电压产生电路的制作方法

本发明涉及电压产生电路领域，尤其涉及一种电压产生电路。

背景技术：

基准电压产生电路是模拟电路设计、混合信号电路设计以及数字设计中的重要模块，它为系统提供不随温度及供电电压变化的基准电压。在基准电压产生电路中，功耗这个参数对电源性能的好坏起着决定性的作用，低功耗的基准电压产生电路对于整个电路来说至关重要。

因此，低功耗的电压产生电路成为了一个重要的发展方向。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种低功耗的电压产生电路。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电压产生电路，其包括：至少一电压产生模块，所述电压产生模块能够产生一电压信号；至少一保持模块，通过一采样开关与所述电压产生模块连接，并与所述电压产生电路的输出端连接，所述保持模块用于采样并保持所述电压信号；刷新控制模块，用于产生至少一刷新控制信号，所述刷新控制信号用于控制所述采样开关的断开及闭合；使能控制模块，用于产生至少一使能控制信号，所述使能控制信号控制所述电压产生模块开启及关闭，并控制所述刷新控制模块产生所述刷新控制信号；当所述使能控制信号控制所述电压产生模块开启，且所述电压产生模块的电压信号稳定时，所述刷新控制信号控制所述采样开关闭合，以将所述保持模块与所述电压产生模块连接，所述保持模块进行电压信号的采样；当所述保持模块采样完毕，所述刷新控制信号控制所述采样开关断开，以切断所述保持模块与所述电压产生模块的连接，所述使能控制信号控制所述电压产生模块关闭。

进一步，所述使能控制信号控制所述电压产生模块及所述刷新控制模块周期性开启及关闭。

进一步，一个周期的时间为20～80毫秒。

进一步，所述使能控制模块包括一环形振荡电路。

进一步，通过控制所述环形振荡电路的充放电电流而控制所述使能控制信号的占空比。

进一步，所述环形振荡电路的周期范围为20～80毫秒。

进一步，所述环形振荡电路由奇数个反相器串联且输出端与输入端首尾相接构成。

进一步，在至少一个所述反相器的输出端设置有电容。

进一步，所述使能控制模块还包括同相缓冲电路，所述环形振荡电路的输出端与所述同相缓冲电路的输入端连接，所述同相缓冲电路的输出端输出所述使能控制信号。

进一步，所述刷新控制模块包括：第一延时电路，对所述使能控制信号进行延时，并输出第一延时信号；刷新控制信号产生电路，包括第二延时电路及与门电路，所述第二延时电路为反相延时电路，所述第一延时信号作为所述第二延时电路及所述与门电路的一输入信号，所述第二延时电路输出一第二延时信号，所述第二延时信号作为所述与门电路的另一输入信号，所述与门电路的输出信号作为所述刷新控制信号。

进一步，所述第一延时电路由偶数个反相器串联形成，在至少一个反相器的输出端设置有电容。

进一步，所述第一延时电路设置为：在所述电压产生模块的电压信号稳定时，所述第一延时电路输出所述第一延时信号。

进一步，所述第二延时电路由奇数个反相器串联形成。

进一步，在至少一所述反相器的输出端设置有电容。

进一步，所述保持模块包括至少一电容。

进一步，在电压产生电路的输出端设置有缓冲模块。

所述电压产生电路还包括：比较模块，具有输入端及输出端，所述输入端与所述电压产生模块的输出端连接，并接收所述电压信号，所述比较模块能够将所述电压信号与预设值进行比较，所述比较模块的输出端输出比较结果信号；与门模块，具有输入端及输出端，所述输入端分别与所述使能控制模块及所述比较模块连接，并接收所述使能控制信号及所述比较结果信号，所述输出端与所述刷新控制模块连接，所述刷新控制模块根据所述与门模块的输出信号产生所述刷新控制信号。

本发明的优点在于，通过使能控制模块产生使能控制信号，将电压产生模块周期性开启和关闭，由于电压产生模块所需启动时间很短，只需要等到其电压稳定并完成采样之后就可以将其关断，使得消耗的平均电流大大降低，节省电流，进而实现降低电压产生电路的功耗。

