调整电路、基准电压产生电路、芯片系统及电子设备

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤其涉及一种调整电路、基准电压产生电路、芯片系统及电子设备。

背景技术

基准作为每个模拟模块必不可少的组成部分，要求其不随电源电压和温度变化，从而能为后续的电路模块提供稳定的电压。例如在LDO(低压差线性稳压器)电路中作为电压参考源，电压基准的性能直接影响着输出电压的精度，需要在工艺、电源电压以及温度变化时保持稳定。传统的带隙基准电路一般需要采用运算放大器来实现，并引入相应的高阶温度补偿电路以实现低温漂、高精度的特点。但是，这会增大集成电路的面积和功耗，增加电路设计的复杂度。全MOS(金属氧化物半导体场效应晶体)结构是利用工作在亚阈值区的MOS管栅源电压和电流呈指数关系产生基准电压。现有针对基准电路的研究主要分两类，一类是在传统带隙基础上增加各种曲率补偿电路来提高基准的温度特性，一类是利用不同阈值电压的MOS管处于亚阈值区的栅源电压差来生成基准电压。

由于MOS管在不同工艺角下阈值电压存在很大的差别，因此，全MOS管的基准电压在不同工艺角下输出基准变化很大。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种调整电路及基准电压产生电路，用于解决不同工艺角下输出基准电压偏差大的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种调整电路，其特征在于，所述调整电路用于调整与所述调整电路连接的基准电压产生电路，所述基准电压产生电路用于生成恒定的基准电压；

所述调整电路包括：开关子模块、数字编码器和比较子模块；

所述开关子模块用于控制所述基准电压产生电路连接不同尺寸的MOS管；

所述比较子模块包括至少两个比较器，用于比较至少两个工艺角的基准电压与初始基准电压，所述初始基准电压为所述基准电压产生电路初始工作时输出的基准电压；

所述数字编码器用于根据所述比较子模块的输出结果生成控制码以控制所述开关子模块。

可选的，所述至少两个比较器的第一输入信号为初始基准电压，所述至少两个比较器的第二输入信号为不同工艺角下的基准电压，其中所述不同工艺角下的基准电压通过分压电阻对输入电压进行分压获得。

可选的，闭合所述开关子模块中的任一开关获得所述初始基准电压。

可选的，所述至少两个工艺角的基准电压预先设置，所述分压电阻值预先设置。

可选的，所述不同尺寸的MOS管包括至少两个阈值电压不同的MOS管。

第二方面，本申请实施例提供了一种基准电压产生电路，其特征在于，所述基准电压产生电路包括：第一电流产生电路、第二电流产生电路、加法器、初始基准电压产生电路和上述实施例任一所述的调整电路；

所述第一电流产生电路与所述第二电流产生电路分别接入加法器的第一输入端与加法器的第二输入端，所述加法器输出与温度无关的电流；

所述与温度无关的电流流过所述初始基准电压产生电路，生成初始基准电压。

可选的，所述初始基准电压经过所述调整电路调整后输出恒定基准电压。

可选的，所述调整电路通过开关与所述初始基准电压产生电路连接，调整所述初始基准电压为所述恒定基准电压。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括如第二方面中任一所述的基准电压产生电路，所述电子设备用于根据所述基准电压产生电路，对所述电子设备中的电路提供基准电压。

第四方面，本申请实施例提供了一种芯片系统，包括所述如第二方面中任一所述的基准电压产生电路，所述芯片系统用于根据所述基准电压产生电路，为所述芯片系统所包括的电路提供基准电压。

本申请实施例提供的基准电压产生电路，通过开关控制实现不同的工艺角输出相同的基准电压，以解决现有技术中存在的在不同工艺角下输出基准电压偏差大的问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的基准电压产生电路；

图2是本申请实施例提供的电流A产生电路图；

图3是本申请实施例提供的电流B产生电路图；

图4是本申请实施例提供的基准电压产生电路的拓扑图；

图5是本申请实施例提供的一种修调电路的电路图；

图6是本申请实施例提供的开关选择电路示意图；

图7a是本申请实施例提供的典型工艺下，在-40℃～125℃温度下基准电压的变化曲线；

图7b是本申请实施例提供的不同工艺角下，在-40℃～125℃温度下基准电压的变化曲线。

具体实施方式

传统的带隙基准电路一般需要采用运算放大器来实现，并引入相应的高阶温度补偿电路以实现低温漂、高精度的特点。但是，这会增大集成电路的面积和功耗，增加电路设计的复杂度。全MOS结构是利用工作在亚阈值区的MOS管栅源电压和电流呈指数关系产生基准电压。现有针对基准电路的研究主要分两类，一类是在传统带隙基础上增加各种曲率补偿电路来提高基准的温度特性，一类是利用不同阈值电压的MOS管处于亚阈值区的栅源电压差来生成基准电压。

