一种具有欠压保护功能的基准电流源电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种具有欠压保护功能的基准电流源电路。

背景技术

基准电流源是指在模拟集成电路中用来作为其它电路的电流基准的高精度、低温度系数的电流源，电流源作为模拟集成电路的关键电路单元，广泛应用于运算放大器、A/D转换器、D/A转换器中。偏置电流源的设计是基于一个已经存在的标准参考电流源的复制，然后输出给系统的其他模块。因此，电流源的精度直接影响到整个系统的精度和稳定性。基准电流源是模拟电路所必不可少的基本部件，高性能的模拟电路必须有高质量、高稳定性的电流和电压偏置电路来支撑，它的性能会直接影响到电路的功耗、电源抑制比、开环增益以及温度等特性。

芯片，又称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成电路(英语：integrated circuit，IC)。是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。在芯片的生产中，基准电流源是芯片中必不可少的模块之一，随着各个领域的不断发展，芯片的应用环境变化，对芯片的功耗和芯片面积的要求也越来越高。现有的基准电流源大多采用运算放大器和晶体管构成一个源极跟随器，利用电阻将基准电压产生基准电流，实现电路较为复杂，同时因为基准电压温度系数较小，这使得电流受电阻温度系数影响较大。

当线路电压降低到临界电压时，保护电器的动作，称为欠电压保护，其任务主要是防止设备因过载而烧毁。欠压保护模块作为芯片中非常重要的一个保护模块，是用来防止电路在电压过低的情况下的发生过载而烧毁，传统的欠电压保护电路以常规的差分比较器和采样电阻来确保正确工作，但是这种方式的电路版图面积比较大。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具有欠压保护功能的基准电流源电路，通过在具有欠压保护功能的基准电流源电路中设置相互配合的基准电流源启动电路、基准电流源主电路和欠压保护电路，基准电流源启动电路能够控制基准电流源主电路启动产生基准电流并通过欠压保护电路输出至芯片的主控制电路，且欠压保护电路能够在基准电流源主电路的输出电压低于欠压阈值时主动断开与芯片的主控制电路的连接，能够将芯片中的欠压保护模块与基准电流源结合，整个电路结构简单，拥有较小的静态电流，节省了芯片的功耗和版图面积，解决了现有技术中芯片的基准电流源受电阻温度系数影响较大、芯片的欠压保护模块电路版图面积比较大的问题。

本发明提供的一种具有欠压保护功能的基准电流源电路，包括基准电流源启动电路、基准电流源主电路和欠压保护电路，所述基准电流源启动电路的输入端与芯片的主控制电路相连，所述基准电流源启动电路的输出端与所述基准电流源主电路的输入端相连，所述基准电流源主电路的输出端与所述欠压保护电路的输入端相连，所述欠压保护电路的输出端与芯片的主控制电路相连，所述基准电流源主电路内设有3个相同尺寸的场效应管且3个所述场效应管构成电流镜，所述基准电流源主电路内还设有电阻R1、三极管Q1和三极管Q2，所述电阻R1的两端分别与所述三极管Q1的发射极、所述三极管Q2的发射极相连，所述基准电流源启动电路能够控制所述基准电流源主电路启动产生基准电流并通过所述欠压保护电路输出至芯片的主控制电路，且所述欠压保护电路能够在所述基准电流源主电路的输出电压低于欠压阈值时主动断开与芯片的主控制电路的连接。

本发明作进一步改进，所述基准电流源主电路内还设有场效应管PM7和三极管Q3，所述3个场效应管为场效应管PM1、场效应管PM2和场效应管PM3，其中，所述场效应管PM1的源极、所述场效应管PM2的源极、所述场效应管PM3的源极接有供电电源，所述场效应管PM1的的漏极与所述场效应管PM1的栅极、所述场效应管PM2的栅极、所述场效应管PM3的栅极、所述场效应管PM7的源极、所述基准电流源启动电路的输出端相连于节点A处，所述场效应管PM2的漏极与所述三极管Q1的集电极、所述三极管Q1的基极、所述三极管Q2的基极、所述基准电流源启动电路的输出端相连于节点B处，所述场效应管PM3的漏极与所述三极管Q2的集电极、所述三极管Q3的基极相连于节点C处。

本发明作进一步改进，所述场效应管PM7的栅极与所述欠压保护电路的输入端相连，所述场效应管PM7的漏极与所述三极管Q3的集电极相连，所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q3的发射极、所述电阻R1的一端相连，所述三极管Q2的发射极、所述电阻R1的另一端接地。

本发明作进一步改进，所述基准电流源启动电路设有场效应管PM4、场效应管PM5和场效应管PM6，其中，所述场效应管PM4的源极与所述场效应管PM6的源极、所述场效应管PM1的源极、所述场效应管PM2的源极、所述场效应管PM3的源极、供电电源相连，所述场效应管PM4的栅极与所述场效应管PM1的的漏极、所述场效应管PM1的栅极、所述场效应管PM2的栅极、所述场效应管PM3的栅极、所述场效应管PM7的源极相连于节点A处，所述场效应管PM4的漏极与所述场效应管PM5的源极相连，所述场效应管PM5的栅极与所述场效应管PM2的漏极、所述三极管Q1的集电极、所述三极管Q1的基极、所述三极管Q2的基极相连于节点B处，所述场效应管PM6的栅极接地。

本发明作进一步改进，所述基准电流源启动电路还设有场效应管NM1、场效应管NM2、场效应管NM3和场效应管NM4，其中，所述场效应管PM5的漏极与所述场效应管NM3的漏极、所述场效应管NM3的栅极、所述场效应管NM2的栅极相连，所述场效应管PM6的漏极与所述场效应管NM1的漏极、所述场效应管NM2的漏极、所述场效应管NM4的栅极相连，所述场效应管NM1的栅极与芯片的主控制电路相连，所述场效应管NM1的源极、所述场效应管NM2的源极、所述场效应管NM3的源极、所述场效应管NM4的源极接地。

本发明作进一步改进，所述欠压保护电路设有场效应管PM8和场效应管PM9，其中，所述场效应管PM8的源极与所述场效应管PM9的源极、所述场效应管PM4的源极、所述场效应管PM6的源极、所述场效应管PM1的源极、所述场效应管PM2的源极、所述场效应管PM3的源极、供电电源相连，所述场效应管PM8的栅极与所述场效应管PM9的栅极、所述场效应管PM4的栅极、所述场效应管PM1的的漏极、所述场效应管PM1的栅极、所述场效应管PM2的栅极、所述场效应管PM3的栅极、所述场效应管PM7的源极相连于节点A处，所述场效应管PM8的漏极与所述场效应管PM7的栅极相连，所述场效应管PM9的漏极与芯片的主控制电路相连。

本发明作进一步改进，所述欠压保护电路还设有场效应管NM5、场效应管NM6、场效应管NM7、场效应管NM8、场效应管NM9和场效应管NM10，其中，所述场效应管PM8的漏极还与所述场效应管NM5的漏极、所述场效应管NM5的栅极、所述场效应管NM6的栅极相连，所述场效应管PM9的漏极还与所述场效应管NM6的漏极、所述场效应管NM9的栅极相连，所述场效应管NM5的源极与所述场效应管NM7的漏极、所述场效应管NM7的栅极、所述场效应管NM8的栅极、所述场效应管NM9的漏极、所述场效应管NM10的栅极相连，所述场效应管NM9的源极与所述场效应管NM10的漏极相连，所述场效应管NM6的源极与所述场效应管NM8的漏极相连，所述场效应管NM7的源极、所述场效应管NM8的源极、所述场效应管NM10的源极接地。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种具有欠压保护功能的基准电流源电路，通过在具有欠压保护功能的基准电流源电路中设置相互配合的基准电流源启动电路、基准电流源主电路和欠压保护电路，基准电流源启动电路能够控制基准电流源主电路启动产生基准电流并通过欠压保护电路输出至芯片的主控制电路，且欠压保护电路能够在基准电流源主电路的输出电压低于欠压阈值时主动断开与芯片的主控制电路的连接，能够将芯片中的欠压保护模块与基准电流源结合，采用自偏置基准电流源，通过电阻R1的温度系数来实现与三极管Q1、三极管Q2的差值的温度系数相抵消以获得更小温度系数的基准电流，通过基准电流源启动电路来控制基准电流源主电路快速脱离简并偏置点产生基准电流，并提供通过镜像基准电流来进行电流比较，检测基准电流源主电路的电压，实现欠压保护功能，摒弃传统的带隙基准电压模块和差分比较器的电路结构，整个电路结构简单，拥有较小的静态电流，节省了芯片的功耗和版图面积，解决了现有技术中芯片的基准电流源受电阻温度系数影响较大、芯片的欠压保护模块电路版图面积比较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种具有欠压保护功能的基准电流源电路的原理框图；

