用于基准电压发生电路的启动电路的制作方法

专利名称：用于基准电压发生电路的启动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基准电压发生电^各(reference voltage generation circuit),该基准电压发生电^各用于产生具有恒定电平的 电压，诸如带隙电压，更具体地，涉及一种用于启动基准电压发生 电3各的启动电^各(starting-up circuit )。
背景技术：
带隙基准(BGR ) ( band gap reference )电路(或基准电压发生 电路)可以用于半导体电路的设计，更具体地，可以提供恒定电压 (基准电压)。基准电压可以是大约I.IV，该基准电压接近单晶石圭 (single crystalline silicon)的带隙电压差。在半导体工艺中，芯片 的工作温度和施力a的电压可以改变。
BGR电^各可以具有电流不能在内部电流通^各中流动的工作点 (operating point)以及电;充可以:流动的工作点。由于当电; 充不能;充 动时BGR电路不能执行预定的操作，所以可能需要启动电路，该 启动电^各最初可以<吏电流流动以1更达到预定的工作点。由于在启动 之后启动电路可以持续地工作并使得有恒定的电流流动，这有利于 在启动之后最小化启动电3各的电流损库€ 。启动电路的电流损耗可以随着外部电源的变化、器件制造工艺 的变化以及温度变化而改变。根据工艺，可以调节外部电源和温度。 当"i殳计启动电^各以<更其电流损库毛可以显著:l也减小时，上述调节可以
减小电流损库毛。因此，启动电流可能过度;也减小。乂人而，BGR电^各 的启动时间可能增加，或者BGR电^各不能启动。
相反，当启动电路提供足够的电流以便BGR电路在具有低电 流损耗的温度、电压和工艺条件下可以迅速启动时，可以调节外部 电源和温度来增加电流损库毛，则启动电^各的电流损库毛可能过度增 加。因jJ:匕，在启动时有大电流:流动，这是有利的。这可以才是供启动 所需的电流。在BGR电^各启动之后，纟喿作启动电^各所消^毛的电流 可以减小。这可以降低半导体器件的功一毛。然而，即使在启动之后， 相关4支术(related art )的启动电^各仍可以消库毛与启动之前一才羊相对 高的电流。
在下文中，将参照附图来描述用于BGR电路的相关技术的启 动电路的实例。图1是相关技术的启动电路的电路图。该电路图可 以包括启动电^各10和BGR电^各12。启动电^各10可以包4舌晶体管 Ml、 M2、 M4、 M5和M6。才艮据本发明实施例，由于BGR电^各 12没有改变，所以随后将根据本发明实施例来描述BGR电路12 的工作原理(operation)和结构。然而，BGR包括至少一个晶体管 M0和运算方t大器14。
参照图1,由于晶体管M2可以具有二才及管结构(diode structure),在该结构中晶体管M2的棚4及可以连4姿至其漏4及，所以 与正向电压(forward voltage )成比<列(成正比，proportional to )的 电;危可以;充过。在非启动一犬态下，晶体管M0、 M4、 M5和M6可 以工作在截止区。也就是，电流不能在BGR电路12中流过。因此， 晶体管Ml的棚-才及电压V (SRT)可以为由电源电压VDD减去晶 体管M2两端的电压所得到的电压。如果电源电压VDD增加至大约1.5V或更高，则晶体管Ml可以导通，且电压VCONT 乂人电源 电压VDD 4主下减小。戈口果电压VCONT减小至^f氐于电源电压VDD 的电压，则晶体管MO、 M4、 M5和M6可以导通，且与电沪ulbgr 成比例(成正比，proportional to)的电;克可以在启动电3各10中t 过。
可以将晶体管M0 、 M4 、 M5和M6构造为电流镜J象结构(current mirror structure )。此时，如果晶体管M4的驱动电流变得大于由晶 体管M2冲是供的电流Irefstart，则电压V ( SRT )可以下降且可以 接近于基准电压，例如，接地电压(ground voltage ) ( GND )。晶体 管Ml可以再次进入截止区。如果晶体管Ml截止，则电压VCONT 可以仅由运算放大器14来控制。
