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CN102193572A - 基准电压产生电路 - Google Patents

基准电压产生电路 Download PDF

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CN102193572A
CN102193572A CN201010131284XA CN201010131284A CN102193572A CN 102193572 A CN102193572 A CN 102193572A CN 201010131284X A CN201010131284X A CN 201010131284XA CN 201010131284 A CN201010131284 A CN 201010131284A CN 102193572 A CN102193572 A CN 102193572A
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洪诚
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Ricoh Co Ltd
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    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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Abstract

本发明的基准电压产生电路，包括基准电压产生和比较单元，驱动单元，M个驱动单元替补电路，基准电压产生和比较单元产生基准电压，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元中，与基准电压产生和比较单元产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元的输出端输出到驱动单元和M个驱动单元替补电路，当基准电压产生电路的电源电压不同时，由驱动单元和M个驱动单元替补电路中的至少一个加以驱动后输出到基准电压产生电路的输出端，使基准电压产生电路的输出端输出的电压稳定在基准电压产生和比较单元产生的基准电压上，其中，M是大于等于1的整数。

Description

基准电压产生电路
技术领域
本发明涉及一种基准电压产生电路，特别是涉及一种在电源电压较低时仍然能够产生恒定基准电压同时保持一定驱动能力的基准电压产生电路。
背景技术
基准电压在电子线路中应用越来越广，在电子线路中起着非常关键的作用，因此迫切需要能够产生高稳定度的基准电压同时具有一定驱动能力的基准电压产生电路。
图1所示的是现有技术中的基准电压产生电路的电路结构图。在图1所示的基准电压产生电路中，VDDA表示基准电压产生电路的电源电压，VREF表示基准电压产生电路的输出端输出的电压。该电路产生基准电压的基本原理如下：
晶体管ND1是N沟道耗尽型场效应晶体管，晶体管ND1作为电流源，当晶体管ND1工作在饱和区时，由于晶体管ND1的栅极和源极相连，因此流过晶体管ND1的漏极电流Id_ND1＝K_ND1×(Vgs_ND1-Vth_ND1)2。其中，Vgs_ND1是晶体管ND1的栅极和源极之间的电压，Vth_ND1是晶体管ND1的阈值电压，K_ND1＝0.5×μn×Cox×W/L，μn是载流子迁移率，W是晶体管ND1的沟道宽度，L是晶体管ND1的沟道长度，Cox是单位面积的栅氧化层电容。
晶体管N1是N沟道增强型场效应晶体管，当晶体管N1工作在饱和区时，流过晶体管N1的漏极电流Id_N1＝K_N1×(Vgs_N1-Vth_N1)2。其中，Vgs_N1是晶体管N1的栅极和源极之间的电压，Vth_N1是晶体管N1的阈值电压，K_N1＝0.5×μn×Cox×W/L，μn是载流子迁移率，W是晶体管N1的沟道宽度，L是晶体管N1的沟道长度，Cox是单位面积的栅氧化层电容。由于晶体管N1的源极接地，因此晶体管N1的栅极和源极之间的电压Vgs_N1就等于晶体管N1的栅极电压Vg_N1，所以流过晶体管N1的漏极电流Id_N1＝K_N1×(Vg_N1-Vth_N1)2。
晶体管P1、P2构成电流镜电路，流过晶体管P1、P2的电流相等，也就是说，流过晶体管ND1的漏极电流Id_ND1等于流过晶体管N1的漏极电流Id_N1，即K_ND1×(Vgs_ND1-Vth_ND1)2＝K_N1×(Vg_N1-Vth_N1)2。因此，Vg_N1＝[(K1/K2)×(Vth_ND1)2]1/2+Vth_N1。可见，晶体管N1的栅极电压Vg_N1是不受该基准电压产生电路的电源电压影响的恒定电压。