附图说明

图1是本发明电压产生电路的一具体实施方式的架构图；

图2是本发明电压产生电路的第一使能控制信号、第一电压信号及控制所述第一采样开关开启及关闭的第一刷新控制信号的时序图；

图3是本发明电压产生电路的刷新控制模块的一具体实施方式的电路图；

图4是本发明电压产生电路的第一使能控制信号、第一电压信号、第一延时信号及第一刷新控制信号的时序图；

图5是本发明使能控制模块的一具体实施方式的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的低功耗电压产生电路的具体实施方式做详细说明。

图1是本发明电压产生电路的一具体实施方式的架构图。请参阅图1，本发明电压产生电路包括至少一电压产生模块、至少一保持模块、刷新控制模块30及使能控制模块40。

本发明电压产生电路可包括多个电压产生模块，所述电压产生模块可并联设置。在图1中示意性地绘示两个并联设置的电压产生模块，分别为第一电压产生模块10及第二电压产生模块11。所述电压产生模块能够产生一电压信号。具体地说，请参阅图1，所述第一电压产生模块10能够产生一第一电压信号vgen1，所述第二电压产生模块11能够产生一第二电压信号vgen2。所述电压产生模块可以为线性稳压电路、电荷泵稳压电路等。

本发明电压产生电路可包括多个保持模块，所述保持模块可并联设置。所述保持模块通过一采样开关与所述电压产生模块连接，并与所述电压产生电路的输出端连接。也就是说，一个所述保持模块对应一个所述电压产生模块。具体地说，请参阅图1，第一保持模块20通过第一采样开关50与所述第一电压产生模块10连接，第二保持模块21通过第二采样开关51与所述第二电压产生模块11连接。

其中，所述保持模块可为储能元件，例如电容。所述保持模块的作用在于采样并保持所述电压信号。例如，当所述第一采样开关50闭合时，所述第一电压产生模块10的第一电压信号vgen1施加在所述第一保持模块20上，所述第一电压产生模块10对所述第一保持模块20充电。所述第一保持模块20对所述第一电压产生模块10进行采样，并保持所述第一电压产生模块10的所述第一电压信号vgen1。当所述第二采样开关51闭合时，所述第二电压产生模块11的第二电压信号vgen2施加在所述第二保持模块21上，所述第二电压产生模块11对所述第二保持模块21充电。所述第二保持模块21对所述第二电压产生模块11进行采样，并保持所述第二电压产生模块11的所述第二电压信号vgen2。

所述刷新控制模块30用于产生至少一刷新控制信号，所述刷新控制信号用于控制所述采样开关的断开及闭合。在本具体实施方式中，当需要所述保持模块对所述电压产生模块进行采样时，所述刷新控制模块30产生的刷新控制信号为高电平，所述刷新控制信号控制所述采样开关闭合，从而使所述保持模块与所述电压产生模块连接，以使所述保持模块对所述电压产生模块进行采样；当不需要保持模块对所述电压产生模块进行采样时，所述刷新控制模块30产生的所述刷新控制信号为低电平，所述采样开关断开，从而使所述保持模块与所述电压产生模块断开连接，以使所述保持模块停止对所述电压产生模块进行采样。可以理解的是，这里所述的高电平与低电平，只是为了较好说明方法的实施过程，在实际设计时，可以自定义。

在本具体实施方式中，所述刷新控制模块30能够产生多个刷新控制信号。具体地说，所述刷新控制模块30产生第一刷新控制信号s1及第二刷新控制信号s2，当所述第一保持模块20需要对所述第一电压产生模块10进行采样时，，所述第一刷新控制信号s1为高电平，控制所述第一采样开关50闭合，从而使所述第一保持模块20与所述第一电压产生模块10连接，以使所述第一保持模块20对所述第一电压产生模块10进行采样；当所述第二保持模块21需要对所述第二电压产生模块11进行采样时，所述第二刷新控制信号s2为高电平，控制所述第二采样开关51闭合，从而使所述第二保持模块21与所述第二电压产生模块11连接，以使所述第二保持模块21对所述第二电压产生模块11进行采样。

在本发明其他具体实施方式中，所述刷新控制模块30也可仅产生一个刷新控制信号，所述刷新控制信号同时控制多个采样开关闭合及断开。例如，所述刷新控制模块30产生一个刷新控制信号，所述刷新控制信号同时控制所述第一采样开关50及第二采样开关51的闭合及断开。