可以通过在预定的比率下对流过晶体管M2的电流Irefstart和 流过晶体管M0的BGR电流Ibgr进4亍改变和对比来4全查BGR电 路12的工作点。此时，流过晶体管M2的电流可以随着诸如制造 工艺、温度、电源电压VDD以及电压V (SRT)的各种条件而改 变。由于晶体管M2可以具有二4及管结构，且流过晶体管M2的电 流可以与晶体管M2两端的电压的平方成比例i也增加，所以如果所 用的电源电压VDD范围4艮宽，则电流Irefstart的变化幅度(variation width)可以显著i也增力o。由于在启动之后电压V (SRT)可以变为 零，所以与启动之前相比电流Irefstart可以进一 步增加并因此可以 持续流过。尽管可以使用电阻器来减小对电源电压VDD的依赖性， 但由于与晶体管相比可能需要相对较大的空间，所以这种方法并不 是所期望的。

发明内容
本发明实施例涉及一种基准电压发生电路，该基准电压发生电 路用于产生具有基本上恒定的电平的电压，诸如带隙电压(band gap
10voltage )。本发明实施例涉及一种用于启动基准电压发生电^各的启 动电3各。
本发明实施例涉及一种用于基准电压发生电^各的启动电^各，该 启动电i 各能够通过最初允许足够的启动电流流过来迅速启动BGR 电路，并能够从一个时间点开始减小工作电流，其中该时间点指的 是BGR电路的启动由它自身开启(start)的时<吳。
根据本发明实施例，基准电压发生电路用于产生具有恒定电平 的基准电压， 一种用于启动该基准电压发生电^各的启动电^各可以包 才舌下歹'J中至少一个。启动开启单元(start-up start unit)，该启动开启 单元响应启动开启信号来在启动过程的初始阶^殳允许电流流过基 准电压发生电^各，乂人而开启启动过禾呈。基准电流发生单元，4艮据基 准电压发生电^各是否启动来降〗氐可变电压，并产生与可变电压相对 应的启动基准电流。启动4空制器， 一企测流过基准电压发生电3各的电 流，将^r测结果与启动基准电流相比较，然后输出比较的结果作为 启动开启4言号。
才艮据本发明实施例，基准电压发生电^各可以具有运算放大器， 该运算放大器用于响应外部环境来减小两个通路之间电压差，其中 在这两个通3各中流过不同的电流， 一种用于启动上述基准电压发生 电路的启动电路可以包括下列中的至少一个。第一晶体管，连接在 运算放大器的输出端和基准电压之间。第二晶体管，具有二极管结 构，并连接在电源电压和负载电压之间。第三晶体管，连接在负载 电压和第一晶体管的栅极之间。第四晶体管，连接在第一晶体管的 栅极和基准电压之间。第五晶体管，连接在电源电压和第三晶体管 的栅极之间，并且具有连接至运算放大器输出端的栅极。第六晶体 管，具有二极管结构，并且连接在第三晶体管和第四晶体管两者的 栅极与基准电压之间。根据本发明实施例，在基准电压发生电^各的启动电^各中，由于 可以将一种功能另外地添加到相关技术的启动电路中，所以与相关 4支术的电3各相比，可以减小电流损^毛，其中上述添加到相关冲支术的 启动电^各中的功能是指在启动之后减小启动电路的工作电流，而相 关技术的驱动电路不具有在启动之后减小工作电流的功能。因此， 根据本发明实施例，启动电路可以适用于要求低功耗的应用。
即使设计出要求低功耗的产品以便可以减小启动电路的电流 损耗，但在启动电路中可以-使用足够的工作电流。因此，根据本发
明实施例，可以稳定地启动BGR电路。即使电源电压的使用范围 很宽，也就是，即使使用了很高的电源电压，也可以减小电流损耗。 才艮据本发明实施例，即使电源电压的使用范围窄，也就是，即使可 以使用很低的电源电压时，也可以稳定地启动BGR电路。


图l是相关技术(related art)的启动电路的电路图。
实例图2和图3是才艮据本发明实施例的启动电路的电路图。
实例图4是图1以及实例图2和实例图3中所示的启动电^各单 元的波形图。
具体实施例方式
实例图2和图3是根据本发明实施例的启动电路40和启动电 路60的电路图。实例图2和图3示出了启动电路40和启动电路60 以及基准电压发生电3各12。
基准电压发生电^各12可以产生基准电压，该基准电压具有与 外部影响无关的恒定电平。基准电压发生电^各12可以为带隙基准(BGR)电路，该带隙基准电路可以产生大约为1.1伏的恒定电压， 该恒定电压可以等于石圭带隙电压(silicon band gap voltage )。基准电 源发生电i 各12可以〗吏用运算》文大器来响应外部环境以减小两个通 ^各之间的电压差，其中在这两个通^各中流过不同的电流。
才艮据本发明实施例，启动电3各可以包4舌启动开启单元42、基准 电流发生单元44或62以及启动4空制器46。
最初，启动开启单元42可以响应于启动开启4言号V (SRT) 来允"i午电流流入基准电压发生电^各12。这可以触发基准电压发生电 路12的启动。基准电流发生单元44可以根据基准电压发生电路12 是否启动来降4氐可变电压，并可以产生与可变电压相对应的启动基 准电流Irefstart。启动控制器46或62可以检测流过基准电压发生 电3各12的电流，并且可以将纟企测结果Irbgr与启动基准电流 Irefstart进4亍比4交，然后可以将比4交结果输出到启动开启单元42 以作为启动开启j言号V (SRT)。