从该基准电压产生电路的输出端输出的电压VREF作为负反馈电压输入到晶体管N1的栅极，与晶体管N1的栅极电压Vg_N1进行比较后，从晶体管N1的栅极输出到晶体管N2，由晶体管N2加以驱动后从晶体管N2的源极输出到该基准电压产生电路的输出端，使该基准电压产生电路的输出端输出的电压VREF稳定在晶体管N1的栅极电压上，同时从晶体管N2向该基准电压产生电路的输出端输出驱动电流，使该基准电压产生电路具有一定的驱动能力。
理想的基准电压产生电路应不受电源电压的影响，都能够产生恒定的基准电压同时保持一定驱动能力。但是在图1所示的基准电压产生电路中，从该基准电压产生电路的输出端输出的电压VREF会受到该基准电压产生电路中的开环增益的影响，VREF＝Vg_N1/(1+1/Av)，其中，Av是该基准电压产生电路中的开环增益，Av由两部分构成：AV1≈gm_N1×(gm_P4+gmb_P4)×r0_P4×r0_P2，AV2≈gm_N2/((Iout/VREF)+gm_N2)，AV＝AV1×AV2，这里，gm_N1是晶体管N1的跨导，gm_P4是晶体管P4的跨导，gmb_P4是晶体管P4的体效应跨导，r0_P4是晶体管P4的等效电阻，r0_P2是晶体管P2的等效电阻，gm_N2是晶体管N2的跨导，Iout是该基准电压产生电路的输出端输出的驱动电流，VREF是该基准电压产生电路的输出端输出的电压。由于Av2≈1，所以Av≈AV1，即Av≈gm_N1×(gm_P4+gmb_P4)×r0_P4×r0_P2。在理想情况下，该基准电压产生电路中的开环增益趋向无穷大，这样使得该基准电压产生电路的输出端输出的电压VREF稳定在晶体管N1的栅极电压上。但是当电源电压下降到较低值时，在保持从晶体管N2向该基准电压产生电路的输出端输出的驱动电流不变的情况下，晶体管N2的栅极电压也将保持不变，这样由于电源电压下降致使电源电压和晶体管N2的栅极之间的电压下降，也就是晶体管P2、P4的源极和漏极之间的电压下降，从而使得晶体管P2、P4从饱和区进入线性区。当晶体管P2、P4从饱和区进入线性区后，晶体管P2、P4的跨导和等效电阻都将变小，致使该基准电压产生电路的开环增益Av明显下降，结果从该基准电压产生电路的输出端输出的电压VREF下降。由此可见，图1所示的现有基准电压产生电路在电源电压下降到较低值时不能产生恒定基准电压同时保持一定驱动能力。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种在电源电压较低时仍然能够产生恒定基准电压同时保持一定驱动能力的基准电压产生电路。
本发明的基准电压产生电路，包括基准电压产生和比较单元以及驱动单元，基准电压产生和比较单元产生基准电压，基准电压产生和比较单元的输出端连接驱动单元，当基准电压产生电路的电源电压大于第一接通电压时，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元中，与基准电压产生和比较单元产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元的输出端输出到驱动单元，由驱动单元加以驱动后从驱动单元的输出端输出到基准电压产生电路的输出端，使基准电压产生电路的输出端输出的电压稳定在基准电压产生和比较单元产生的基准电压上，该基准电压产生电路进一步包括连接基准电压产生和比较单元的输出端的M个驱动单元替补电路，从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路分别对应从第一接通电压至第M接通电压，从第一接通电压至第M接通电压依次逐个递减，第N个驱动单元替补电路在基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时被接通工作，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元中，与基准电压产生和比较单元产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元的输出端输出到M个驱动单元替补电路，当基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时，至少由第N个驱动单元替补电路加以驱动后，至少从第N个驱动单元替补电路的输出端输出到基准电压产生电路的输出端，其中，M是大于等于1的整数，N是大于等于1且小于等于M的整数。
由于本发明的基准电压产生电路包括具有不同工作特性的多个驱动单元替补电路，根据电源电压值的变化，由工作特性适合不同电源电压值的驱动单元替补电路进行工作，而不是像现有技术那样在任何电源电压值的情况下都由同一个驱动单元来工作，因此即使电源电压较低时，本发明的基准电压产生电路仍然能够产生恒定基准电压同时保持一定驱动能力。