所述使能控制模块40用于产生至少一使能控制信号，所述使能控制信号控制所述电压产生模块开启及关闭，并控制所述刷新控制模块产生所述刷新控制信号。具体地说，在本具体实施方式中，所述使能控制模块40产生第一使能控制信号en1及第二使能控制信号en2。其中，所述第一使能控制信号en1用于控制所述第一电压产生模块10开启及关闭，并控制所述刷新控制模块30产生第一刷新控制信号s1；所述第二使能控制信号en2用于控制所述第二电压产生模块11开启及关闭，并控制所述刷新控制模块30产生第二刷新控制信号s2。

每一个电压产生模块对应一输出端，在所述输出端输出所述电压产生电路的输出信号。请参阅图1，与所述第一电压产生模块10对应的输出端输出一第一输出信号vgen11，与所述第二电压产生模块11对应的输出端输出一第二输出信号vgen22。

进一步，在电压产生电路的输出端设置有缓冲模块。具体地说，与所述第一电压产生模块10对应的输出端设置有第一缓冲模块60，与所述第二电压产生模块11对应的输出端设置有第二缓冲模块61。所述缓冲模块可为一个低功耗运算放大器。

在所述电压产生电路中，电压产生模块本身的性质决定了在电压产生模块开启的初始阶段，电压产生模块产生的电压信号不稳定，经过若干时间后，电压产生模块产生的电压信号会趋于稳定，则当电压产生模块产生的电压信号稳定时，所述刷新控制信号控制所述采样开关闭合，以将所述保持模块与所述电压产生模块连接，所述保持模块进行电压信号的采样；当所述保持模块采样完毕，所述刷新控制信号控制所述采样开关断开，以切断所述保持模块与所述电压产生模块的连接，所述使能控制信号控制所述电压产生模块关闭。

由于电压产生模块所需启动时间很短，只需要等到其电压稳定并完成采样之后就可以将其关断，这样消耗的平均电流就可以大大降低，进而实现低功耗的目的。本发明电压产生电路可通过一套使能控制模块及刷新控制模块实现对多个电压产生模块的控制，进一步节省了功耗。

进一步，为了确保在所述电压产生模块输出的电压信号稳定后所述刷新控制模块产生的刷新控制信号才会输出高电平，在本发明另一具体实施方式中，所述电压产生电路还包括比较模块及与门模块。

所述比较模块的输入端与所述电压产生模块的输出端连接，所述与门模块的输入端与所述比较模块的输出端及所述使能控制模块的输出端连接，所述与门模块的输出端与所述刷新控制模块的输入端连接。

所述比较模块接收所述电压信号，并将所述电压信号与预存在所述比较模块内的预设值进行比较，并输出比较结果信号。若所述电压信号大于或等于所述预设值，说明所述电压信号已经稳定，则所述比较模块的输出端输出高电平，若所述电压信号小于所述预设值，说明所述电压信号还不稳定，则所述比较模块的输出端输出低电平。所述预设值可根据所述电压产生模块能够产生的稳定电压确定。例如，所述预设值即为所述电压产生模块能够产生的稳定电压，或者所述预设值为所述电压产生模块能够产生的稳定电压的90％、85％等。可以理解的是，当所述电压产生电路包括多个电压产生模块时，每一所述电压产生模块输出的电压信号均需要与所述预设值进行比较。

与门模块接收所述使能控制信号及所述比较结果信号，所述刷新控制模块根据所述与门模块的输出信号产生所述刷新控制信号。根据所述与门模块的特性，当所述使能控制信号及所述比较结果信号均为高电平时，所述与门模块会输出高电平，则所述刷新控制模块产生的刷新控制信号能够控制所述采样开关闭合；当所述使能控制信号及所述比较结果信号中有低电平时，所述与门模块会输出低电平，则所述刷新控制模块产生的刷新控制信号能够控制所述采样开关断开。可以理解的是，由于所述与门模块的特性，当所述电压产生电路包括多个电压产生模块时，只有所有的电压产生模块产生的电压信号均为稳定信号时，所述刷新控制模块产生的刷新控制信号才能够控制采样开关闭合，当有至少一个电压产生模块产生的电压信号为不稳定信号时，所述刷新控制模块产生的刷新控制信号控制采样开关断开。