根据本发明实施例，为便于说明，可以假设基准电压发生电路 12是BGR电^各，以1更于对启动电路40的单元42、 44和46的理解。 才艮据本发明实施例，可以〗吏用其它的电^各，例如可以-使用各种基准 电压发生电3各12。 BGR电3各12还可以用不同的方式来实现。将参 照附图来描述BGR电路12的结构和工4乍原理。
将简单地描述BGR电路12的工作原理。如果同样的电流流过 具有不同尺寸(size)的二才及管Dl和D2,则二才及管Dl和D2两端 的电压可以互不相同。不同电压之间的差4直AV可以通过方禾呈式1 来表示。
方程式1AF = ~^~ln(w2/wl) 《
其中，r|表示二才及管的理想因子(ideal factor), k表示普朗克 (Plank)常量，T表示开尔文温度，q表示单位电荷量，m2/ml表 示二4及管D2与Dl的面积比。该面积比(m2/ml )大于1。
乂人方禾呈式l中可知，电压AV可以与温度T成正比。在实例图 2和实例图3中，BGR电3各12可以包4舌电阻器Rl、 R2和R3, 二 极管D1和D2，运算(OP)放大器14以及晶体管M0。可以将电 阻器R1和R2的一端连4姿至同一个结点(节点，node)VREF。可 以通过运算》文大器14的才喿作来调节电流Ibgr，且该电流Ibgr可以 消除电阻器Rl和R2之间的电压差。如果电阻器Rl和R2的<1_相 等，则运算》文大器14的正端电压和负端电压可以相等。因此，同 样的电流可以流过电阻器Rl和R2,且同样的电流可以流过二才及管 Dl和D2。
才艮据本发明实施例，可以将与二才及管Dl和D2的面积比成比 例(成正比，proportional to )的电压差施力o到电阻器R3的两端。 因此，可以由电阻器R3和方程式1定义的AV来确定流过BGR电 路12的二极管Dl和D2的电流。如果假设电阻器R3的值不随温 度和电压显著改变，则值AV/R3可以与AV成比例(成正比， proportional to )。也就是，如果AV是温度的函H贝'J BGR电流Ibgr 也可以成为温度的函凄t。由于电流Ibgr可以流过电阻器Rl和R2， 所以电阻器Rl和R2两端的电压可以与温度成比例(成正比， proportional to )。才艮才居本发明实施例，如果3寻恒定电^fu施力口至二才及 管并且改变温度，则二4及管两端的电压可以4安照方考呈式2来变4匕。
方程式2
141。可以是由二极管确定的常数。在方程式2中，V和T可以分
别包含在指数项的分子和分母中，并因此可以相互成相反的比例。 也就是，如果施加恒定电流并且提高温度，则二极管两端的电压可 以减小。
从BGR电路12输出的基准电压VREF可以是电阻器R1两端 电压和二才及管Dl两端电压的总和。因此，如果选定电阻器Rl以 致可以消除两个电压值随温度的变化，则基准电压VREF可以具有 与温度无关的恒定^l:。这可能是因为电阻器R1两端的电压可以与 温度成正比，而二4及管Dl两端的电压可以与温度成反比。如果没 有电流流过二极管Dl和D2，则运算放大器14的正输入端和负输
入端的电压可以变为零。#4居本发明实施例，llr入电压之差可以变为零。
才艮据本发明实施例，BGR电路12可以处于一个工作点。也就 是，当没有电流流过二才及管D1和D2时，运算》文大器14可以工作 以便可以维持相同的状态。根据本发明实施例，为了使得电流流过 BGR电^各12的两个电流通^各，启动电^各40可能是必需的。在施加 电源之后，BGR电^各12立即可以处于一个工〗乍点，在该工4乍点上 没有电流流过。在这种状态下，电压VCONT可以等于电源电压 VDD,而晶体管M0可以工作在截止区。这可以阻挡电流流过。启 动电3各40可以？文变这种a犬态。
接下来将描述根据本发明实施例的启动电路40的结构和工作 原理。根据本发明实施例，启动电路40可以包括晶体管Ml到晶 体管M6。才艮才居本发明实施例，启动开启单元42可以由第一晶体管Ml 来实现，该第一晶体管Ml可以具有连4妻在控制电压和基准电压之 间的漏才及和源才及，其中，控制电压用于触发基准电压发生电^各12 的启动。晶体管Ml还可以具有连接至启动开启信号V (SRT)的 栅极。控制电压可以是运算放大器14的输出电压，而基准电压可 以是冲妄i也电压。