附图说明
图1表示现有技术中的基准电压产生电路的电路结构图。
图2表示本发明的基准电压产生电路的框图。
图3表示本发明的基准电压产生电路中的驱动单元替补电路的具体组成以及与其他单元之间的关系的框图。
图4表示本发明的第一实施例的基准电压产生电路的电路结构图。
图5表示本发明的第二实施例的基准电压产生电路的电路结构图。
图6表示本发明与图1所示的现有技术的输出电压和电源电压的曲线图。
具体实施方式
图2表示本发明的基准电压产生电路的框图。如图2所示，本发明的基准电压产生电路包括：基准电压产生和比较单元1，驱动单元2，以及M个驱动单元替补电路21～2M，其中，M是大于等于1的整数。
基准电压产生和比较单元1产生基准电压，基准电压产生和比较单元1的输出端连接驱动单元2和M个驱动单元替补电路21～2M，驱动单元2的输出端连接基准电压产生电路的输出端，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元1中，与基准电压产生和比较单元1产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元1的输出端输出到驱动单元2，当基准电压产生电路的电源电压大于第一接通电压时，由驱动单元2加以驱动后从驱动单元2的输出端输出到基准电压产生电路的输出端，使基准电压产生电路的输出端输出的电压稳定在基准电压产生和比较单元1产生的基准电压上。
从第一个驱动单元替补电路21至第M个驱动单元替补电路2M分别对应从第一接通电压至第M接通电压，从第一接通电压至第M接通电压依次逐个递减，第N个驱动单元替补电路2N在基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时被接通工作，N是大于等于1且小于等于M的整数。
从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元1中，与基准电压产生和比较单元1产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元1的输出端输出到M个驱动单元替补电路21～2M，当基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时，至少由第N个驱动单元替补电路2N加以驱动后，至少从第N个驱动单元替补电路2N的输出端输出到基准电压产生电路的输出端，使基准电压产生电路的输出端输出的电压稳定在基准电压产生和比较单元1产生的基准电压上。
图3表示本发明的基准电压产生电路中的驱动单元替补电路的具体组成以及与其他单元之间的关系的框图。如图3所示，每一个驱动单元替补电路包括替补驱动单元，切换单元以及切换控制单元。其中，切换单元的一个输入端连接基准电压产生电路的电源电压，切换控制单元的输出端连接切换单元的另一个输入端，切换单元的输出端连接替补驱动单元的电源接入端，基准电压产生和比较单元1的输出端连接替补驱动单元的控制端，替补驱动单元的输出端连接基准电压产生电路的输出端。
当基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时，至少在第N个驱动单元替补电路2N中，从切换控制单元4N的输出端向切换单元3N输出控制电压，控制切换单元3N将替补驱动单元5N与基准电压产生电路的电源电压连通，使替补驱动单元5N被接通工作。
下面将参考附图详细描述本发明的具体实施例。
图4表示本发明的第一实施例的基准电压产生电路的电路结构图。如图4所示，在本发明的第一实施例中，基准电压产生和比较单元1包括P沟道场效应晶体管P1、P2、P3、P4，N沟道耗尽型场效应晶体管ND1、ND2、ND3，以及N沟道增强型场效应晶体管N1，驱动单元2包括具有较低阈值电压的N沟道增强型场效应晶体管N2。基准电压产生和比较单元1和驱动单元2的电路结构与图1所示的现有技术相同，本发明的改进之处在于驱动单元替补电路的设计。下面详细描述驱动单元替补电路的结构和工作原理。
在第一个驱动单元替补电路中，替补驱动单元由晶体管N11构成，其中晶体管N11是N沟道增强型场效应晶体管；切换单元由晶体管SW1构成，其中晶体管SW1是P沟道场效应晶体管；切换控制单元由晶体管P11、P12、ND12、ND13、N12、N13、N14构成，其中晶体管P11、P12是P沟道场效应晶体管，晶体管ND12、ND13是N沟道耗尽型场效应晶体管，晶体管N12、N13、N14是N沟道增强型场效应晶体管。
在切换控制单元中，晶体管P11、P12构成电流镜电路，晶体管ND12、ND13构成电压下拉电路，晶体管N12、N13、N14构成接通电压控制电路。
