以是任意的电压源。特别地，所述稳定电压源为带隙基准源。

如图1所示，运算放大器101的正输入端连接带隙基准源的输出电压vbg，电阻串104的中间节点通过模拟多路开关107选通到运算放大器101的负输入端，多路开关107的n位控制码dtrim<n：1>可从i个节点中一次选通一个节点连接到运算放大器101的负输入端，由于运算放大器的高增益，被选通的第一电阻串104中的第n个电阻单元中的某个节点的电位被钳位至vbg。于是流经所述第一电阻串104的电流为被选通节点的电位与该节点到地端的电阻值之比，即：其中，id1为流经第一电阻串104的电流，vbg为带隙基准源输出的基准电压，rb为被多路选通开关选通的节点到地端vss的电阻值。

进一步地，所述第一nmos管的源端电压为：vs1＝id1×(rb+rt)，其中，所述vs1为所述第一nmos管103(1)的源端电位，rt为被多路选通开关107选通的节点到所述第一nmos管103(1)的源端之间的电阻值，注意到，rb与rt的具体值是根据多路选通开关107具体选通i个节点中的哪一个来决定的，但其总阻值不变，因为在一个电阻串上。

进一步地，所述第一nmos管103(1)的源端电位已知，流过所述第一nmos管103(1)的电流已知(即流过第一电阻串的电流)，于是可以获得所述第一nmos(1)管的栅压：其中，k1为所述第一nmos管的本征导电因子，与工艺、温度等参数有关，为所述第一nmos管103(1)的沟道宽度与沟道长度之比，vth1为所述第一nmos管的阈值电压，与工艺、温度等参数有关。对于所述第二nmos管和第二电阻串，根据mos管电流电压方程以及欧姆定律有：

vgs2＝vg2-vs2＝vg2-id2*r2(2)

其中r2为所述第二电阻串的总阻值。

由于所述第一nmos管与第二nmos管栅极均连接所述运算放大器101的输出端，因此所述第二nmos管的栅压与所述第一nmos管的栅压相等，于是所述第二nmos管的电流电压方程可以写为：

其中利用了

进一步地，由于所述第一nmos管与所述第二nmos管的宽长比参数相同，即所述第一电阻串与所述第二电阻串总阻值相同，即r1＝r2＝r，所述第一nmos管与所述第二nmos管是由同种工艺制造，因此由工艺决定的本征导电因子k1与k2相同，阈值电压vth1与vth2也相同，有：k1＝k2＝k；vth1＝vth2＝vth。于是所述第二nmos管的电流电压方程变为：

(4)式是关于id2的一元二次方程，可以解出id2＝id1。因此流经所述第二电阻串105的电流与流经所述第一电阻串104的电流相等。

综上，通过选通第一电阻串104中n个电阻单元中的第n个电阻单元中的i个节点，可以实现对所述第二电阻串105中的电流的调节，在所述第二电阻串中的某个节点进行输出。则可以实现输出偏置电压vbias的调节。

值得说明的是，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

一些实施例中使用了描述属性、数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档、物件等，特将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不限于本申请明确介绍和描述的实施例。