根据本发明实施例，如实例图2所示，基准电流发生单元44 可以由晶体管M2和M3来实现。才艮据本发明实施例，第二晶体管 M2可以具有连4妻在电源电压VDD和负载电压V ( LOAD )之间的 源极和漏极，以及具有连接至负载电压V (LOAD)的栅极。根据 本发明实施例，启动基准电流Irefstart可以流过第二晶体管M2。 才艮据本发明实施例，第三晶体管M3可以具有连4妻在负载电压V (LOAD)和启动开启信号V (SRT)之间的源才及和漏才及，并且第 三晶体管M3的栅极可以一皮连接用来接收一企测BGR电路12的电流 的结果。在实例图2中，可变电压可以与第二晶体管M2的源4及和 漏才及之间的电压差相对应。
根据本发明实施例，启动控制器46可以包括晶体管M4、 M5 和M6。根据本发明实施例，第四晶体管M4可以具有连接在第一 晶体管Ml的栅极与基准电压之间的漏极和源极，并且可以具有连 接至第三晶体管M3栅极的栅极。根据本发明实施例，第五晶体管 M5可以具有连接在电源电压VDD与第三晶体管M3的栅极之间的 源才及和漏4及。第五晶体管M5可以具有连4妻至运算方文大器14 llr出 电压的栅极，该输出电压可以是控制电压。根据本发明实施例，第 六晶体管M6可以具有连接在第三晶体管M3的栅极与基准电压之 间的漏极和源极，并且可以具有连接至第四晶体管M4斥册极的栅极。 才全测BGR电3各12的电流的结果Irbgr可以表示乂人第五晶体管M5
16流向第六晶体管M6的电流。启动开启4言号V (SRT)可以与第四 晶体管M4的漏才及电压相^f应。
才艮据本发明实施例，如实例图3所示，基准电流发生单元62 可以由晶体管M2、 M3和M7来实现。也就是，可以通过将晶体管 M7添加到基准电流发生单元44来构成基准电流发生单元62。才艮 据本发明实施例，第七晶体管M7可以具有连接在电源电压VDD 和第二晶体管M2之间的漏极和源极，并且可以具有连接至运算放 大器14输出电压的栅极，其中该输出电压可以是控制电压。
现在，根据本发明实施例来描述具有上述结构的启动电路40 的工〗乍原理。
根据本发明实施例，如果施加电源，则BGR电路12的工作点 可以处于没有电流流过的状态。为了改变这个状态，可以将电压 VCONT调节到4氐于电源电压VDD。如果开始有电流流过，则在二 极管Dl两端的电压和二才及管D2两端的电压之间可以产生差值。 才艮据本发明实施例，运算方文大器14可以工作以Y更可以减小电压差， 而BGR电路12可以稳定在有电流流过的不同工作点。根据本发明 实施例，当BGR电路12可以处于没有电流流过的工作点时，启动 电路40或60可以降4氐晶体管M0的棚4及电压VCONT,而在BGR 电路12进入到有电流流过的工作点之后，启动电路40或60不会 影响晶体管M0的栅-才及电压。
现在将描述启动之后启动电3各的工作原理。随后将参照波形图 来描述启动期间启动电^各的工作原理。与图1中所示的相关4支术的 电路不同的是，根据本发明实施例的启动电路可以进一步包括晶体 管M3。才艮据本发明实施例，如果在启动之后复制电流(duplicated current) Irbgr力t过晶体管M5和M6,则电压V ( BSEN )可以高 于晶体管M6的阈值电压，其中，复制电流Irbgr可以与电流Ibgr成比例(成正比，proportional to )。才艮据本发明实施例，晶体管M3 的源才及电压V ( LOAD )可以是电压V ( BSEN )与晶体管M3的阈
^直电压的总和。
在图1所示的启动电^各10中，可以将电源电压VDD施加到晶 体管M2的源才及。然而，在实例图2所示的启动电^各40中，在启 动之后，可以将通过从电源电压VDD中减去晶体管M6的阈值电 压和晶体管M3的阈值电压而得到的电压施加到晶体管M2的两端。 与图1相比，根据本发明实施例，在一个时间点上负载电压V (LOAD)的电平可以增加第三晶体管M3的阈值电压与第六晶体 管M6的阈值电压两者的总和，上述时间点指的是在基准电压发生 电路12可以由其本身来启动的时侯。才艮据本发明实施例，与图1 相比，流过晶体管M2的电流Irefstart可以减小。
参照实例图3,可以进一步增力口晶体管M7。可以以与关于实 例图2所描述的相似方式来获得负载电压V(LOAD),该负载电压
V (LOAD)连4妄至晶体管M2的冲册才及和漏4及。在实例图2中，不 论BGR电路12是否启动，晶体管M2的源极结点(node)的电压