电流镜电路的两个输入端连接基准电压产生电路的电源电压，电流镜电路的一个输出端与电压下拉电路的一个输入端相连并作为切换控制单元的输出端，电流镜电路的另一个输出端经由接通电压控制电路连接电压下拉电路的另一个输入端。
具体来说，在由晶体管P11、P12构成的电流镜电路中，晶体管P11和晶体管P12的源极连接基准电压产生电路的电源电压，晶体管P11和晶体管P12的栅极相连并连接晶体管P12的漏极。在由晶体管N12、N13、N14构成的接通电压控制电路中，每一个晶体管N12、N13、N14的栅极和漏极相连，晶体管N12的源极连接电压下拉电路中的晶体管ND13的漏极，晶体管N12的漏极连接晶体管N13的源极，晶体管N13的漏极连接晶体管N14的源极，晶体管N14的漏极连接电流镜电路中的晶体管P12的漏极。在由晶体管ND12、ND13构成的电压下拉电路中，晶体管ND12的源极和栅极接地，晶体管ND12的漏极与电流镜电路中的晶体管P11的漏极相连作为切换控制单元的输出端，晶体管ND13的源极和栅极接地。
切换控制单元的输出端连接构成切换单元的晶体管SW1的栅极，晶体管SW1的源极连接基准电压产生电路的电源电压，晶体管SW1的漏极连接构成替补驱动单元的晶体管N11的漏极。晶体管N11的栅极连接基准电压产生和比较单元1的输出端，即晶体管ND3的漏极。晶体管N11的源极连接基准电压产生电路的输出端。
第一个驱动单元替补电路对应一个能够使作为替补驱动单元的晶体管N11被接通工作的接通电压，第一个驱动单元替补电路的接通电压等于构成接通电压控制电路的晶体管N12、N13、N14和构成电流镜电路的晶体管P12的阈值电压的总和。
第二个驱动单元替补电路与第一个驱动单元替补电路的结构基本相同，第二个驱动单元替补电路也对应一个能够使作为替补驱动单元的N沟道耗尽型场效应晶体管ND21被接通工作的接通电压，第二个驱动单元替补电路的接通电压等于构成接通电压控制电路的晶体管N22、N23和构成电流镜电路的晶体管P22的阈值电压的总和。
第二个驱动单元替补电路与第一个驱动单元替补电路的区别仅在于，第二个驱动单元替补电路的接通电压小于第一个驱动单元替补电路的接通电压，以及第二个驱动单元替补电路中构成替补驱动单元的晶体管ND21的阈值电压小于第一个驱动单元替补电路中构成替补驱动单元的晶体管N11的阈值电压。
在第一实施例中，第一个驱动单元替补电路和第二个驱动单元替补电路的工作原理基本相同，现在对这两个驱动单元替补电路的工作过程说明如下：
在第一个驱动单元替补电路中，晶体管ND12作为电流源提供0.1uA的电流，晶体管ND13作为电流源提供1uA的电流。当基准电压产生电路的电源电压小于第一个驱动单元替补电路的接通电压时，即基准电压产生电路的电源电压小于晶体管N12、N13、N14和晶体管P12的阈值电压的总和，因此晶体管N12、N13、N14和晶体管P12不导通，这样使得晶体管N12、N13、N14和晶体管P12上没有电流流过，由于晶体管P11、P12构成的是电流镜电路，因此在晶体管P11上也就没有电流流过，这样，从作为电流源的晶体管ND12的漏极向晶体管SW1的栅极输出使晶体管SW1导通的控制电压。由于晶体管SW1导通，使作为替补驱动单元的晶体管N11与基准电压产生电路的电源电压连通，使晶体管N11被接通工作。
在晶体管N11被接通工作的情况下，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元1中，与基准电压产生和比较单元1产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元1的输出端即晶体管ND3的漏极输出到晶体管N11，由晶体管N11加以驱动后，从晶体管N11的源极输出到基准电压产生电路的输出端。
在第二个驱动单元替补电路中，作为替补驱动单元的晶体管ND21被接通工作的原理与晶体管N11被接通工作的原理相同，即当基准电压产生电路的电源电压小于第二个驱动单元替补电路的接通电压时，晶体管ND21被接通工作。
在晶体管ND21被接通工作的情况下，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元1中，与基准电压产生和比较单元1产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元1的输出端即晶体管ND3的漏极输出到晶体管ND21，由晶体管ND21加以驱动后，从晶体管ND21的源极输出到基准电压产生电路的输出端。
由于第二个驱动单元替补电路的接通电压小于第一个驱动单元替补电路的接通电压，因此，当基准电压产生电路的电源电压小于第二个驱动单元替补电路的接通电压时，晶体管ND21和晶体管N11都被接通工作。