由于MOS管在不同工艺角下阈值电压存在很大的差别，因此，全MOS管的基准电压在不同工艺角下输出基准变化很大。

本申请实施例提供的基准电压产生电路，通过开关控制不同工艺角输出相同的基准电压，以解决现有技术中存在的在不同工艺角下输出基准电压偏差大的问题。

图1是本申请实施例提供的基准电压产生电路，如图1所示，该基准电压电路可以包括：电流A产生电路101、电流B产生电路102、加法器103、修调电路104、初始基准电压产生电路105和基准电压(V

其中，电流A产生电路101的一端与加法器103的第一输入端(-)连接；电流B产生电路102的一端与加法器103的第二输入端(+)连接；加法器103的输出端与初始基准电压产生电路105的第一输入端连接；初始基准电压产生电路105的第一输出端输出基准电压(V

如图2所示电流A产生电路101产生的电流与电流B产生电路102产生的电流都是正温度系数电流，分别乘以不同的比例因子后相减可以得到与温度无关的电流，电流再经过电压产生电路得到初始基准电压。初始基准电压产生电路由1.8V和5V两种不同阈值电压的MOS管构成，通过调节两个MOS管的尺寸可以产生零温度系数的基准电压。修调(Trimming)电路，由于在不同工艺角下MOS管的阈值电压相差很大，因此修调电路的加入可以很好的保证在全工艺角下，基准电压都能维持在固定的电压。

下面介绍基准电压产生电路中各个模块对应的电路，参见图2，图2是本申请实施例提供的电流A产生电路图，如图2所示电流A产生电路包括与电源电压(VDD)连接的第一输入端、与地端连接的第二输入端和与加法器连接的输出端(I

如图2所示，NMOS管M1处于线性区，则M1管的漏端电流为：

I

其中，μ

V

需要说明的是本申请实施例中，V

进一步地，工作在亚阈值区的MOS管漏端电流为：

其中：K为MOS管的宽长比；V

因此，可以得到

进一步地，MOS管M0处于饱和区，因此M0漏端电流为：

另外，在图2所示的实施例中PMOS管采用的是cascode的，其电流复制比例因子m1，因此，I

其中/>

m的取值在1.5～2之间，因此可以得到：

通过公式(8)可以看出，电流A产生电路所产生的电流是正温度系数电流。

图3是本申请实施例提供的电流B产生电路图。需要说明的是，电流B产生电路与电流A产生电路结构原理类似，这里就不再赘述。

图4是本申请实施例提供的基准电压产生电路的拓扑图。如图4所示，

经过M

其中，Φ

其中，N

可以得到V

从公式18可以看出，通过调节M

上述介绍了通过调节晶体管的尺寸可以得到与温度无关的基准电压的原理，下述介绍如何调节晶体管的尺寸进而得到与工艺无关的基准电压。

图5是本申请实施例提供的修调电路的电路图，如图5所示，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3、第四MOS管S4以及第五MOS管S5的漏极分别与上述实施例提供的初始基准电压产生电路相连接；第一MOS管S1的源极与晶体管M11的漏极以及晶体管M12的源极相连接，当第一MOS管导通时候将晶体管M11与晶体管M12接入初始基准电压产生电路，生成恒定基准电压。

类似的，第二MOS管S2的源极与晶体管M21的漏极以及晶体管M22的源极相连接，当第二MOS管导通时候将晶体管M21与晶体管M22接入初始基准电压产生电路，生成恒定基准电压。

同理，第三MOS管S3的源极与晶体管M31的漏极以及晶体管M32的源极相连接，当第三MOS管导通时候将晶体管M31与晶体管M32接入初始基准电压产生电路，生成恒定基准电压。

同理，第四MOS管S4的源极与晶体管M41的漏极以及晶体管M42的源极相连接，当第四MOS管导通时候将晶体管M41与晶体管M42接入初始基准电压产生电路，生成恒定基准电压。

同理，第五MOS管S5的源极与晶体管M51的漏极以及晶体管M52的源极相连接，当第五MOS管导通时候将晶体管M51与晶体管M52接入初始基准电压产生电路，生成恒定基准电压。

电路工作时第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3、第四MOS管S4以及第五MOS管S5有且只有一个MOS管导通。位于同一片晶圆不同位置处的芯片，通过打开不同的MOS管可以实现输出恒定基准电压。

需要说明的是，上述每组晶体管，晶体管M11与晶体管M12，晶体管M21与晶体管M22，晶体管M31与晶体管M32，晶体管M41与晶体管M42，晶体管M51与晶体管M52的阈值电压不同，例如，晶体管M11、M21、M31、M41以及M51为高阈值电压的MOS管，晶体管M12、M22、M32、M42、M52为低阈值电压的MOS管，但是本申请实施例不作具体限制。

进一步地，晶体管M11的栅极与晶体管M12的栅极相连接，晶体管M11的源极接地端；晶体管M21的栅极与晶体管M22的栅极相连接，晶体管M21的源极接地端；晶体管M31的栅极与晶体管M32的栅极相连接，晶体管M31的源极接地端；晶体管M41的栅极与晶体管M42的栅极相连接，晶体管M41的源极接地端；晶体管M51的栅极与晶体管M52的栅极相连接，晶体管M51的源极接地端。