V ( LOADS )都可以维持在电源电压VDD 。才艮据本发明实施例， 在实例图3中，在启动之前，电压V (LOADS)可以是电压 VDD-VTN，该电压VDD-VTN可以通过将电源电压VDD减去晶体 管M7的阈值电压VTN来得到。才艮据本发明实施例，在启动之后， 由于晶体管M7的栅"f及电压可以/人电源电压VDD减小到i氐于晶体 管M0的阈值电压，所以电压V (LOADS)可以随之改变。根据本 发明实施例，如果基准电压发生电路12由其自身启动，则施加至 第二晶体管M2的源纟及的电压的电平可以下降一定的值，该一定的 值为第七晶体管M7的阈值电压。根据本发明实施例，与图l或实 例图2相比，可变电压可以进一步减小。4艮才居本发明实施例，与实例图2中所示的启动电^各40相比，图3中所示的启动电^各60在启 动之后可以进一 步减小电流Irefstart 。
在下文中，将参照端电压和端电流的波形图来描述图1中所示 的相关技术的启动电路的工作原理和实例图2和实例图3中所示的 启动电路40和60的工作原理。根据本发明实施例，可以描述直到 BGR电^各12启动的工作原理以及描述BGR电3各12启动之后的工 作原理。
实例图4是图1至图3中所示的启动电5各10、 40和60单元的 波形图。为了得到实例图4中所示的波形，可以进行仿真，在该仿 真中电源电压VDD可以为3.3伏，电源电压VDD和电压VCONT 之间的差4直可以调节到在大约0.2V到1.4V的范围内。在启动之后， 通过运算放大器14的操作，BGR电路12可以连续维持在一个工作 点。才艮据本发明实施例，在这个仿真过程中，可以通过外部器件直 接施加电压VCONT而不考虑运算放大器14的操作。这可以使得 能够观察到由电压VCONT的变化而引起的启动电路的变化。
根据本发明实施例，由运算放大器14的操作所维持的工作点 可以是差《直VDD-VCONT为0.92V的点，该工4乍点可以由实例图4 中垂直画出的虚线表示。才艮据本发明实施例，在波形中，除非另有 说明，点划线对应于相关技术(related art )，实线对应于图2中所 示的本发明实施例，虚线对应于图3中所示的本发明实施例。可以 通过将电压VCONT从电源电压VDD往下逐渐减小来测定波形。 表示电流波形的纵轴可以由log标度(log scale )来显示，表示电压 波形的纵轴可以由线性标度(linear scale )来显示。
在实例图4中所示的第一波形中，由于相关^支术中的BGR电 流Ibgr和电流Irbgr可以与本发明实施例中的BGR电流Ibgr和电 流Irbgr相等，所以4又示出了图1中所示的相关4支术的电流Ibgr和Irbgr的波形，其中BGR电流Ibgr流过BGR电^各12的晶体管MO, 而电流Irbgr通过BGR电流Ibgr乘以恒定比来获得。
可以通过将电流Ibgr乘以例如大约为1/5的恒定比来得到电流 Irbgr。根据本发明实施例，当差值VDD-VCONT增加时，在0.5V 附近，电流Ibgr和Irbgr可以按指数规律增加，其中，0.5V可以 是晶体管MO和M5的阈值电压Vth。如果差^f直VDD-VCONT是 0.8V或更高的电平，则晶体管MO和晶体管M5可以导通，并因此 电流可以基本上可以线性增加。与(Vgs-Vth)2成比例(成正比， proportional to)的电流可以流过处于导通状态的MOS晶体管。才艮 据本发明实施例，这可以是一种状态，在该状态下栅极和源极之间 的电压Vgs可以高于阈^直电压Vth。由于在这个波形中可以由log 标度来表示》从轴，所以在直线区间中电力化可以4安指凝:M^聿增加，而 在线可以l菱'f曼增加而同时倾角可以减小的区间中电流可以基本上 线性增加。
在实例图4中所示的第二波形中，与电流Irbgr相比，当可以 ^吏用启动电^各完成BGR电^各12的最4刀启动时，可以4吏用电;充 Irefstart 。在差值VDD-VCONT 4艮小时，电流Irefstart可能受限于 第四晶体管M4,并且电流Irefstart可以随电流Irbgr按指数规律 增加，而当达到由BGR状态、电源电压和基准电流发生单元44或 62确定的启动基准电;危Irefstart时，电;充Irefstart不再增力口 。
才艮据相关技术，当电流Irefstart可以按指凄G见律增加时，电流 可以小于启动基准电it Irefstart,而乂人电;危Istartup可以迅速减小 的时间点开始，电流可以不再增力。并且可以与启动基准电流相等。 如果将启动基准电流Irefstart设置的太低，则可能延迟或不能执行 BGR电i 各12的启动。才艮据实施例，如果将启动基准电流Irefstart 设置的太高，则BGR电路12不能正常工作。根据本发明实施例， 在启动之后电流Irefstart可以减小。与相关4支术不同，这可能是因为通过应用BGR状态，也就是，电压VCONT和电流Ibgr，可以
减小启动基准电;危。