虽然在第一实施例中，在切换控制单元中，采用由晶体管ND12、ND13构成的电流源电路来作为电压下拉电路，但是这里电压下拉电路的构成方式只是举例说明，并非意欲限制本发明，在本发明中可以采用电流源电路、电流源电路产生的镜像电流源电路、下拉电阻或者能够实现相同功能的其他器件来构成电压下拉电路。
虽然在第一实施例中，构成第一个驱动单元替补电路和第二个驱动单元替补电路中的接通电压控制电路的晶体管数量不同，但是这里晶体管的数量只是举例说明，并非意欲限制本发明，晶体管的数量也可以相同，只要构成接通电压控制电路的晶体管能够使得不同的驱动单元替补电路的接通电压不同即可。
虽然在第一实施例中，基准电压产生电路仅包括两个驱动单元替补电路，但是这里驱动单元替补电路的数量只是举例说明，并非意欲限制本发明，本发明的基准电压产生电路可以包括连接基准电压产生和比较单元的输出端的M个驱动单元替补电路，其中M是大于等于1的整数，从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路分别对应从第一接通电压至第M接通电压，从第一接通电压至第M接通电压依次逐个递减，每一个驱动单元替补电路在基准电压产生电路的电源电压小于该驱动单元替补电路的接通电压时被接通工作。从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路，构成各驱动单元替补电路中的替补驱动单元的晶体管的阈值电压依次逐渐递减，构成驱动单元2的晶体管N2的阈值电压大于构成第一个替补驱动单元的晶体管的阈值电压。
图5表示本发明的第二实施例的基准电压产生电路的电路结构图。如图5所示，在本发明的第二实施例中，基准电压产生和比较单元1和驱动单元2的电路结构与图1所示的现有技术相同。下面详细描述本发明的第二实施例与第一实施例的不同之处。
如图5所示，在本发明的第二实施例中包括两个驱动单元替补电路。在第一个驱动单元替补电路中，替补驱动单元由晶体管N11构成，其中晶体管N11是N沟道增强型场效应晶体管；切换单元由晶体管SW1构成，其中晶体管SW1是P沟道场效应晶体管；切换控制单元由比较器CMP1构成。
在第二个驱动单元替补电路中，替补驱动单元由晶体管ND21构成，其中晶体管ND21是N沟道耗尽型场效应晶体管；切换单元由晶体管SW2构成，其中晶体管SW2是P沟道场效应晶体管；切换控制单元由比较器CMP2构成。
在基准电压产生电路的电源电压和地之间连接有一个由电阻R1、R2、R3串联构成的分压电路，该分压电路具有与驱动单元替补电路的数量相同的两个分压输出端，其中，电阻R2和电阻R3之间是第一分压输出端，电子R1和电阻R2之间是第二分压输出端，从第一分压输出端输出的电压小于从第二分压输出端输出的电压。
构成第一个驱动单元替补电路中的切换控制单元的比较器CMP1的一个输入端连接第一分压输出端，另一个输入端连接基准电压产生电路的输出端，输出端连接构成切换单元的晶体管SW1的栅极。晶体管SW1的源极连接基准电压产生电路的电源电压，晶体管SW1的漏极连接构成替补驱动单元的晶体管N11的漏极。晶体管N11的栅极连接基准电压产生和比较单元1的输出端，即晶体管ND3的漏极。晶体管N11的源极连接基准电压产生电路的输出端。
构成第二个驱动单元替补电路中的切换控制单元的比较器CMP2的一个输入端连接第二分压输出端，另一个输入端连接基准电压产生电路的输出端，输出端连接构成切换单元的晶体管SW2的栅极。构成切换单元的晶体管SW2与构成替补驱动单元的晶体管ND21在电路中的连接方式与第一个驱动单元替补电路中的相同。
比较器CMP1对从第一分压输出端输出的电压与从基准电压产生电路的输出端输出的电压进行比较，当从第一分压输出端输出的电压小于从基准电压产生电路的输出端输出的电压时，从比较器CMP1输出使晶体管SW1导通的控制电压。由于晶体管SW1导通，使作为替补驱动单元的晶体管N11与基准电压产生电路的电源电压连通，使晶体管N11被接通工作。
在晶体管N11被接通工作的情况下，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元1中，与基准电压产生和比较单元1产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元1的输出端即晶体管ND3的漏极输出到晶体管N11，由晶体管N11加以驱动后，从晶体管N11的源极输出到基准电压产生电路的输出端。
在第二个驱动单元替补电路中，作为替补驱动单元的晶体管ND21被接通工作的原理与晶体管N11被接通工作的原理相同，即当从第二分压输出端输出的电压小于从基准电压产生电路的输出端输出的电压时，晶体管ND21被接通工作。