图2为本发明的一种具有欠压保护功能的基准电流源电路的电路图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种具有欠压保护功能的基准电流源电路，包括基准电流源启动电路、基准电流源主电路和欠压保护电路，基准电流源启动电路的输入端与芯片的主控制电路相连，基准电流源启动电路的输出端与基准电流源主电路的输入端相连，基准电流源主电路的输出端与欠压保护电路的输入端相连，欠压保护电路的输出端与芯片的主控制电路相连，基准电流源主电路内设有3个相同尺寸的场效应管且3个场效应管构成电流镜，基准电流源主电路内还设有电阻R1、三极管Q1和三极管Q2，电阻R1的两端分别与三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极相连。在本实施例中，基准电流源启动电路能够控制基准电流源主电路启动产生基准电流并通过欠压保护电路输出至芯片的主控制电路，且欠压保护电路能够在基准电流源主电路的输出电压低于欠压阈值时主动断开与芯片的主控制电路的连接，能够将芯片中的欠压保护模块与基准电流源结合，采用自偏置基准电流源，通过电阻R1的温度系数来实现与三极管Q1、三极管Q2的差值的温度系数相抵消以获得更小温度系数的基准电流，通过基准电流源启动电路来控制基准电流源主电路快速脱离简并偏置点产生基准电流，并提供通过镜像基准电流来进行电流比较，检测基准电流源主电路的电压，实现欠压保护功能，摒弃传统的带隙基准电压模块和差分比较器的电路结构，整个电路结构简单，拥有较小的静态电流，节省了芯片的功耗和版图面积。

如图2所示，基准电流源主电路内还设有场效应管PM7和三极管Q3，3个场效应管为场效应管PM1、场效应管PM2和场效应管PM3，其中，场效应管PM1的源极、场效应管PM2的源极、场效应管PM3的源极接有供电电源，场效应管PM1的的漏极与场效应管PM1的栅极、场效应管PM2的栅极、场效应管PM3的栅极、场效应管PM7的源极、基准电流源启动电路的输出端相连于节点A处，场效应管PM2的漏极与三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的基极、基准电流源启动电路的输出端相连于节点B处，场效应管PM3的漏极与三极管Q2的集电极、三极管Q3的基极相连于节点C处；场效应管PM7的栅极与欠压保护电路的输入端相连，场效应管PM7的漏极与三极管Q3的集电极相连，三极管Q1的发射极与三极管Q3的发射极、电阻R1的一端相连，三极管Q2的发射极、电阻R1的另一端接地。在本实施例中，场效应管PM1、场效应管PM2和场效应管PM3构成电流镜，具有相同的尺寸，在电阻R1两端的电压差即为三极管Q1、三极管Q2的VBE的差值：

其输出电流为：

输出电流只与三极管Q1、三极管Q2的VBE的差值和电阻R1有关，

ΔV

为降低输出基准电流的温度系数，通过电阻R1的温度系数来实现与三极管Q1、三极管Q2的VBE的差值的温度系数相抵消。当供电电源电压升高时，节点A点的电位升高，通过场效应管PM2使得节点B点的电位降低，在三极管Q2的作用下节点C点的电位升高，在三极管Q3、场效应管PM7支路中，因为三极管Q3使得节点A的电位被拉低，这使得在节点A、B、C三点形成了负反馈，所以使得基准电流源电路的电源抑制比较高，受电源电压变化的影响比较小。

如图2所示，基准电流源启动电路设有场效应管PM4、场效应管PM5和场效应管PM6，其中，场效应管PM4的源极与场效应管PM6的源极、场效应管PM1的源极、场效应管PM2的源极、场效应管PM3的源极、供电电源相连，场效应管PM4的栅极与场效应管PM1的的漏极、场效应管PM1的栅极、场效应管PM2的栅极、场效应管PM3的栅极、场效应管PM7的源极相连于节点A处，场效应管PM4的漏极与场效应管PM5的源极相连，场效应管PM5的栅极与场效应管PM2的漏极、三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的基极相连于节点B处，场效应管PM6的栅极接地；基准电流源启动电路还设有场效应管NM1、场效应管NM2、场效应管NM3和场效应管NM4，其中，场效应管PM5的漏极与场效应管NM3的漏极、场效应管NM3的栅极、场效应管NM2的栅极相连，场效应管PM6的漏极与场效应管NM1的漏极、场效应管NM2的漏极、场效应管NM4的栅极相连，场效应管NM1的栅极与芯片的主控制电路相连，场效应管NM1的源极、场效应管NM2的源极、场效应管NM3的源极、场效应管NM4的源极接地。在本实施例中，当芯片的主控制电路输出控制信号到场效应管NM1的栅极后，场效应管PM6常开，场效应管NM4的栅端电位被抬高，场效应管NM4打开，场效应管PM1的漏极电位，即节点A电位被瞬速拉低，基准电流源主电路脱离简并偏置点并产生电流，场效应管PM4镜像基准电流源电流，通过场效应管NM2、场效应管NM3电流镜，场效应管NM4的栅端电位被拉低，场效应管NM4管关断，基准电流源启动电路停止工作，启动过程结束。

