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CN104460796B - 一种产生恒定充电时间常数的电路 - Google Patents

一种产生恒定充电时间常数的电路 Download PDF

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CN104460796B
CN104460796B CN201410548526.3A CN201410548526A CN104460796B CN 104460796 B CN104460796 B CN 104460796B CN 201410548526 A CN201410548526 A CN 201410548526A CN 104460796 B CN104460796 B CN 104460796B
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刘弘
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Shanghai Fumanduo Semiconductor Co.,Ltd.
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NINGBO XINCHEN MICROELECTRONICS Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种产生恒定充电时间常数的电路，其中，第一MOS管的源极还与第二MOS管的漏极相连，第二MOS管的源极接地，栅极与第三MOS管的栅极相连；第三MOS管的漏极与第一镜像电流源相连，源极与第四MOS管的漏极相连，第四MOS管的源极接地，栅极与第三MOS管的栅极相连；其中，第三MOS管接成二极管形式，工作在饱和区，第四MOS管工作在线性区；第一镜像电流源还与第二镜像电流源之间设有两个相互串联的第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关；第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端连接在第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关之间，并与MOS电容连接。本发明能够大大降低系统的成本。

Description

一种产生恒定充电时间常数的电路
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，特别是涉及一种产生恒定充电时间常数的电路。
背景技术
现有的产生恒定充电时间常数的方法为采用一个外部标准基准作参考，采用锁相环的方法或者是对阻容元件进行装饰，但是采用锁相环产生恒定充电时间常数时需要更多的外部器件，采用阻容元件产生恒定充电时间常数时则需要额外的装饰费用，两种方式都会使大大提高系统的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种产生恒定充电时间常数的电路，能够大大降低系统的成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种产生恒定充电时间常数的电路，包括参考电压产生电路、第一镜像电流源、第二镜像电流源、第一比较器和第二比较器，所述参考电压产生电路的输出端与运算放大器的负输入端相连，所述运算放大器的输出端与第一MOS管的栅极相连，所述第一MOS管的源极连接至所述运算放大器的正输入端，漏极与第一镜像电流源相连；所述第一MOS管的源极还与第二MOS管的漏极相连，所述第二MOS管的源极接地，栅极与第三MOS管的栅极相连；所述第三MOS管的漏极与第一镜像电流源相连，源极与第四MOS管的漏极相连，所述第四MOS管的源极接地，栅极与所述第三MOS管的栅极相连；其中，第三MOS管接成二极管形式，工作在饱和区，第四MOS管工作在线性区；所述第一镜像电流源还与第二镜像电流源相连，所述第一镜像电流源还与第二镜像电流源之间设有两个相互串联的第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关；所述第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端连接在第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关之间，并与MOS电容连接；所述第一比较器的负输入端连接有高位参考电压，所述第二比较器的正输入端连接有低位参考电压，所述第一比较器的输出端与逻辑电路的开关关闭端相连，所述第二比较器的输出端与逻辑电路的开关开启端相连。
所述第一镜像电流源由四个MOS管组成。
所述第二镜像电流源由两个MOS管组成。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过产生一个与温度无关，只随MOS管的工艺参数变化的电流，通过对用作电容的MOS管充电，从而产生一个恒定的充电时间常数，该方法比这些常规方法能省去更多的外部器件和额外的trim费用，从而大大降低系统的成本。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2是本发明中参考电压产生电路的电路图；
图3是本发明中第一镜像电流源的电路图；
图4是本发明中第二镜像电流源的电路图；
图5是本发明中MOS电容特性曲线图；
图6是本发明中MOS电容工作点的电压波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种产生恒定充电时间常数的电路，如图1所示，包括参考电压产生电路、第一镜像电流源、第二镜像电流源、第一比较器CP1和第二比较器CP2，所述参考电压产生电路的输出端与运算放大器OP的负输入端相连，所述运算放大器OP的输出端与第一MOS管M1的栅极相连，所述第一MOS管M1的源极连接至所述运算放大器OP的正输入端，漏极与第一镜像电流源相连；所述第一MOS管M1的源极还与第二MOS管M2的漏极相连，所述第二MOS管M2的源极接地，栅极与第三MOS管M3的栅极相连；所述第三MOS管M3的漏极与第一镜像电流源相连，源极与第四MOS管M4的漏极相连，所述第四MOS管M4的源极接地，栅极与所述第三MOS管M3的栅极相连；其中，第三MOS管M3接成二极管形式，工作在饱和区，第四MOS管M4工作在线性区；所述第一镜像电流源还与第二镜像电流源相连，所述第一镜像电流源还与第二镜像电流源之间设有两个相互串联的第一单刀双掷开关SP和第二单刀双掷开关SN；所述第一比较器CP1的正输入端和第二比较器CP2的负输入端连接在第一单刀双掷开关SP和第二单刀双掷开关SN之间，并与MOS电容C1连接；所述第一比较器CP1的负输入端连接有高位参考电压，所述第二比较器CP2的正输入端连接有低位参考电压，所述第一比较器CP1的输出端与逻辑电路的开关关闭端相连，所述第二比较器CP2的输出端与逻辑电路的开关开启端相连。
图2是本发明中参考电压产生电路的电路图，该电路用于产生参考电压Vr、高位参考电压Vtrh和低位参考电压Vtrl；图3是本发明中第一镜像电流源的电路图，由四个MOS管组成；图4是本发明中第二镜像电流源的电路图，由两个MOS管组成。
图1中电压Vr由标准Bandgap电路(见图2)产生，这个电压与运算放大器OP和第一MOS管M1一起构成一个负反馈控制环以控制第二MOS管M2的漏源电压，其中电压Vr小于第二MOS管M2的漏源饱和电压Vds1，第二MOS管M2的漏电流可表示为：
I d 1 = β 1 [ ( V g - V t ) V d s 1 - V d s 1 2 2 ]
式中：β1＝μnCoxW1/L1，其中，μn是电子迁移率，Cox是栅极单位面积的氧化层电容，W1和L1分别是第二MOS管M2的宽度和长度，Vg为第二MOS管M2的栅极电压，Vt为第二MOS管M2的阈值电压。
另一方面，第三MOS管M3接成二极管形式，工作于饱和区，其电流为：
Id2＝β2(Vg-Vds3-Vt)2，其中，Vds3为第三MOS管M3的漏源饱和电压。
第四MOS管M4工作于线性区，其电流为：
I d 3 = β 3 [ ( V g - V t ) V d s 3 - V d s 3 2 2 ]
式中：β3＝μnCoxW3/L3，其中，μn是电子迁移率，Cox是栅极单位面积的氧化层电容，W3和L3分别是第四MOS管M4的宽度和长度
考虑到：Vds1＝Vr，Vds3,＜＜Vg，Id1＝Id2＝Id3＝Iout＝Io，可以得到：
Io＝kβVr，其中β＝μnCox，k是一个只与第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4的宽长比相关的常数项。
C1是MOS电容，其电容特性曲线如图5所示。
其工作点的电压波形如图6所示，在301时刻，迟滞比较器CP2翻转，开关SP打开，开关SN关闭，电路以Iout对MOS电容C1进行充电，当MOS电容C1上的电压Vout从Vtrl充到Vtrh时，在302时刻迟滞比较器CP1翻转，开关SP关闭，开关SN打开，电路以Iout对MOS电容C1进行放电，充电时间等于放电时间，可以表示为：
t = C 1 ( V t r h - V t r l ) I o u t = C o x · W 1 · L 1 · ( V t r h - V t r l ) k · μ n · C o x · V r = W 1 · L 1 · ( V t r h - V t r l ) k · μ n · V r
其中W1、L1是MOS电容C1的宽和长，相对变化影响不大，Vtrl、Vtrh和Vr是BGR产生的基准电压，k是一个常数项，μn是电子迁移率，从这几个变量可以看出，t是个基本不随温度和工艺变化的常量。