在晶体管ND21被接通工作的情况下，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元1中，与基准电压产生和比较单元1产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元1的输出端即晶体管ND3的漏极输出到晶体管ND21，由晶体管ND21加以驱动后，从晶体管ND21的源极输出到基准电压产生电路的输出端。
由于从第一分压输出端输出的电压小于从第二分压输出端输出的电压，因此，当从第二分压输出端输出的电压小于从基准电压产生电路的输出端输出的电压时，从第一分压输出端输出的电压也必定小于从基准电压产生电路的输出端输出的电压时，在这种情况下，晶体管ND21和晶体管N11都被接通工作。
虽然在第二实施例中，基准电压产生电路仅包括两个驱动单元替补电路，但是这里驱动单元替补电路的数量只是举例说明，并非意欲限制本发明，本发明的基准电压产生电路可以包括连接基准电压产生和比较单元的输出端的M个驱动单元替补电路，其中M是大于等于1的整数，从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路的切换控制单元的一个输入端依次连接逐渐递增的一个分压输出端，切换控制单元的另一个输入端连接基准电压产生电路的输出端，切换控制单元对从两个输入端输入的电压进行比较后从切换控制单元的输出端向切换单元输出控制电压。从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路，构成各驱动单元替补电路中的替补驱动单元的晶体管的阈值电压依次逐渐递减，构成驱动单元2的晶体管N2的阈值电压大于构成第一个替补驱动单元的晶体管的阈值电压。
虽然在第二实施例中，在每一个驱动单元替补电路中，构成切换控制单元的比较器的一个输入端连接一个分压输出端，另一个输入端连接基准电压产生电路的输出端，但是这里切换控制单元的另一个输入端的连接方式只是举例说明，并非意欲限制本发明，在本发明中，每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元的另一个输入端也可以连接其他的参考电压，只要每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元的另一个输入端连接的参考电压等于该驱动单元替补电路的接通电压与该驱动单元替补电路中的切换控制单元的一个输入端连接的分压输出端的分压系数的乘积即可，其中每一个分压输出端的分压系数等于该分压输出端输出的电压占电源电压的比例。
由上述具体实施例可见，本发明的基准电压产生电路包括具有不同工作特性的多个驱动单元替补电路，根据电源电压值的变化，由工作特性适合不同电源电压值的驱动单元替补电路进行工作，具体来说，本发明的基准电压产生电路，随着电源电压VDDA逐渐下降，选择阈值电压逐渐下降的晶体管作为驱动单元，由于阈值电压小的晶体管在输出相同驱动电流的情况下该晶体管的栅极电压也小，这样当电源电压下降到较低值时，在保持从晶体管向该基准电压产生电路的输出端输出的驱动电流不变的情况下，由于该晶体管的栅极电压也下降，使得晶体管P2、P4的源极和漏极之间的电压不会随着电源电压的下降而下降，从而保证了该基准电压产生电路的开环增益Av不会下降，结果使得该基准电压产生电路的输出端输出的电压VREF在电源电压下降时仍然能够稳定在晶体管N1的栅极电压上。
图6表示本发明与图1所示的现有技术的输出电压和电源电压的曲线图。由图6可以清楚地看出，与图1所示的现有技术相比，本发明的基准电压产生电路在电源电压VDDA下降到2V以下时输出恒定基准电压VREF的能力大大提高。
表1是本发明与图1所示的现有技术在电源电压下降时，直流开环增益的对比数据。
电源电压(V)   现有技术直流开环增益(dB)   本发明直流开环增益(dB)
  2.0   31   66.22
  1.9   10.94   60.27
  1.8   -0.3426   41.61
  1.7   -7.329   14.98
表2是本发明与图1所示的现有技术在电源电压下降时，线性调制性的对比数据。
电源电压(V)   现有技术线性调制性(％)   本发明线性调制性(％)
  2.0-5.5   0.076   0.037
  1.9-5.5   0.38   0.043
  1.8-5.5   1.34   0.059
  1.7-5.5   2.88   0.22
  1.6-5.5   4.68   0.85
  1.5-5.5   6.57   2.01
表3是本发明与图1所示的现有技术在电源电压下降时，电源纹波抑制比的对比数据。
电源电压(V)   现有技术电源纹波抑制比(dB)   本发明电源纹波抑制比(dB)
  2.0   31   51.6
  1.9   13.3   49.1
  1.8   6.1   40.1