所述电压产生电路通过所述比较模块及所述与门模块的设计，可确保在所述电压产生模块产生的电压信号稳定后所述保持模块进行采样。

图2是第一使能控制信号en1、第一电压信号vgen1及控制所述第一采样开关50开启及关闭的第一刷新控制信号s1的时序图。请参阅图2，所述使能控制模块向所述第一电压产生模块10施加第一使能控制信号en1，所述第一使能控制信号en1为高电平时，所述第一电压产生模块10启动，在第一电压产生模块10初始启动时，所述第一电压产生模块10产生的第一电压信号vgen1下降为零，但是，其不稳定，此时，所述第一刷新控制信号s1为低电平，所述第一采样开关50为断开状态；在经过若干时间，当所述第一电压产生模块10产生的第一电压信号vgen1达到预设值，且稳定后或者稳定一设定时间后，所述第一刷新控制信号s1由低电平变为高电平，所述第一采样开关50闭合，以使所述第一保持模块20对所述第一电压产生模块10进行采样；在所述第一保持模块20采样完毕，所述第一刷新控制信号s1变为低电平，所述第一采样开关50断开，以使所述第一保持模块20断开与所述第一电压产生模块10的连接。在所述第一保持模块20采样完毕后或者间隔若干时间，所述第一使能控制信号en1由高电平变为低电平，所述第一电压产生模块10关闭，所述第一电压信号vgen1下降为零，使得在一个或多个周期内消耗的平均电流大大降低，进而实现低功耗的目的。进一步，在间隔若干时间后，再重复上述时序。

进一步，所述使能控制信号控制所述电压产生模块及所述刷新控制模块周期性开启及关闭。即所述使能控制模块40间隔设定时间向所述电压产生模块及所述刷新控制模块施加周期性的使能控制信号，使得所述电压产生模块及所述刷新控制模块30周期性开启及关闭。其目的在于，维持所述保持模块上的电压，避免所述保持模块上的电压由于漏电等原因而损耗。进一步，所述设定时间可为几十毫秒。

进一步，在本发明还列举所述刷新控制模块30的一具体实施方式的电路图。图3是本发明刷新控制模块30的一具体实施方式的电路图。请参阅图3，所述刷新控制模块30包括第一延时电路31及刷新控制信号产生电路32。

所述第一延时电路31对所述使能控制信号进行延时，并输出第一延时信号delay1。具体地说，以所述使能控制模块40向所述刷新控制模块30输入第一使能控制信号en1为例，在所述第一延伸电路31输入端输入的信号为第一使能控制信号en1，经所述第一延伸电路31延时后，输出信号为第一延时信号delay1，所述第一延时信号delay1相较于所述第一使能控制信号en1延时若干时间。

所述第一延时电路31由偶数个反相器串联形成，在至少一个反相器的输出端设置有电容c。如图3所示，在本具体实施方式中，所述第一延时电路31由两个反相器a1及a2串联而成，在第一个反相器a1的输出端设置有电容c，以增加所述第一使能控制信号en1的延时时间。

进一步，在本具体实施方式中，所述第一延时电路31为单边延时电路。具体地说，偏置电压vnbias施加在所述第一延时电路31的下拉单元上，当所述第一延时电路31输入高电平时，所述偏置电压vnbias向所述下拉单元充放电，以使得所述第一延时电路31输出的上升沿信号延时；当所述第一延时电路31输入低电平时，所述第一延时电路31的所述偏置电压vnbias并未向所述上拉单元充放电，从而使得所述第一延时电路31输出的下降沿信号不延时。

进一步，所述第一延时电路31设置为：在所述电压产生模块的电压信号稳定时，所述第一延时电路31输出所述第一延时信号delay1。也就是说，为了完全避免在所述电压产生模块的电压信号未稳定时，所述刷新控制模块30输出刷新控制信号，增加所述第一延时电路31的延时时间，以在所述电压产生模块的电压信号稳定后，所述第一延时电路31输出所述第一延时信号delay1。

刷新控制信号产生电路32包括第二延时电路321及与门电路322。

所述第二延时电路321为反相延时电路。具体地说，所述第二延时电路321由奇数个反相器串联形成。例如，请参阅图3，所述第二延时电路321由反相器a1、a2及a3串联形成。进一步，为了增加所述第二延时电路321的延时时间，在至少一所述反相器的输出端设置有电容。例如，请参阅图3，在反相器a1及a2的输出端均设置有电容c。

所述第一延时信号delay1作为所述第二延时电路321及所述与门电路322的一个输入信号。所述第二延时电路321输出一第二延时信号delay2，所述第二延时信号delay2作为所述与门电路322的另一个输入信号。所述与门电路322的输出信号作为所述刷新控制信号。在本具体实施方式中，所述与门电路322可由与非门及非门串联形成。

