一种新型电压预调整电路的制作方法

本发明涉及模拟集成电路，具体涉及一种新型电压预调整电路。

背景技术：

1、随着嵌入式电子产品在工业中的广泛使用，某些工业芯片在实际应用中需要工作在高电源电压的环境下。例如汽车电子在12v标准电压的应用中，随着工作状态的变化，电源电压可能飙升至40v。对于较高的电源电压，可能会造成芯片内部晶体管击穿，对芯片造成不可逆的毁坏。为了满足在不稳定的高电源电压下工作，通常会对电源电压进行预调整，产生一个稳定的低电源电压为芯片供电，从而保证芯片可以正常工作。

2、《宽电源输入范围可调多值基准电压源的设计》(陈志，电子科技大学，2011)中的方案如图1所示，vin为预调整之前的电源电压(7v～40v)，vout为预调整之后的电源电压(10v左右)，vout用来供给后续的芯片使用。当vin>10v时，vout被固定在10v；当vin<10v时，vout跟随vin变化，即vout＝vin。这个电压预调整电路的工作原理如下：

3、在vin为高电压(vin>10v)时，x点的电压vx为：

4、

5、此时vx>vref(vref为带隙基准电路产生的基准电压)，比较器comp1输出低电平，使m1、m4关断，r4、r5、m1所在支路电流为0，m2栅极电位为vin，因此m2关断。此外，r6与n个二极管接法的mos管串联，r6所在支路的电流可表示为：

6、

7、因为m3管的栅极电位为n·vgs,因此电压预调整电路的输出电压vout为：

8、vout＝n·vgs-vgs3    (3)

9、为了节省功耗，r6的阻值应该足够大，因为在此支路上r6的压降占电源电压的大部分。r6上的电流会随电源电压而变化，但由于mos管的i-v平方律关系，当i变化时，m5～m15的栅源电压vgs变化不大，因此相对于vin而言是较为稳定的电压。

10、在vin为低电压(vin<10v)时，比较器comp1输出高电平，m1导通，m2的栅源电压为：

11、

12、因此m2导通，将vin与vout短接，从而实现了vout＝vin的功能。此外，m4的作用是实现迟滞比较器的功能。当vin较低时，m4导通，vx为r1、r2的分压；相比之下，当vin较高时，m4关断，vx为r1、r2、r3的分压。

13、具体来说，当vin从低增加到高阈值电压vh时，比较器comp1输出电平降为低电平，m1和m4关闭，此时m2管的栅源电压为0，使得vout如式(3)所示。此处的高阈值电压vh可表示为：

14、

15、当vin从高降低到低阈值电压vl时，比较器comp1输出上升为高电平，m1、m4从关断变为导通，此时m2管导通，实现vout＝vin的功能。此处的低阈值电压vl可表示为：

16、

17、由于vl不等于vh，因此实现了迟滞功能。

18、总之，上述技术方案中电压预调整电路，在低电源电压时输出跟随输入，在高电源电压时输出稳定在某一特性电压下，从而保证了后续芯片可以工作在稳定的较小的电源电压下，实现了对后续芯片的保护。存在的技术问题是：电路复杂度高，为了实现电压预调整功能，它需要使用额外的比较器，并使用额外的带隙基准电路产生vref，这个额外的带隙基准电路还会浪费额外的静态功耗和芯片面积。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中电路复杂度高、需要使用比较器和额外的带隙基准电路导致浪费额外的静态功耗和芯片面积的技术问题，提供一种新型电压预调整电路，不需要使用比较器和额外的带隙基准电路，极大地简化了电路，节省了芯片功耗和面积。

2、本发明提供一种新型电压预调整电路，包括第一电阻，与第一电阻串联的齐纳二极管，g极与齐纳二极管负极相连的第一mos管，基极与齐纳二极管负极相连的三极管，与齐纳二极管正极、三极管发射极相连的第一电流镜，与第一电阻、第一mos管d极相连的第二电流镜，g极和s极与第一电流镜相连且d极与第二电流镜相连的第二mos管和与第二电流镜相连的并联设置的电容、源极跟随器；第一mos管的s极与三极管的集电极相连；电容与齐纳二极管的正极相连；源极跟随器的两端分别与第一电阻和齐纳二极管的正极相连。

3、本发明所述的一种新型电压预调整电路，作为优选方式，第一电流镜包括第二电阻、第三mos管和第四mos管；第二电阻一端与三极管的发射极、第二mos管的g极相连，第二电阻的另一端与第三mos管的g极与d极、第四mos管的g极相连；第三mos管的s极与第四mos管的s极、齐纳二极管的正极、第二电流镜、电容和源极跟随器相连；第四mos管的s极与第三mos管的s极、齐纳二极管的正极、第二电流镜、电容和源极跟随器相连，第四mos管的d极与第二电流镜相连。

4、本发明所述的一种新型电压预调整电路，作为优选方式，第二电流镜包括第三电阻、第五mos管和第六mos管；第三电阻一端与齐纳二极管的正极、第一电流镜、电容和源极跟随器相连，第三电阻的另一端与第六mos管的g极、电容和源极跟随器相连；第五mos管的d极与第二mos管的d极、第六mos管的g极相连，第五mos管的g极与第六mos管的g极相连，第五mos管的s极与第六mos管的s极、第一mos管的d极、第一电阻和源极跟随器相连；第六mos管的s极与第五mos管的s极、第一mos管的d极、第一电阻和源极跟随器相连。

5、本发明所述的一种新型电压预调整电路，作为优选方式，源极跟随器包括第七mos管和电流源，第七mos管的g极与第二电流镜、电容相连，第七mos管的d极与第二电流镜、第一mos管的d极和第一电阻相连，第七mos管的s极与电流源输入端相连；电流源的输出端与齐纳二极管的正极、第一电流镜、第二电流镜和电容相连。