  1.7   3.4   18.2
从表1～表3可以看出，与图1所示的现有技术相比，当电源电压下降时，本发明的基准电压产生电路在直流开环增益、线性调制性、电源纹波抑制比三个方面都取得了较好的改善。
虽然在本发明的第一实施例和第二实施例中，在每一个驱动单元替补电路中，切换单元是连接在电源电压和替补驱动单元之间，但是也可以将替补驱动单元连接在电源电压和切换单元之间，同样能够实现本发明，在这种情况下，替补驱动单元，切换单元以及切换控制单元的具体连接方式如下：替补驱动单元的电源接入端连接基准电压产生电路的电源电压，基准电压产生和比较单元的输出端连接替补驱动单元的控制端，替补驱动单元的输出端连接切换单元的一个输入端，切换控制单元的输出端连接切换单元的另一个输入端，切换单元的输出端连接基准电压产生电路的输出端。
在本发明的第一实施例和第二实施例中，存在驱动单元2和多个驱动单元替补电路中的多个替补驱动单元同时被接通工作的情况。在这种情况下，通过选择具有不同阈值电压的晶体管，可以主要由其中一个驱动单元参与工作。
当然，也可以仅由一个驱动单元被接通工作，其他驱动单元都不被接通工作。在本发明的第一实施例和第二实施例的基础上，在驱动单元2和电源电压之间也连接一个切换单元，在每一个驱动单元替补电路中，切换控制单元向切换单元输出的控制电压经反向后输出到其他驱动电路替补电路中的切换单元，这样就可以实现仅由一个驱动单元被接通工作，其他驱动单元都不被接通工作。
另外，对于本发明的上述实施例中所选用的各个器件，本领域技术人员基于本领域的公知常识，可以将P沟道场效应晶体管相应替换为N沟道场效应晶体管，将N沟道场效应晶体管相应替换为P沟道场效应晶体管，也可以选用能够实现相同功能的其他器件来替代在上述实施例中所选用的各个器件，或者相应改变各器件之间的连接方式，这些都不脱离本发明的保护范围。
虽然本发明的特定实施例已被描述，但这些实施例只是通过实例的方式进行表述，并不意欲限制本发明的范围。实际上，本文描述的基准电压产生电路可以通过各种其他形式实施；此外，也可以进行对本文描述的基准电压产生电路的各种省略、替代和改变而不背离本发明的精神。附后的权利要求及其等同内容的目的是涵盖落入本发明的范围和精神内的这样的各种形式或修改。

Claims (11)

1.一种基准电压产生电路，包括基准电压产生和比较单元以及驱动单元，基准电压产生和比较单元产生基准电压，基准电压产生和比较单元的输出端连接驱动单元，从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元中，与基准电压产生和比较单元产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元的输出端输出到驱动单元，当基准电压产生电路的电源电压大于第一接通电压时，由驱动单元加以驱动后从驱动单元的输出端输出到基准电压产生电路的输出端，使基准电压产生电路的输出端输出的电压稳定在基准电压产生和比较单元产生的基准电压上，其特征在于，
该基准电压产生电路进一步包括连接基准电压产生和比较单元的输出端的M个驱动单元替补电路，从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路分别对应从第一接通电压至第M接通电压，从第一接通电压至第M接通电压依次逐个递减，第N个驱动单元替补电路在基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时被接通工作，
从基准电压产生电路的输出端输出的电压作为负反馈电压输入到基准电压产生和比较单元中，与基准电压产生和比较单元产生的基准电压进行比较后，从基准电压产生和比较单元的输出端输出到M个驱动单元替补电路，当基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时，至少由第N个驱动单元替补电路加以驱动后，至少从第N个驱动单元替补电路的输出端输出到基准电压产生电路的输出端，
其中，M是大于等于1的整数，N是大于等于1且小于等于M的整数。
2.如权利要求1所述的基准电压产生电路，其特征在于，每一个驱动单元替补电路包括替补驱动单元，切换单元以及切换控制单元，其中，
切换单元的一个输入端连接基准电压产生电路的电源电压，切换控制单元的输出端连接切换单元的另一个输入端，切换单元的输出端连接替补驱动单元的电源接入端，基准电压产生和比较单元的输出端连接替补驱动单元的控制端，替补驱动单元的输出端连接基准电压产生电路的输出端，
当基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时，至少在第N个驱动单元替补电路中，从切换控制单元的输出端输出控制电压，控制切换单元将替补驱动单元与基准电压产生电路的电源电压连通，使替补驱动单元被接通工作。