Claims (3)

1.一种产生恒定充电时间常数的电路，包括参考电压产生电路、第一镜像电流源、第二镜像电流源、第一比较器(CP1)和第二比较器(CP2)，其特征在于，所述参考电压产生电路的输出端与运算放大器(OP)的负输入端相连，所述运算放大器(OP)的输出端与第一MOS管(M1)的栅极相连，所述第一MOS管(M1)的源极连接至所述运算放大器(OP)的正输入端，漏极与第一镜像电流源相连；所述第一MOS管(M1)的源极还与第二MOS管(M2)的漏极相连，所述第二MOS管(M2)的源极接地，栅极与第三MOS管(M3)的栅极相连；所述第三MOS管(M3)的漏极与第一镜像电流源相连，源极与第四MOS管(M4)的漏极相连，所述第四MOS管(M4)的源极接地，栅极与所述第三MOS管(M3)的栅极相连；其中，第三MOS管(M3)接成二极管形式，工作在饱和区，第四MOS管(M4)工作在线性区；所述第一镜像电流源还与第二镜像电流源相连，所述第一镜像电流源还与第二镜像电流源之间设有两个相互串联的第一单刀双掷开关(SP)和第二单刀双掷开关(SN)；所述第一比较器(CP1)的正输入端和第二比较器(CP2)的负输入端连接在第一单刀双掷开关(SP)和第二单刀双掷开关(SN)之间，并与MOS电容(C1)连接；所述第一比较器(CP1)的负输入端连接有高位参考电压，所述第二比较器(CP2)的正输入端连接有低位参考电压，所述第一比较器(CP1)的输出端与逻辑电路的开关关闭端相连，所述第二比较器(CP2)的输出端与逻辑电路的开关开启端相连。
2.根据权利要求1所述的产生恒定充电时间常数的电路，其特征在于，所述第一镜像电流源由四个MOS管组成。
3.根据权利要求1所述的产生恒定充电时间常数的电路，其特征在于，所述第二镜像电流源由两个MOS管组成。
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