进一步地，图5中的偏置电压V

需要说明的是图5所示的修调电路中，包括开关子模块，所述开关子模块包括晶体管S1～晶体管S5构成的开关，分别对应不同的工艺角，例如S1～S5分别对应tt、ff、fs、sf、ss工艺角。图5所示实施例中修调电路中S1～S5五个开关分别对应五种不同工艺角，不同的工艺角连接不同的开关，即可实现了在不同工艺角下晶体管的尺寸的变化，从而保证了基准电压V

下述介绍在修调电路中的如何通过开关S1～S5使得基准电压V

图6是本申请实施例提供的开关选择电路示意图。如图6所示电路的输入电压为VDD，第一电阻R1的第一端与VDD连接，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端以及第一比较器C1的第一输入端(+)连接；第二电阻R2的第二端分别与第三电阻R3的第一端以及第二比较器C2的第一输入端(+)连接；第三电阻R3的第二端分别与第四电阻R4的第一端以及第三比较器C3的第一输入端(+)连接；第四电阻R4的第二端分别与第五电阻R5的第一端以及第四比较器C4的第一输入端(+)连接；第五电阻R5的第二端分别与第六电阻R6的第一端以及第五比较器C5的第一输入端(+)连接；第六电阻的第二端接地端。

进一步地，第一比较器C1、第二比较器C2、第三比较器C3、第四比较器C4以及第五比较器C5的第二输入端都分别接入的是初始基准电压Vref；第一比较器C1的输出端Q1、第二比较器C2的输出端Q2、第三比较器C3的输出端Q3、第四比较器C4的输出端Q4以及第五比较器C5的输出端Q5分别接入数字编码器，数字编码器的输出分别与开关S1～S5相连接。

需要说明的是，第一比较器C1、第二比较器C2、第三比较器C3、第四比较器C4以及第五比较器C5构成比较子模块。

电路初始工作时，图5所示电路中的开关S1闭合，开关S2～S5断开，当然也可以选择S1～S5中的另外一个开关闭合，其他开关都断开，本申请实施例不作具体限制，初始基准电压产生电路输出初始基准电压V

需要说明的是，开关S1闭合时，不同工艺角下的基准电压值是不同的，预先设置不同工艺角下的基准电压值，并通过预设图6所示的分压电阻(R1、R2、R3、R4、R5以及R6)值使得第一比较器C1、第二比较器C2、第三比较器C3、第四比较器C4以及第五比较器C5的第一输入端分别为对应五种不同工艺角下(例如，tt、ff、fs、sf、ss)的基准电压。

进一步地，比较器输出不同工艺角下的基准电压与初始基准电压V

进一步地，比较器的五种不同输出结果，经过数字编码器输出控制信号，所述控制信号用于控制开关S1-S5的状态。例如，当比较器Q1～Q5的输出为“01111”对应的数字编码器的输出为“00001”，控制信号“00001”控制S5开关闭合，其他开关断开，基准电压产生电路输出ss工艺角下的基准电压；当比较器Q1～Q5的输出为“00111”对应的数字编码器的输出为“00010”，控制信号“00010”控制S4开关闭合，其他开关断开，基准电压产生电路输出sf工艺角下的基准电压；当比较器Q1～Q5的输出为“00011”对应的数字编码器的输出为“10000”，控制信号“10000”控制S1开关闭合，其他开关断开，基准电压产生电路输出tt工艺角下的基准电压；当比较器Q1～Q5的输出为“00001”对应的数字编码器的输出为“00100”，控制信号“00100”控制S3开关闭合，其他开关断开，基准电压产生电路输出fs工艺角下的基准电压；当比较器Q1～Q5的输出为“00000”对应的数字编码器的输出为“01000”，控制信号“01000”控制S2开关闭合，其他开关断开，基准电压产生电路输出ff工艺角下的基准电压。

上述实施例通过控制信号，控制不同开关闭合连接到不同参数的MOS管上，以输出与温度和工艺无关的基准电压。

在一些实施例中，本申请实施例提供的基准电压产生电路可以用于芯片系统，芯片系统用于根据上述的基准电压产生电路，为芯片系统所包括的电路提供基准电压。

在另外一些实施例中，本申请实施例提供的基准电压产生电路可以用于电子设备，电子设备根据基准电压产生电路，对电子设备中的电路提供基准电压。

综上所述本申请实施例提供的调整电路，基准电压产生电路，通过开关控制基准电压产生电路在不同工艺角下输出相对应的基准电压。其效果参加图7a～图7b。

图7a是本申请实施例提供的典型工艺下，在-40℃～125℃温度下基准电压的变化曲线；

图7b是本申请实施例提供的不同工艺角下，在-40℃～125℃温度下基准电压的变化曲线；

从图7a、图7b可以看出上述提供的基准电压产生电路可以提供基准电压。

上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。