6、本发明所述的一种新型电压预调整电路，作为优选方式，齐纳二极管可用二极管接法的mos管串或bjt管串替代。

7、本发明所述的一种新型电压预调整电路，作为优选方式，第一mos管为耗尽型mos管。

8、本发明所述的一种新型电压预调整电路，作为优选方式，第七mos管为耗尽型mos管。

9、本发明具有以下优点：在实现电压预调整的同时，极大简化了电路结构。相较于现有技术，不再需要额外的比较器和带隙基准电路，极大地降低了电路复杂度、功耗、面积。

技术特征：

1.一种新型电压预调整电路，其特征在于：包括第一电阻(r0)，与所述第一电阻(r0)串联的齐纳二极管(d0)，g极与所述齐纳二极管(d0)负极相连的第一mos管(m0)，基极与所述齐纳二极管(d0)负极相连的三极管(q0)，与所述齐纳二极管(d0)正极、所述三极管(q0)发射极相连的第一电流镜，与所述第一电阻(r0)、所述第一mos管(m0)d极相连的第二电流镜，g极和s极与所述第一电流镜相连且d极与所述第二电流镜相连的第二mos管(m3)和与所述第二电流镜相连的并联设置的电容(c0)、源极跟随器；所述第一mos管(m0)的s极与所述三极管(q0)的集电极相连；所述电容(c0)与所述齐纳二极管(d0)的正极相连；所述源极跟随器的两端分别与所述第一电阻(r0)和所述齐纳二极管(d0)的正极相连。

2.根据权利要求1所述的一种新型电压预调整电路，其特征在于：所述第一电流镜包括第二电阻(r1)、第三mos管(m1)和第四mos管(m2)；所述第二电阻(r1)一端与所述三极管(q0)的发射极、所述第二mos管(m3)的g极相连，所述第二电阻(r1)的另一端与所述第三mos管(m1)的g极与d极、所述第四mos管(m2)的g极相连；所述第三mos管(m1)的s极与所述第四mos管(m2)的s极、所述齐纳二极管(d0)的正极、所述第二电流镜、所述电容(c0)和所述源极跟随器相连；所述第四mos管(m2)的s极与所述第三mos管(m1)的s极、所述齐纳二极管(d0)的正极、所述第二电流镜、所述电容(c0)和所述源极跟随器相连，所述第四mos管(m2)的d极与所述第二电流镜相连。

3.根据权利要求1所述的一种新型电压预调整电路，其特征在于：所述第二电流镜包括第三电阻(r2)、第五mos管(m4)和第六mos管(m5)；所述第三电阻(r2)一端与所述齐纳二极管(d0)的正极、所述第一电流镜、所述电容(c0)和所述源极跟随器相连，所述第三电阻(r2)的另一端与所述第六mos管(m5)的g极、所述电容(c0)和所述源极跟随器相连；所述第五mos管(m4)的d极与所述第二mos管(m3)的d极、所述第六mos管(m5)的g极相连，所述第五mos管(m4)的g极与所述第六mos管(m5)的g极相连，所述第五mos管(m4)的s极与所述第六mos管(m5)的s极、所述第一mos管(m0)的d极、所述第一电阻(r0)和所述源极跟随器相连；所述第六mos管(m5)的s极与所述第五mos管(m4)的s极、所述第一mos管(m0)的d极、所述第一电阻(r0)和所述源极跟随器相连。

4.根据权利要求1所述的一种新型电压预调整电路，其特征在于：所述源极跟随器包括第七mos管(m6)和电流源(i0)，所述第七mos管(m6)的g极与所述第二电流镜、所述电容(c0)相连，所述第七mos管(m6)的d极与所述第二电流镜、所述第一mos管(m0)的d极和所述第一电阻(r0)相连，所述第七mos管(m6)的s极与所述电流源(i0)输入端相连；所述电流源(i0)的输出端与所述齐纳二极管(d0)的正极、所述第一电流镜、所述第二电流镜和所述电容(c0)相连。

5.根据权利要求1所述的一种新型电压预调整电路，其特征在于：所述齐纳二极管(d2)可用二极管接法的mos管串或bjt管串替代。

6.根据权利要求4所述的一种新型电压预调整电路，其特征在于：所述第一mos管(m0)为耗尽型mos管。

7.根据权利要求4所述的一种新型电压预调整电路，其特征在于：所述第七mos管(m6)为耗尽型mos管。

技术总结
本发明提供一种新型电压预调整电路，包括第一电阻(R<subgt;0</subgt;)，与第一电阻(R<subgt;0</subgt;)串联的齐纳二极管(D<subgt;0</subgt;)，G极与齐纳二极管(D<subgt;0</subgt;)负极相连的第一MOS管(M<subgt;0</subgt;)，基极与齐纳二极管(D<subgt;0</subgt;)负极相连的三极管(Q<subgt;0</subgt;)，与齐纳二极管(D<subgt;0</subgt;)正极、三极管(Q<subgt;0</subgt;)发射极相连的第一电流镜，与第一电阻(R<subgt;0</subgt;)、第一MOS管(M<subgt;0</subgt;)D极相连的第二电流镜，G极和S极与第一电流镜相连且D极与第二电流镜相连的第二MOS管(M<subgt;3</subgt;)和与第二电流镜相连的并联设置的电容(C<subgt;0</subgt;)、源极跟随器。本发明所述的一种新型电压预调整电路，不需要使用比较器和额外的带隙基准电路，极大地简化了电路，节省了芯片功耗和面积。

技术研发人员：韩书光,范明浩
受保护的技术使用者：北京士模微电子有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13