才艮才居相关#支术，电流Irefstart可以随着差值VDD-VCONT增 力口而4安指数^W聿增力。。然后，乂人不允许电流Istartup流过的电压开 始，电流Irefstart可以维持在恒定值，也就是，启动基准电流。这 可能是因为在相关冲支术中可能没有应用BGR状态。
根据本发明实施例，电流Irefstart可以按指数规律增加，然后 电流Irefstart 乂人可以不允i午电流Istartup流过的电压开始可以逐沐斤
减小。才艮才居本发明实施例，电流乂人可以不允许电流Istartup流过的
电压开始可以更迅速i也减'J 、。
电流Irefstart可以按指数规律增加，然后可以减小或保持不变。 在用于迅速减小电流Istartup的电压VCONT以及该电压下的电流 Irefstart的方面，相关才支术和本发明实施例可以互不相同，^f旦是可 以通过i殳计来局部调整电压VCONT和电流Irefstart。因此，在电 流Istartup可以迅速减小之后，相关才支术和本发明实施例在电流 Irefstart的变4匕量方面可以互不相同。
尽管可以将相关才支术和本发明实施例都i殳计成电流Istartup可 以在相同的电压VCONT下迅速减小，但是在通过运算放大器14 的操:作来使电压VCONT进入工作点的过程中，可以在相关冲支术中 维持相同的电流，而才艮据本发明实施例的电流Irefstart可以逐渐减 小。通过这个操作，可以以根据本发明实施例的方法来减小启动电 ^各40或60的电;危。
在实例图4的第三波形中，示出了晶体管Ml的电流Istartup, 该电流Istartup可以是用于启动BGR电-各12的启动电流。才艮才居相 关技术和本发明实施例，如果差值VDD-VCONT ^艮低，则在0.7V附近，大约为1 mA的高电流Istartup可以迅速减小，且可以维持 在为10pA的4艮小值或更小的值，其中，大约为lmA的高电流 Istartup可以足够用于BGR的启动。如果电流Istartup足够小，则 不会影响运算放大器14的工作。在启动时，如果运算放大器14没 有通过它自身进入到工作点，则启动电3各10、 40或60可以引起运 算i文大器14的启动。然而，如果达到运算i文大器14可以通过它自 身开启启动过程的时间点，则启动电3各10、 40或60可以停止工作， 运算放大器14可以通过它自身进入至工作点。
启动过輝呈开始时的时间点可以表示差〗直VDD-VCONT高于晶 体管M0和M5的阈值电压时的时间点。才艮据本发明实施例，在启 动过程中，可以在启动过程的初始阶革殳通过启动电^各10、 40或60 来执行启动。可以在启动过程的后续阶段(latter stage )通过运算放 大器14的4喿作来完成该启动。
在启动过程的初始阶^殳中，启动电路可以允许电流从结点 VCONT流到4妾地电压GND,以1更电压VCONT可以减小至电压 VDD-Vth。其后，可以通过启动电^各10、 40或60来一寻启动电;充 Istartup减小至可能接近零的值。从而可以完成启动电路10、 40或 60的操作。当在由于断电而使BGR电路12的工作停止之后需要启 动过程时，启动电路IO、 40或60可以重复执行这样的操作。即使 由于诸如电源噪声的所预料的因素使BGR电路12停止工作，启动 电路10、 40或60仍可以启动BGR电路12以便可以确保BGR电 路12稳定工作。
在实例图4的第四波形中，相关技术和本发明实施例的电压V (BSEN)可以具有基本上相同的波形。因为电流Irbgr可以流过 晶体管M6，所以可以得到电压V (BSEN)的波形，其中晶体管 M6可以具有二4及管结构。在实例图4的第五波形中，如果电流Irbgr小于启动电流，则 电压V (SRT)可以维持在IV或更高的电平，并且晶体管Ml可 以导通。然而，如果电流Irbgr变得大于启动基准电流，则电压V (SRT)可以迅速减小到零，而晶体管M1可以截止。
在实例图4的第六波形中，才艮才居本发明实施例，在电流Istartup 可以迅速减小之后，电压V (LOAD)可以逐渐增加然后可以趋于 稳定。根据本发明实施例，由于晶体管M2的源才及可以连4妻至电源 电压VDD,所以如果晶体管M2的漏才及电压V ( LOAD )增加，则 电流Irefstart可以减小。才艮据本发明实施例，因为电流Irefstart可 以更迅速;也减小，所以电压V ( LOAD )可以显著增力口 。
