一种低功耗兼有欠压锁定功能的高压启动电路的制作方法

本发明属于模拟集成电路技术领域，尤其涉及一种低功耗兼有欠压锁定功能的高压启动电路。

背景技术：

当今集成电路技术中，启动电路和欠压锁定电路都是不可或缺的模块。启动电路是在电源上电时，迅速启动电路，使得电路的启动与上电过程不相关，从而让其工作状态更加稳定。欠压锁定电路更多的是在电源供电不足或是电源发生故障时，即电源电压小于系统所设定的最小工作电源阈值，来关断电路。从而达到保护电池，减小不必要的功耗并且避免误操作。两者均是保证系统稳定的必要条件。

如今，有些集成电路采用两个电路分别实现上述两个功能。有些采用一个电路实现两个功能。但大多数都是功耗和速度之间的折中，尤其是在高电压时功耗很大。如图3是传统的欠压锁定电路，该电路便不适合高压，响应速度一般，同时功耗很大，尤其是在采样端的电压比较高的情况下。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种低功耗的带有欠压锁定功能的高压启动电路。

为了解决上述问题，本发明提供的低功耗兼有欠压锁定功能的高压启动电路，包含：使能/欠压锁定电路、耐高压ptat电流产生电路、次电源电压产生电路。

所述使能/欠压锁定电路包含五个电阻，四个npn，六个耐压pnp，两个pmos，三个耗尽型nmos，一个njfet。电阻3一端连接输入端en，另一端连接njeft漏；

njfet的栅连接地，源连接pmos管27的漏。pmos管27和pmos管28呈二极管连接方式，并且两者的体连接pmos管27的源。pmos管27的漏连接pmos管28的源，pmos管28的漏连接地；

电阻26第一端连接pmos管27的漏，第二端连接npn32基极。npn32发射级连接电阻31第一端，集电极连接耗尽型nmos管34的源。电阻31第二端连接电阻30第一端，电阻30第二端连接地。pnp29发射级连接电阻30第一端，集电极连接地，基极连接npn32基极。npn33基极连接npn32基极，发射级连接电阻30第一端，集电极连接耗尽型nmos管35的源。耗尽型nmos管34，35体都连接各自的源，两者的栅端都连接njfet的源，两者的漏分别连接在节点6b和6a；

pnp36、37、38和39的发射级都连接电源。pnp36，37集电极和pnp36，38的基极都连在节点6b，pnp38，39集电极和pnp37，39的基极都连在节点6a；

pnp40的基极连接节点6b，发射级连接电源，集电极连接电阻21的第一端。电阻21的第二端连接npn22的集电极。npn22呈二极管连接方式，其发射级连接地。npn24基极连接npn22的基极，发射极连接地，集电极连接耗尽型nmos管23的源。耗尽型nmos管23的体连接其源，栅连接njfet的源，漏连接njfet的漏。

所述使能/欠压锁定电路中的电阻21具有正温度系数。

所述使能/欠压锁定电路中的npn22和npn24发射极面积比为5:1。

所述耐高压ptat电流产生电路包含四个耐压pnp，四个电阻，八个npn，四个ldpmos和两个ldnmos。pnp40的基极连接节点6b，发射极连接电源，集电极连接npn41集电极。npn41基极连接电阻56的第一端。

pnp43，44的基极连接节点6a，发射极均连接电源，集电极分别连接ldnmos管45的漏和npn48的集电极。ldnmos管45呈二极管连接方式，其体连接源，源连接npn47的集电极。npn47，48基极连在一起，并连接npn48的集电极，两者发射极分别连接电阻49，50的第一端。电阻49，50的第二端连接地。npn42基极连接npn41的集电极，其发射极连接地，集电极连接npn47的集电极。npn51基极连接npn47的集电极，发射极连接电阻50第一端，集电极连接ldnmos管52的源。ldnmos管52的体连接其源，其漏连接节点9a。ldpmos管53，54，55，58的源都连接电源，53的栅、漏和54，55，58的栅都连接节点9a。ldpmos管54的漏连接电阻50的第一端。

ldpmos管55的漏连接电阻56的第一端。电阻56的第二端连接pnp57。pnp57呈二极管连接方式，其集电极连接地。ldpmos管58的漏连接npn11的集电极。npn11的发射极连接地，基极连接电阻14第一端。电阻14第二端连接npn11的集电极。npn13的集电极连接电阻14第二端，基极连接npn41的集电极，发射极连接地。npn12基极连接电阻14的第二端，发射极连接地，集电极连接电流输出端。

所述次电源电压产生电路包含一个ldpmos，两个耗尽型nmos，一个npn，两个肖特基二极管。ldpmos管15的栅连接节点9a，源连接电源，漏连接耗尽型nmos管16的漏。耗尽型nmos管16呈二极管连接方式，体连接源，源连接肖特基二极管19的方向端。肖特基二极管19的正方向连接地。耗尽型nmos管17的漏连接电源，栅连接耗尽型nmos管16的栅，体连接源，源连接输出电压端。npn18呈二极管连接方式，集电极连接输出电压端，发射极连接肖特基二极管20的方向端。肖特基二极管20的正方向端连接地。

本发明提供的低功耗兼有欠压锁定功能的高压启动电路即实现电源上电启动电路功能，又可以在电源供压不足时锁定电路。本发明提供的电路适合的电压可达高压44v。使能电路采用迟滞使得电路运行更加稳定可靠，自带基准的比较器的负载采用二极管连接方式的双极性晶体管和交叉耦合连接方式的双极性晶体管并联，可以提高比较器的增益，从而改善响应速度。同时电路稳定工作之后，相对于传统模式，功耗更低。

