本發明涉及集成電路,具體為一種高壓預穩壓電路。
背景技術:
1、預穩壓電路的作用是將輸入到集成電路的高壓電源先預降低為一個較低的電源,便于后續進行信號處理。該電路是類似ldo,dc-dc,ac-dc以及高壓總線等高壓集成電路中的必備模塊,其電路的性能及穩定性對整體電路都有重要的影響。
2、預穩壓電路通常是高壓電源輸入到集成電路的第一個功能模塊,僅次于esd保護模塊,是整個電路內部電源和參考電壓建立的源頭。因此,預穩壓電路無法使用帶隙基準和運算放大器等電路來實現。傳統預穩壓電路一般采用較為簡單的方式,其功能框圖如圖3所示。該結構采用齊納管d0實現穩壓,通過高壓nmos驅動管m0提供驅動能力。盡管這種結構簡單,但仍存在以下問題:
3、輸出電壓波動:預穩壓輸出電壓隨齊納管d0的性能波動而波動。在傳統集成電路制造工藝中,齊納管的電氣特性變化范圍較大,因此該結構受集成電路制造工藝的影響較大;
4、靜態工作電流不穩定:當高壓電源的變化范圍較大時,齊納管的負端電壓也會變化,其電流變化較大,導致靜態工作電流的不穩定性;
5、溫度系數影響:預穩壓輸出電壓受齊納管的溫度系數影響較大;
6、總之,傳統預穩壓電路存在輸出電壓受工藝波動、輸入電壓和溫度影響較大的問題。這些問題在高輸入電壓范圍和低功耗的集成電路,尤其是對性能和可靠性要求較高的工業或車規級電路中更加突出。因此,改進預穩壓電路的性能和穩定性對于提高整個集成電路的性能和可靠性具有重要意義。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種高壓預穩壓電路,以解決現有技術中存在的問題。
2、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:一種高壓預穩壓電路,包括有自啟動高壓電流源、高壓pmos管hvmp0、低壓pmos管lvmp1、低壓pmos管lvmp2、高壓nmos管hvmn1、電阻r1、電阻r2、電容c0以及高壓nmos管hvmn0;
3、所述自啟動高壓電流源的電源輸入端與外部高壓電源相連,地端與電路地相連,輸出端與高壓pmos管hvmpo的柵端相連;所述高壓pmos管hvmp0的柵端與自啟動高壓電流源的輸出端相連,源端與外部高壓電源相連,漏端與電阻r2的一端,以及低壓pmos管lvmp1的源端相連;所述低壓pmos管lvmp1的源端與電阻r2的一端,以及高壓pmos管hvmp0的漏端相連,自身的柵端與漏端短接,并與低壓pmos管lvmp2的源端相連;所述低壓pmos管lvmp2的柵端與漏端短接,并與電阻r1的一端相連;所述電阻r1的另一端與高壓nmos管hvmn1的柵端和漏端相連;所述高壓nmos管hvmn1的柵端和漏端短接,源端接地;所述電阻r2的另一端與電容c0的一端,以及高壓nmos管hvmn0的柵端相連;所述電容c0的一端與電阻r2,以及高壓nmos管hvmn0的柵端相連,另一端接地;所述高壓nmos管hvmn0的源端與外部高壓電源相連,漏端作為高壓預穩壓電壓的輸出端;
4、所述自啟動高壓電流源利用負反饋結構以生成穩定的電流輸出,該輸出與外部高壓電源值無關,并用于驅動所述高壓pmos管hvmp0;
5、所述負反饋結構包括有高壓pmos管hvmp3、高壓pmos管hvmp4、高壓nmos管hvmn2、高壓nmos管hvmn3以及電阻r3;
6、所述高壓pmos管hvmp3的源端與外部高壓電源相連,柵端與高壓pmos管hvmp4的柵端和漏端相連,漏端與高壓nmos管hvmn2的漏端,以及高壓nmos管hvmn3的柵端相連;所述高壓pmos管hvmp4的源端與外部高壓電源相連,自身的柵端和漏端短接,并與高壓pmos管hvmp3的柵端和高壓nmos管hvmn3的漏端相連;所述高壓nmos管hvmn2的柵端與高壓nmos管hvmn3的源端和電阻r3的一端相連,源端與地相連,漏端與高壓pmos管hvmp3的漏端和高壓nmos管hvmn3的柵端相連;所述高壓nmos管hvmn3的柵端與高壓nmos管hvmn2的漏端相連,源端與電阻r3的一端和高壓nmos管hvmn2的柵端相連,漏端與高壓pmos管hvmp4的柵端和漏端相連;所述電阻r3的另一端接地。
7、在一個優選實施例中,所述高壓pmos管hvmp0、電阻r2以及低壓pmos管lvmp1之間相連處為節點0,所述電阻r2與電容c0之間的相連處為節點1,假設所述自啟動高壓電流源產生的電流,通過所述高壓pmos管hvmp0的電流鏡產生的電流為i0,則節點0的電壓v0的表達式為:
8、v0=vgs(lvmp1)+vgs(lvmp2)+i0·r1+vgs(hvmn0)??(1)
9、所述電阻r2和電容c0形成低通濾波器,節點0和節點1的電壓關系表示為:
10、
11、預穩壓輸出由高壓nmos管hvmn0驅動,其輸出電壓vout的表達式為:
12、vout=v1-vgs(hvmn0)??(3)
13、在dc工作狀態下,v0=v1,則
14、vout=v1-vgs(hvmn0)
15、=v0-vgs(hvmn0)
16、=vgs(lvmp1)+vgs(lvmp2)+i0·r1+vgs(hvmn0)-vgs(hvmn0)??(4)
17、在集成電路制造工藝中,高壓nmos管的vth電壓近似相等,當驅動電流較小時,vgs(hvmn0)≈vgs(hvmn0)
18、則由式(4)可得:
19、vout≈vgs(lvmp1)+vgs(lvmp2)+i0·r1??(5)。
20、在一個優選實施例中,所述負反饋結構生成的電流i0的表達式為:
21、
22、與現有技術相比,本發明具有如下有益效果:本發明采用結構新穎的自啟動高壓電流源與高壓預穩壓電路,具有電路功耗與外部高壓電源電壓值無關,高壓預穩壓輸出電壓溫度系數較低,且與工藝相關性較小的特點。本發明可以改進采用傳統高壓預穩壓電路時,電路功耗隨外部高壓電源電壓值增大而增大,高壓預穩壓輸出電壓溫度系數較高,且與工藝相關性較大的問題,在工業級或車用芯片外部高壓電壓變化較大,對電路的可靠性要求較高的場合下,具有明顯的技術優勢和經濟效益。
1.一種高壓預穩壓電路,其特征在于,包括有自啟動高壓電流源、高壓pmos管hvmp0、低壓pmos管lvmp1、低壓pmos管lvmp2、高壓nmos管hvmn1、電阻r1、電阻r2、電容c0以及高壓nmos管hvmn0;
2.根據權利要求1所述的一種高壓預穩壓電路,其特征在于:所述高壓pmos管hvmp0、電阻r2以及低壓pmos管lvmp1之間相連處為節點0,所述電阻r2與電容c0之間的相連處為節點1,假設所述自啟動高壓電流源產生的電流,通過所述高壓pmos管hvmp0的電流鏡產生的電流為i0,則節點0的電壓v0的表達式為:
3.根據權利要求2所述的一種高壓預穩壓電路,其特征在于:所述負反饋結構生成的電流i0的表達式為: