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CN1384929A - 用以低功率产生参考电压的电路装置 - Google Patents

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CN1384929A CN00813470A CN00813470A CN1384929A CN 1384929 A CN1384929 A CN 1384929A CN 00813470 A CN00813470 A CN 00813470A CN 00813470 A CN00813470 A CN 00813470A CN 1384929 A CN1384929 A CN 1384929A
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    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
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Abstract

本发明涉及一种用以低功率产生参考电压的电路装置。根据本发明,提供了一种可编程电压源,该电压源产生一个在预定时间与参考电压比较的输出电压。根据比较结果,通过校正装置产生至少一个供给控制装置的信号。该控制装置对所述电压源进行编程,使所述输出电压尽可能接近地与所述参考电压相对应。

Description

用以低功率产生参考电压的电路装置
本发明涉及一种如权利要求1所要求保护的、用以低功率产生参考电压的电路装置。
已知有多种用以产生参考电压的电路，但由于这些电路内部功耗大，降低了特别是以电池为工作电源的应用设备和装置的运行时间。在单片集成电路中，经常用带隙参考电源(band gap reference)从一波动的电压源产生恒定的参考电压。但是，带隙参考电源本身需要提供10微安以上的电流。电压调整器通常也带有带隙参考电源，用以从波动的电压产生调整后的供给电压。
本发明基于这样的目的，即确定一种用于只需要很低供给电流的、用以低功率产生参考电压的电路装置。
可用具有权利要求1所述特征的电路装置达成上述目的。本发明的各项从属权利要求涵盖了该电路装置的一些改型。
本发明涉及一种用以低功率产生参考电压的电路装置，其中包括一种产生输出电压的可编程电压源。该输出电压在若干预定时间与参考电压进行比较。根据比较结果，利用校准装置产生至少一个供给控制装置的信号。该控制装置对上述电压源进行编程，使输出电压尽可能地接近地对应该参考电压。
在此电路装置中，可编程电压源产生实际调整后的输出电压。只在输出电压与参考电压进行比较的预定时间，才需要使用电流需求大的参考电压源。所述可编程电压源用于模拟参考电压源，其优点似在于，该可编程电压源可设计成甚低功率的装置。该方法的主要优点是，只在若干特定时间需要参考电压，从而无需连续地使用参考电压源。例如，只在预定时间打开以供给参考电压的带隙参考电源，其余时间均关闭不用。这种方法可极大地降低了电流需求，尤其适合可编程电压源的再次校准时间间隔相对较长的场合。
最好把可编程电压源设计成由电压源供电的可编程分压器。特别是，利用分压器的高阻值可显著降低可编程电压源的电流消耗。其另一优点在于，分压器及向分压器供电的电压源均结构简单。如分压器采用高阻值，则不仅可降低电流消耗，还可降低供给电压源的负载。
分压器最好设有多个串联的电阻，而且分压器的单个电阻在所有情况下均可用开关桥接。本实施例的优点是可用非常简单的电路构成。另一种方案是，采用电阻并联的分压器结构。但是，若采用当前的半导体和集成技术所能提供的集成电路，本实施方案需要有较大的面积。
最好这样对电阻值进行分级，即所有情况下在被串联电阻之间阻值均相差两倍，且每一阻值均为预定阻值的倍数。这样就能可编程地利用分压器，达到精细的电压分级特征。另外，采用电阻的比值可比采用绝对阻值达到更高的精确度，尤其在集成电路技术中。
控制装置最好通过各开关的闭合或断开对分压器编程。各开关最好用富集型(enrichment type)MOSFET晶体管构成。本实施例便于将所述方法与其它电路结合，特别是单片CMOS电路。由于MOSFET晶体管具有良好的开关特征和较低的负载通路电阻，MOSFET晶体管一直成功应用于数字技术，因此也适用于分压器各电阻的几乎无电阻的桥接。由于这些晶体管只是自某个控制电压开始导通，并且在控制电压为0伏或稍高时能可靠截止。因此富集型MOSFET晶体管特别适合用作开关元件。
控制装置最好数字地存储对分压器的编程情况。一方面，只要用非常简单的装置，特别是采用集成电路技术的装置，便可数字地存储分压器的编程设定；另一方面，与模拟存储相比数字存储更可靠，特别是例如由于存在漏电流，模拟存储易丢失内容，很难实现足够长时间(例如数周)的稳定存储。
控制装置最好采用具有上数和下数功能的数字计数器的结构。数字计数器适用多个实施例，它可用简单的装置加以实现，特别是该计数器可设计成甚低功率的、采用CMOS技术的装置。
最好用计数时钟脉冲对数字计数器进行计时，计数器的计数脉冲与进行输出电压比较的预定时间相对应。
最好根据输出电压的波动或变化预先确定把输出电压与参考电压比较的时间。波动时间间隔很小的场合的校正频度必须相应地大于波动时间间隔大的场合。
分压器之后最好设有由分压器控制的调整部件，当分压器的输出电压低于预定电压时，该调整部件就减少电流。所述调整部件最好连接为共源极电路的富集型n沟道MOSFET晶体管的结构；或者，例如采用BICMOS技术中的由连接为射极跟随器电路的npn双极晶体管的结构。一方面，这样可防止分压器承受太大的输出电流，另一方面，特别是在供电电压下降的情况下，可防止缓冲电容器经由电路中的电阻放电。
最后，最好由分压器内接入的二极管补偿调整部件的正温度系数。
通过以下对示范性实施例的说明并参照附图，不难发现本发明的其它优点及可能的应用。
图1表示根据本发明的第一示范性实施例的电路装置的方框图；
图2表示采用CMOS技术的本发明第二示范性实施例所述的电路装置。
图1中，电压源35向具有四个串联电阻30至33的可编程分压器供给电压。分压器的下端和电源的一端与0伏的参考电位(地)连接。分压器的四个电阻30至33的电阻值进行如下分极：电阻30为2×R0、电阻31为4×R0、电阻32为8×R0。于是，就产生了可编程分压器的精细分级特征。所有情况下，电阻30至32均可分别借助并联的开关20、21和22桥接。所述分压器可由开关20至22进行编程。
在所有情况下，控制装置10分别用控制信号40、41和42接通或断开开关20至22。这样便能够调整分压器在连接点401处的输出电压U。为了避免输出端电流发生变化时输出电压U突然变化，通过电容34相对参考电位(地)对输出电压U进行缓冲。
连接点401经另一开关23连接到一校准装置11，通过接通开关23，校准装置测量分压器在供电端的电压，并将该电压与参考电压进行比较。校准脉冲44接通开关23，并启动控制装置。对分压器进行编程。根据比较结果，校准装置11通过调整信号43调整控制装置10，控制装置转而对分压器进行编程，使连接点401处的电压尽可能接近地对应于参考电压。但是，也有可能执行另一种调整规则，例如，以连接点401处的电压为参考电压一半的方式对分压器进行编程。这要根据校准装置11内设的调整规则加以确定。
图2中，电压源304在供电端402向可编程分压器供给电压。该分压器包括四个串联电阻36至39，一个正偏压二极管与该四个电阻36至39串联，并串联连接第五个电阻301。分压器的下端与0伏的参考电位(地)连接。富集型p沟道MOSFET晶体管24、25和26的负载通路在所有情况下分别与三个晶体管36至38并联。在所有情况下晶体管24至26分别由2位信号48或1位信号49或0位信号400控制。
在所有情况下，2位信号48、1位信号49和0位信号400均为对分压器编程的数字计数器12的数字输出信号。数字计数器12是一种上数/下数计数器。计数方向可由上数信号45和下数信号46设定。就象分压器那样，数字计数器12由电压源304供电。
在校准时，校准装置14通过MOSFET晶体管27获得电流。校准装置14设有由分压器的供电端402通过晶体管27供给电压的电压参考源15。电压参考源15的输出电压向设有三个串联电阻306至308的分压器供电，其下端与参考电位(地)连接。分压器403、404的两个中心点处的电压在所有情况下分别送至比较器309的反相输入端和比较器310的非反相输入端。比较器把供给的电压与整个电路的输出电压U进行比较。于是在比较器309的输出端产生下数信号46，在比较器310的输出端产生上数信号45。
晶体管27和数字计数器12由校准脉冲47启动。为达成此目的，采用使校准脉冲的边缘变陡的倒相器305提供校准脉冲47。
另外，还设有富集型的n沟道MOSFET晶体管28，它由二极管300的p端的电压控制，在输出电压U下降时，使N沟道MOSFET的内阻降低，并因此抵销输出电压的下降。二极管300可部分补偿n沟道MOSFET二极管300的正温度系数。
以下，简要说明该电路的操作过程。校准脉冲使晶体管27接通，结果，向校准装置14供电。根据校准装置14的供电电压，不是比较器309就是310进行切换，于是上数或下数信号45或46也分别切换。数字计数器12相应地上数或下数一位，例如从“000”到“001”，分别将晶体管24至26中的一个切换至导通或截止状态。因此，分压器供电端的电压相应地改变。
在失压并重新供电时，来电复位发生器13将数字计数器12复位至初始状态。