附图说明

图1是本发明低功耗兼有欠压锁定功能的高压启动电路的实现结构示意图；

图2是本发明中使能/欠压锁定电路的电路原理图；

图3是传统的欠压锁定电路的电路原理图；

图4是本发明中耐高压ptat电流产生电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的最佳实施例，并给予详细的描述。

图1所示为本发明的低功耗兼有欠压锁定功能的高压启动电路，包含：使能/欠压锁定电路、耐高压ptat电流产生电路、次电源电压产生电路。

采样电压从en端口输入。采样电压可以是电阻对电源电压分压或是其他方式。当其达到使能阈值时，使能/欠压锁定电路1通过节点6a给ptat电流产生电路提供偏置电流。当欠压锁定时，通过欠压锁定逻辑输出电路8，锁定ptat电路，并使得后续电路不再工作。次电源电压产生电路为后续电路提供电源电压，主要是为了解决后续某些电路不耐高压的问题。

电路1通过电阻3和电流源2产生一个产生迟滞电压vh＝i0·r1'。该滞回电压的作用是防止电路中的噪声产生的误操作。

输入电压转换电路的功能是采样en端输入电压，并将其传输到自带基准比较器中。当输入en端的电压比较低时，该电路相当于导线，把en端的电压原封不动的传输到自带基准比较器输入端。当en端电压比较大时，该电路的输入阻抗将变大，并且输出电压将会锁定。从而使得电路功耗不会随采样端en的变大而变大。

具体实现如图2中的电路4,一个njfet连接输入端和输出端。njfet栅接地。当en端采样电压很低时，njfet的沟道阻抗很小，同时en端的输入电流很小，所以在njfet上消耗的压降很低，即3a节点电压等于4a节点电压。当en端电压很大时，njfet的沟道阻抗变得很大，从而限制en端的输入电流，同时二极管连接方式的pmos管27和28嵌住4a上的电压，从而限制了自带基准比较器的输入电压，使得电路的电流保持很小。

自带基准比较器就是利用电路翻转时发生在晶体管32和33的集电极电流相等的特性。在输入端形成一个基准电压，即翻转电压为基准电压。该翻转电压为：

电阻26防止基极端出现大电流。晶体管29是防止集体管32的基极电压过大。两个耗尽型nmos管是对晶体管32和33的集电极进行嵌位，在高压时保护电路。

有源负载采用二极管连接方式的双极性晶体管和交叉耦合连接方式的双极性晶体管并联。二极管连接的晶体管的阻抗为2/gm，交叉耦合的晶体管的阻抗为-2/gm，所以两者并联的阻抗相当于无穷大，从而使的比较器在其翻转点处的增益很大，并且使得其翻转速度大大提高。

在翻转点的产生的电流即是ptat电流。该电流通过电流镜36,40和22,24传输到采样端口，从而产生迟滞作用。因为ptat电流是正温度系数的，这里采用一个正温度系数的电阻来抵消ptat电流的正温度效应。具体实施如图2的电路2。这里i0电流的表达式：

其中，iin是ptat电流，其值为所以

所以该电流的温度系数为：

tcrr0是r0的温度系数。所以只要适当括号的系数为零，则该电流的温度系数为零。

耗尽型nmos管是对晶体管24的集电极进行嵌位，防止en端电压过高击穿晶体管24集电极。

该使能/欠压锁定电路相对于图2的传统的电路，适用电压范围扩大到高压，同时电路启动速度大大提高，电路功耗减小。

图4是ptat电流产生电路的具体实施电路图。当电路开始使能时，电路通过晶体管43，44产生偏置电路，并使得ptat电路开始工作。ptat电流在晶体管53,54所在支路产生。

电路使能之后晶体管55镜像ptat电流，并流过电阻56和晶体管57从而产生一个电压对晶体管41的基极进行偏置。同时晶体管40中无电流，使得节点8a下拉到地电位，晶体管42和43均关闭。当使能发生前或是欠压锁定发生时，因为ptat电路不工作，所以无电流流过电阻56和晶体管57，使得晶体管41的基极电位为低电位，即晶体管41无电流。但晶体管40导通，从而使得节点8a被上拉到一个高电位，晶体管42和13导通，并使其集电极电位拉到地电位，即锁定电路。保证电路在锁定状态下无电流产生。

ptat电路9中晶体管51为了嵌位住晶体管47集电极电位。ldnmos管45和52为了嵌住晶体管51集电极电位。上述的三个器件均是为了保证电路能够在高压下正常工作。

最终的电流通过电流镜11和12输出。采用npn管输出电流目的能够很好兼容后续电路。同时电阻14是为了消除晶体管基极电流带来的误差。

图1中的电路14是次电源电压产生电路。该电压可以给一些电流需求小的模块供电。当电路未启动前，ldpmos管15未开启，vin_reg的值是未开启的耗尽型nmos管17的源漏电阻和vin_reg下方电路的阻抗对电源电压进行分压。

耗尽型nmos管17相对于下方电路阻抗很小，所以在启动前，如果电源电压较小，vin_reg近似等于电源电压，当电源电压较大时，由于二极管稳压作用和二极管连接方式的晶体管的嵌位作用，vin_reg即为二极管的反向稳定电压加上一个基极发射级电压。当启动之后，vin_reg恒为二极管的反向稳定电压加上一个基极发射级电压。因为稳压二极管的稳定电压的温度系数为正，为了使其温度系数更优，在此基础上串联一个二极管连接方式的双极性晶体管。用vbe的负温度系数来稍微改善vin_reg的温度系数

以上所述，仅仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做出任何形式上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。