在实例图4的第七波形中，在相关4支术和图2中所示的本发明 实施例中晶体管M2的源极电压V(LOADS)可以连接至电源电压 VDD。然而，冲艮据图3中所示的本发明实施例，晶体管M2的源极 电压V (LOADS )可以连4妾至晶体管M7的源才及，且可以受到晶体 管M7的4册极电压VCONT的影响。如果晶体管M0和晶体管M5 导通，则电压V (LOADS)可以下降一定的值，该一定的值为晶 体管M0和晶体管M5的阈 <直电压。然而，在电流Istartup迅速减 小之后，电压V (LOADS)可以维持或减小。如果电压VCONT 减小，则电压V (LOADS)可以持续减小，但是电压V( LOADS) 不会随着电流Irefstart的减小而显著地减小。相反，根据本发明实 施例，晶体管M2的电流Irefstart的减小所带来的影响可能较大。
由于启动电;克Istartup可以乂人启动电^各40或60 4乘作完成的时
间点到达到工作点的时间点减小，所以即使启动基准电流设置得很 高，4旦是在启动过#呈之后实例图2和实例图3中所示的启动电^各40 或60可以消库毛相对專交小的电流。
23然而，在相关技术中，当进行设计以便可以确保足够的启动电 流时，电流损井毛可能增加。因此，在相关冲支术中，有必要对启动基 准电流和稳定的启动，喿作进4于协调。
然而，才艮据本发明实施例，尽管保证了足够的启动基准电流，
<旦仍可以减小功谇€。
在本发明所披露的实施例中可以作各种修改和变化，这对本领 域^支术人员来说是明显和显而易见的。因此，如果这些修改和变化 落在所附权利要求和其等同替换的范围内，本发明所披露的实施例 旨在覆盖这些明显和显而易见的^f'务改和变化。
权利要求
1. 一种器件，包括启动开启单元，构造用于响应启动开启信号来在启动过程的初始阶段允许电流流过基准电压发生电路以触发所述启动过程；基准电流发生单元，构造用于根据所述基准电压发生电路是否启动来减小可变电压并产生与所述可变电压相对应的启动基准电流；以及启动控制器，构造用来检测流过所述基准电压发生电路的电流，将所述检测的电流与所述启动基准电流比较，并输出比较的结果来作为所述启动开启信号。
2. 根据权利要求1所述的器件，其中，所述启动开启单元包括第 一晶体管，所述第一晶体管具有连接在控制电压和基准电压之 间的漏极和源极，并且所述第一晶体管的栅极被连接用来接收 所述启动开启信号，其中所述控制电压用来触发所述基准电压 发生电路的所述启动过程。
3. 根据权利要求2所述的器件，其中，所述基准电流发生单元包 括第二晶体管，具有连接在电源电压和负载电压之间的源 才及和漏才及，以及具有连4妄至所述负载电压的4册才及，所述启动基 准电流流过所述第二晶体管；以及第三晶体管，具有连接在所述负载电压和所述启动开启 信号之间的源极和漏极，并且所述第三晶体管的栅极连接至所 述才全测的电流，其中，所述可变电压包括所述第二晶体管的所述源极和 所述漏极两端电压之间的差值。
4. 根据权利要求3所述的器件，其中，所述启动控制器包括第四晶体管，具有连接在所述第一晶体管的所述栅极和 所述基准电压之间的漏极和源极，并且所述第四晶体管的4册极 连接至所述第三晶体管的所述栅极；第五晶体管，具有连接在所述电源电压和所述第三晶体 管的所述栅极之间的源极和漏极，以及具有连接至所述控制电 压的4册一及；以及第六晶体管，具有连接在所述第三晶体管的所述4册极和 所述基准电压之间的漏极和源极，并且所述第六晶体管的栅极 连接至所述第四晶体管的所述栅极。
5. 根据权利要求4所述的器件，其中，所述检测的电流包括从所 述第五晶体管流至所述第六晶体管的电流，而所述启动开启信 号包括所述第四晶体管的漏4及电压。
6. 根据权利要求4所述的器件，其中，当启动所述基准电压发生 电路时，所述负载电压的电平增加了所述第三晶体管的阈值电 压与所述第六晶体管的阈值电压两者的总和。
7. 根据权利要求3所述的器件，其中，所述基准电流发生单元包 括第七晶体管，所述第七晶体管具有连接在所述电源电压和所 述第二晶体管之间的漏极和源极，以及具有连接至所述控制电 压的4册才及。
8. 根据权利要求7所述的器件，其中，当启动所述基准电压发生 电路时，施加至所述第二晶体管的所述源极的所述电压的电平 下降了所述第七晶体管的阔值电压。
9. 一种器件，包括运算放大器；第一晶体管，连接在所述运算放大器的输出端和基准电 压之间；第二晶体管，具有二极管结构且连接在电源电压和负载 电压之间；第三晶体管，连接在所述负载电压和所述第一晶体管的 栅极之间；第四晶体管，连接在所述第一晶体管的所述栅极和所述 基准电压之间；第五晶体管，连接在所述电源电压和所述第三晶体管的才册才及之间，并且具有连4妄至所述运算方文大器输出端的棚-4及；以 及第六晶体管，具有二极管结构且连接在所述第三和第四 晶体管两者的栅极与所述基准电压之间。
10. 根据权利要求9所述的器件，包括第七晶体管，所述第七晶体 管连接在所述电源电压和所述第二晶体管之间，并且所述第七 晶体管的栅极连接至所述运算放大器的所述输出端。