3.如权利要求1所述的基准电压产生电路，其特征在于，每一个驱动单元替补电路包括替补驱动单元，切换单元以及切换控制单元，其中，
替补驱动单元的电源接入端连接基准电压产生电路的电源电压，基准电压产生和比较单元的输出端连接替补驱动单元的控制端，替补驱动单元的输出端连接切换单元的一个输入端，切换控制单元的输出端连接切换单元的另一个输入端，切换单元的输出端连接基准电压产生电路的输出端，
当基准电压产生电路的电源电压小于第N接通电压时，至少在第N个驱动单元替补电路中，从切换控制单元的输出端输出控制电压，控制切换单元将替补驱动单元与基准电压产生电路的输出端连通，使替补驱动单元被接通工作。
4.如权利要求2或3所述的基准电压产生电路，其特征在于，
每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元包括电流镜电路，电压下拉电路以及接通电压控制电路，
电流镜电路的两个输入端连接基准电压产生电路的电源电压，电流镜电路的一个输出端与电压下拉电路的一个输入端相连并作为切换控制单元的输出端，电流镜电路的另一个输出端经由接通电压控制电路连接电压下拉电路的另一个输入端。
5.如权利要求4所述的基准电压产生电路，其特征在于，在每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元中，电压下拉电路由电流源电路、电流源电路产生的镜像电流源电路和下拉电阻中的任意一个构成。
6.如权利要求4所述的基准电压产生电路，其特征在于，在每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元中，
电流镜电路由类型相同的第一场效应晶体管和第二场效应晶体管构成，其中，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的源极连接基准电压产生电路的电源电压，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的栅极相连并连接第二场效应晶体管的漏极，
接通电压控制电路由一个场效应晶体管或多个级联的场效应晶体管构成，其中，每一个场效应晶体管的栅极和漏极相连，
电压下拉电路由第三耗尽型场效应晶体管和第四耗尽型场效应晶体管构成，其中，第三耗尽型场效应晶体管的源极和栅极接地，第三耗尽型场效应晶体管的漏极与电流镜电路中的第一场效应晶体管的漏极相连作为切换控制单元的输出端，第四耗尽型场效应晶体管的源极和栅极接地，第四耗尽型场效应晶体管的漏极与接通电压控制电路的输出端相连，
每一个驱动单元替补电路的接通电压等于构成接通电压控制电路的场效应晶体管和构成电流镜电路的第二场效应晶体管的阈值电压的总和。
7.如权利要求2或3所述的基准电压产生电路，其特征在于，
在基准电压产生电路的电源电压和地之间连接一个分压电路，该分压电路具有与驱动单元替补电路的数量相同的M个分压输出端，M个分压输出端分别输出依次逐个递增的M个输出电压，从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路的切换控制单元的一个输入端依次连接输出的电压依次逐个递增的一个分压输出端，每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元的另一个输入端连接一个参考电压，切换控制单元对从两个输入端输入的电压进行比较后从切换控制单元的输出端向切换单元输出控制电压，
其中每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元的另一个输入端连接的参考电压等于该驱动单元替补电路的接通电压与该驱动单元替补电路中的切换控制单元的一个输入端连接的分压输出端的分压系数的乘积，每一个分压输出端的分压系数等于该分压输出端输出的电压占电源电压的比例。
8.如权利要求7所述的基准电压产生电路，其特征在于，每一个驱动单元替补电路中的切换控制单元的另一个输入端连接基准电压产生电路的输出端。
9.如权利要求1所述的基准电压产生电路，其特征在于，驱动单元和每一个替补驱动单元由具有不同阈值电压的晶体管构成。
10.如权利要求9所述的基准电压产生电路，其特征在于，从第一个驱动单元替补电路至第M个驱动单元替补电路，构成各驱动单元替补电路中的替补驱动单元的晶体管的阈值电压依次逐渐递减，
构成驱动单元的晶体管的阈值电压大于构成第一个替补驱动单元的晶体管的阈值电压。
11.如权利要求1所述的基准电压产生电路，其特征在于，
在每一个驱动单元替补电路中，切换单元由晶体管构成。
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