如图2所示，欠压保护电路设有场效应管PM8和场效应管PM9，其中，场效应管PM8的源极与场效应管PM9的源极、场效应管PM4的源极、场效应管PM6的源极、场效应管PM1的源极、场效应管PM2的源极、场效应管PM3的源极、供电电源相连，场效应管PM8的栅极与场效应管PM9的栅极、场效应管PM4的栅极、场效应管PM1的的漏极、场效应管PM1的栅极、场效应管PM2的栅极、场效应管PM3的栅极、场效应管PM7的源极相连于节点A处，场效应管PM8的漏极与场效应管PM7的栅极相连，场效应管PM9的漏极与芯片的主控制电路相连；欠压保护电路还设有场效应管NM5、场效应管NM6、场效应管NM7、场效应管NM8、场效应管NM9和场效应管NM10，其中，场效应管PM8的漏极还与场效应管NM5的漏极、场效应管NM5的栅极、场效应管NM6的栅极相连，场效应管PM9的漏极还与场效应管NM6的漏极、场效应管NM9的栅极相连，场效应管NM5的源极与场效应管NM7的漏极、场效应管NM7的栅极、场效应管NM8的栅极、场效应管NM9的漏极、场效应管NM10的栅极相连，场效应管NM9的源极与场效应管NM10的漏极相连，场效应管NM6的源极与场效应管NM8的漏极相连，场效应管NM7的源极、场效应管NM8的源极、场效应管NM10的源极接地。在本实施例中，场效应管PM8、场效应管PM9镜像基准电流源输出电流Iout，在电流镜场效应管NM5和场效应管NM6，场效应管NM7和场效应管NM8中采用不同的比例，场效应管NM6和场效应管NM8与场效应管PM9构成电流比较器，场效应管NM6漏极输出电流与场效应管PM9的漏端输出电流进行比较。当供电电源电压比较低时，场效应管NM5、场效应管NM6、场效应管NM7、场效应管NM8、场效应管NM10未能完全导通，场效应管PM9的输出电流比较大，欠压保护电路输出端UVLO_OUT输出高电平；当场效应管NM5、场效应管NM6、场效应管NM7、场效应管NM8、场效应管NM10完全导通时，设供电电源电压为VDD，此时供电电源电压VDD为：

V

其中：

可得欠压保护电路的欠压阈值VTH为：

当供电电源电压VDD超过欠压阈值点后，场效应管NM6的漏极输出电流比较大，欠压保护电路输出端被拉低，输出端口UVLO_OUT输出低电平，此时场效应管NM9管关断，场效应管NM10管从场效应管NM7、场效应管NM8管的比例中去除，比例减小；当供电电源电压VDD从高电位向低电位下降时，输出端口UVLO_OUT输出在较低的电位下翻转为高电平，欠压保护电路翻转阈值降低，进而实现滞回。

由上可知，本发明提供了一种具有欠压保护功能的基准电流源电路，通过在具有欠压保护功能的基准电流源电路中设置相互配合的基准电流源启动电路、基准电流源主电路和欠压保护电路，基准电流源启动电路能够控制基准电流源主电路启动产生基准电流并通过欠压保护电路输出至芯片的主控制电路，且欠压保护电路能够在基准电流源主电路的输出电压低于欠压阈值时主动断开与芯片的主控制电路的连接，能够将芯片中的欠压保护模块与基准电流源结合，采用自偏置基准电流源，通过电阻R1的温度系数来实现与三极管Q1、三极管Q2的差值的温度系数相抵消以获得更小温度系数的基准电流，通过基准电流源启动电路来控制基准电流源主电路快速脱离简并偏置点产生基准电流，并提供通过镜像基准电流来进行电流比较，检测基准电流源主电路的电压，实现欠压保护功能，摒弃传统的带隙基准电压模块和差分比较器的电路结构，整个电路结构简单，拥有较小的静态电流，节省了芯片的功耗和版图面积，解决了现有技术中芯片的基准电流源受电阻温度系数影响较大、芯片的欠压保护模块电路版图面积比较大的问题。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。