Claims (13)

1.一种用以低功率产生参考电压的电路装置，其特征在于：
设有产生输出电压(U)的可编程电压源(30-33、35、20-22、36-39、300-301、304、24-26)；
所述输出电压(U)在预定时间与参考电压进行比较；
根据比较结果，利用校正装置(11、14)产生至少一个供给控制装置(10、12)的信号(43、45-46)；以及
所述控制装置(10、12)对所述可编程电压源进行编程，使所述输出电压尽可能接近地与所述参考电压对应。
2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于：所述可编程电压源具有由一个电压源(35，304)供电的可编程分压器(30-33、20-22、36-39、300-301、24-26)的结构。
3.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于：所述分压器设有多个串联电阻(30-33、36-39、301)，而且所述分压器的单个电阻(30-32、36-38)在所有情况下均可通过开关(20-22、24-26)桥接。
4.如权利要求3所述的电路装置，其特征在于：对电阻值进行分级，在所有情况下均串联连接的电阻的阻值相差两倍，且各阻值均数倍于一预定阻值。
5.如权利要求3或4所述的电路装置，其特征在于：所述控制装置(10、12)通过闭合或断开单个开关(20-22、24-26)对所述分压器进行编程。
6.如权利要求3至5之一所述的电路装置，其特征在于：所述开关(20-22、24-26)由富集型MSOFET晶体管构成。
7.如权利要求1至6之一所述的电路装置，其特征在于：所述控制装置(10、12)数字地存储对所述分压器的编程。
8.如权利要求7所述的电路装置，其特征在于：所述控制装置(10、12)具有带上数与下数功能的数字计数器的结构。
9.如权利要求8所述的电路装置，其特征在于：所述数字计数器(10、12)由一计数时钟脉冲(44、47)进行计时，该计数脉冲与进行所述输出电压(U)比较的预定时间相对应。
10.如以上权利要求之一所述的电路装置，其特征在于：用于把所述输出电压(U)与所述参考电压相比较的时间，根据所述输出电压(U)的波动或变化预先加以确定。
11.如以上权利要求之一所述的电路装置，其特征在于：所述分压器(36-39、300-301、24-26)之后最好设置由分压器(36-39、300-301、24-26)控制的调整部件(28)，这样在所述输出电压(U)下降时，该调整部件可抵销输出电压的下降。
12.如权利要求11所述的电路装置，其特征在于：所述开关由连接成共源极电路的富集型n沟道MOSFET晶体管(28)构成；或者由连接成射极跟随器电路的npn型双极晶体管构成。
13.如权利要求11或12所述的电路装置，其特征在于：所述调整部件(28)的正温度系数由接入所述分压器(30-33、20-22、36-39、300-301、24-26)的二极管(300)所补偿。
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