下文以所述第一使能控制信号en1控制所述第一电压产生模块10产生第一电压信号vgen1及所述刷新控制模块30产生第一刷新控制信号s1为例说明所述刷新控制模块30的工作过程。

图4是所述第一使能控制信号en1、所述第一电压信号vgen1、所述第一延时信号delay1及所述第一刷新控制信号s1的时序图，请参阅图4。

所述使能控制模块40向所述第一电压产生模块10及所述第一延时电路31施加第一使能控制信号en1，所述第一使能控制信号en1为高电平时，所述第一电压产生模块10启动，在第一电压产生模块10初始启动时，所述第一电压信号vgen1缓慢上升，并未直接达到预设值；所述第一使能控制信号en1被所述第一延时电路31延时，在所述第一电压信号vgen1达到预设值后，即稳定后，所述第一延时电路31输出第一延时信号delay1。

所述第一延时信号delay1输入至所述第二延时电路321及与门电路322，当所述第一延时信号delay1为高电平时，由于所述第二延时电路321的延时作用，在所述第一延时信号delay1输入至所述与门电路322时，所述第一延时信号delay1还未被反相，即所述第二延时电路321输出的第二延时信号delay2与所述第一延时信号delay1均为高电平，则所述与门电路322输出高电平，即所述第一刷新控制信号s1为高电平，所述述第一刷新控制信号s1控制所述第一采样开关50闭合，以使所述第一保持模块20对所述第一电压产生模块10进行采样。在经过若干时间后，所述第一延时信号delay1经所述第二延时电路321延时后变为第二延时信号delay2，此时，所述与门电路322的两个输入端的信号分别为高电平(第一延时信号delay1)及低电平(第二延时信号delay2)，则所述与门电路322输出低电平，即所述第一刷新控制信号s1为低电平，所述第一刷新控制信号s1控制所述第一采样开关50断开，以使所述第一保持模块20断开与所述第一电压产生模块10的连接。

进一步，在所述第一保持模块20采样完毕后或者间隔若干时间，所述第一使能控制信号en1由高电平变为低电平，所述第一电压产生模块10关闭，所述第一电压信号vgen1下降为零，这样总共消耗的平均电流就可以大大降低，进而实现低功耗的目的。进一步，在间隔若干时间后，再重复上述时序。

进一步，在本发明还列举所述使能控制模块40的一具体实施方式的电路图。图5是本发明使能控制模块40的一具体实施方式的电路图。请参阅图5，所述使能控制模块40包括一低功耗的环形振荡电路41。所述环形振荡电路41的输出是振荡产生高低电平信号，以使所述使能控制模块40产生使能控制信号。

其中，所述环形振荡电路41由奇数个反相器串联且输出端与输入端首尾相接构成。具体地说，请参阅图5，所述环形振荡电路41由三个反相器a1、a2及a3串联且输出端与输入端首尾相接构成。进一步，考虑到高温时器件漏电较大，则所述环形振荡电路41的周期范围为20～80ms，例如，40ms、60ms等。

所述使能控制模块40可通过一低功耗环形振荡器来实现输出使能控制信号的目的，结构简单。由于该环形振荡器频率不高(其中，f＝12hz～50hz)，则可以使用很小的偏置电流(例如50na)即能启动。进一步，可在至少一反相器的输出添加电容以增加所述使能控制信号的周期。

进一步，由于该使能控制模块40产生的使能控制信号只需要周期性使能电压产生模块，待电压产生模块输出电压信号稳定并完成采样动作之后即可将所述电压产生模块关闭，因此可以通过控制环形振荡电路的充、放电电流来实现对所述使能控制信号的占空比的控制。

进一步，所述使能控制模块40还包括同相缓冲电路42，所述环形振荡电路41的输出端与同相缓冲电路42的输入端连接，所述同相缓冲电路42的输出端输出所述使能控制信号。在本具体实施方式中，所述同相缓冲电路42由两个反相器a1及a2串联形成，在本发明其他具体实施方式中，所述同相缓冲电路42也可采用其他偶数个反相器a1及a2串联形成。

在本具体实施方式中，偏置电流pbias及nbias通过电流镜结构产生所述环形振荡电路41的充电、放电电流，使所述环形振荡电路41产生使能控制信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。