11. 根据权利要求9所述的器件，其中，所述运算放大器被构造用 于响应外部环境条件来减小两个通路之间的电压差，其中在所 述两个通3各中流过不同的电流。
12. —种方法，包4"舌通过4吏用启动开启单元，响应启动开启〗言号，来在启动 过程的初始阶段允许电流流过基准电压发生电路，从而触发所 述启动过程；根据所述基准电压发生电路是否开启来减小可变电压， 并且利用基准电流发生单元来产生与所述可变电压相对应的 启动基准电流；以及利用启动控制器来检测流过所述基准电压发生电路的电 流，并将所述4企测的电流与所述启动基准电流相比專交，然后输 出比较的结果作为所述启动开启信号。
13. 根据权利要求12所述的方法，包括设置运算放大器；设置第一晶体管，所述第一晶体管连接在所述运算放大 器的输出端和基准电压之间；设置第二晶体管，所述第二晶体管具有二极管结构并且 连接在电源电压和负载电压之间；设置第三晶体管，所述第三晶体管连接在所述负载电压 和所述第 一晶体管的栅极之间；设置第四晶体管，所述第四晶体管连接在所述第一晶体 管的所述栅极和所述基准电压之间；设置第五晶体管，所述第五晶体管连接在所述电源电压 和所述第三晶体管的栅极之间，并且所述第五晶体管具有连接 至所述运算方文大器输出端的4册极；以及i殳置第六晶体管，所述第六晶体管具有二极管结构并且 连接在所述第三和第四晶体管两者的栅极与所述基准电压之 间。
14. #4居斗又利要求12所述的方法，其中，所述启动开启单元包括:第 一 晶体管，所述第 一 晶体管具有连接在控制电压和基准电压 之间的漏极和源极，并且所述第一晶体管的栅极被连接用来接 收所述启动开始信号，其中，所述控制电压用来触发所述基准 电压发生电3各的所述启动过程。
15. 才艮据一又利要求14所述的方法，其中，所述基准电流发生单元 包括第二晶体管，具有连4妄在电源电压和负载电压之间的源 极和漏极，以及具有连接至所述负载电压的栅极，所述启动基 准电流流过所述第二晶体管；以及第三晶体管，具有连接在所述负载电压和所述启动开启 信号之间的源极和漏极，以及所述第三晶体管的栅极连接至所 述才企测的电流，其中，所述可变电压包括所述第二晶体管的所述源极和 所述漏极两端的电压之间的差值。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述启动控制器包括第四晶体管，具有连接在所述第一晶体管的所述4册极和 所述基准电压之间的漏极和源极，并且所述第四晶体管的栅极 连接至所述第三晶体管的所述栅极；第五晶体管，具有连接在所述电源电压和所述第三晶体 管的所述4册4及之间的源4及和漏纟及，以及具有连接至所述控制电 压的4册^及；以及第六晶体管，具有连接在所述第三晶体管的所述栅极和 所述基准电压之间的漏极和源极，并且所述第六晶体管的栅极 连接至所述第四晶体管的所述栅极。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述检测的电流包括从 所述第五晶体管流至所述第六晶体管的电流，而所述启动开启 信号包^fe所述第四晶体管的漏;f及电压。
18. 根据权利要求16所述的方法，当启动所述基准电压发生电路 时，所述负载电压的电平增加了所述第三晶体管的阈值电压与 所述第六晶体管的阈值电压两者的总和。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述基准电流发生单元 包括第七晶体管，所述第七晶体管具有连接在所述电源电压和 所述第二晶体管之间的漏极和源极，以及具有连接至所述控制 电压的4册极。
20. 根据权利要求19所述的方法，包括当启动所述基准电压发生 电路时，施加至所述第二晶体管的所述源极的所述电压的电平 下降了所述第七晶体管的阈值电压。
全文摘要
本发明实施例涉及一种用于基准电压发生电路的启动电路。根据本发明实施例，启动电路可以包括启动开启单元，该启动开启单元响应启动开启信号来允许电流流过基准电压发生电路，从而开始启动过程；基准电流发生单元，根据基准电压发生电路是否启动来减小可变电压并且产生与该可变电压相对应的启动基准电流；以及启动控制器，该启动控制器检测流过基准电压发生电路的电流，将检测结果与启动基准电流相比较，并且输出比较结果来作为启动开启信号。在启动之后，可以减小电流损耗。BGR电路可以稳定地启动。如果使用高电源电压，则可以减小电流损耗，而如果使用低电源电压，则BGR电路可以稳定地启动。
文档编号G05F3/08GK101470456SQ20081018940
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者张炳琸 申请人:东部高科股份有限公司