一种电流基准电路和电源系统的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电流基准电路和电源系统。


背景技术：

2.在存储器的电源系统中，目前大部分技术都是针对的电流基准的功耗、精度优化，进行改进。如图1所示的为现有技术中的一种电流基准电路，从设计上来说，整个电流基准的功能都是正常的。该电路主体为对称性的ota(operational transconductanceamplifier，跨导放大器)，采用了共源共栅结构来提高增益。跟随vref端的运算放大器反向输入端将电压加载到r2上，获得支路电流。之后，通过电流镜，获得最终所需的各ibias_vpw支路电流。但是该电流基准电路的电流基准建立时间需要2～3us，达到微秒级，不能满足高速存储产品的状态切换速度要求。另外，米勒补偿电容c0达到1.4pf，占据了电流基准电路面积的一半以上。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种电流基准电路和电源系统，使电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度。
4.第一方面，本发明提供了一种电流基准电路，该电流基准电路包括至少两级放大器、以及补偿单元。其中，至少两级放大器包括第一级放大器和第二级放大器。补偿单元的输入端与第一级放大器的输出端连接，补偿单元的输出端和第二级放大器的输入端连接。且第一级放大器、第二级放大器及补偿单元中，在建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设有补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间。
5.在上述的方案中，通过在两级放大器及补偿单元中，建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间，使改进后的电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，能够达到小于500ns的建立速度，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度，满足高速存储产品的状态切换速度要求。且通过较少的修改即可，能够减少一半的面积，达到减小芯片面积的目的。且还能够使改进后的电流基准稳定性、psrr(电源纹波抑制比)等特性维持不变。
6.在一个具体的实施方式中，在节点处的直流工作点的电位和地电位之间的差值，小于节点处的直流工作点的电位和电源电位的差值时，补偿电路包括到地通路、以及设置在到地通路上的开关选通管，让该节点处的初始状态更接近地电位，减少该节点处的直流工作点建立时间。
7.在一个具体的实施方式中，补偿电路还包括：控制电源电位和地电位断路的开关选通管。以便于在电流基准电路不工作时，将该节点处的电位拉至
‘0’
电位，同时最大限度的降低功耗。
8.在一个具体的实施方式中，在节点处的直流工作点的电位和地电位之间的差值，
大于节点处的直流工作点的电位和电源电位的差值时，补偿电路包括到电源通路、以及设置在到电源通路上的开关选通管，让该节点处的初始状态更接近电源电位，减少该节点处的直流工作点建立时间。
9.在一个具体的实施方式中，上述开关选通管为nmos管、pmos管或传输门。
10.在一个具体的实施方式中，补偿电路包括第一阻性单元和第二阻性单元。其中，第一阻性单元连接在节点和电源电位之间，第二阻性单元连接在节点和地电位之间。以通过改变该节点处的初始状态来缩短该节点处的直流工作点建立时间。
11.在一个具体的实施方式中，第一阻性单元和第二阻性单元中的每个阻性单元为nmos管、pmos管或电阻。
12.在一个具体的实施方式中，节点为补偿单元的输入端节点或输出端节点，或者节点为第一级放大器的输出端节点，或者节点为第二级放大器的输入端节点。以便于缩短补偿单元、第一级放大器及第二级放大器的输入端节点/输出端节点的直流工作点建立时间。
13.在一个具体的实施方式中，补偿单元包括米勒补偿电容和电阻。其中，第一级放大器的输出端和电阻连接，电阻和米勒补偿电容串联，第二级放大器的输入端和米勒补偿电容连接。将米勒补偿电容改为串联一个电阻的高级补偿，此时由于影响稳定性的右半平面零点够远，可以减少米勒补偿电容的补偿容值，电流基准电路依然稳定。
14.第二方面，本发明还提供了一种电源系统，该电源系统包括上述任意一种电流基准电路。通过在两级放大器及补偿单元中，建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间，使改进后的电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，能够达到小于500ns的建立速度，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度，满足高速存储产品的状态切换速度要求。且通过较少的修改即可，能够减少一半的面积，达到减小芯片面积的目的。且还能够使改进后的电流基准稳定性、psrr等特性维持不变。
附图说明
15.图1为现有技术中的一种电流基准电路的结构示意图；
16.图2为本发明实施例提供的一种电流基准电路的结构示意框图；
17.图3为本发明实施例提供的三种补偿电路的结构示意图；
18.图4为本发明实施例提供的一种电流基准电路的结构示意图；
19.图5为本发明实施例提供的一种电源系统的结构示意图。
20.附图标记：
21.11-第一级放大器12-第二级放大器
22.20-补偿单元31-第一阻性单元32-第二阻性单元
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.为了方便理解本发明实施例提供的电流基准电路，下面首先说明一下本发明实施例提供的电流基准电路的应用场景，该电流基准电路应用于电源系统中，用于为电源系统中的电压产生单元提供基准电流源。下面结合附图对该电流基准电路进行详细的叙述。
25.参考图2，本发明实施例提供的电流基准电路包括至少两级放大器、以及补偿单元20。其中，至少两级放大器包括第一级放大器11和第二级放大器12。补偿单元20的输入端与第一级放大器11的输出端连接，补偿单元20的输出端和第二级放大器12的输入端连接。且第一级放大器11、第二级放大器12及补偿单元20中，在建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设有补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间。
26.在上述的方案中，通过在两级放大器及补偿单元20中，建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间，使改进后的电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，能够达到小于500ns的建立速度，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度，满足高速存储产品的状态切换速度要求。且通过较少的修改即可，能够减少一半的面积，达到减小芯片面积的目的。且还能够使改进后的电流基准稳定性、psrr等特性维持不变。下面结合附图对上述各个结构进行详细的介绍。
27.该电流基准电路包括至少两级放大器。在设置时，其中的第一级放大器11可以为运算放大器，具体的，该运算放大器可以为误差运算放大器。第二级放大器12可以为单级放大器，该单级放大器可以采用共源极结构、共栅极结构、源极跟随器、共源共栅极等结构形式。第二级放大器12优选采用共源极结构的单级放大器，以提高增益。第一级放大器11的av(开环电压增益，通常为avol，有时简称av)决定了电流基准的精度。第二级放大器12和第一级放大器11之间会增加补偿单元20，来提高电流基准电路的稳定性。在设置补偿单元20时，该补偿单元20可以采用米勒补偿单元20，或者并联一个电阻r实现，将米勒补偿引入的右半平面零点频率推到带宽之外，增强电流基准电路的稳定性。参考图2，该补偿单元20还可以包括米勒补偿电容和电阻。其中，第一级放大器11的输出端和电阻连接，电阻和米勒补偿电容串联，第二级放大器12的输入端和米勒补偿电容连接。将米勒补偿电容改为串联一个电阻的高级补偿，此时由于影响稳定性的右半平面零点够远，可以减少米勒补偿电容的补偿容值，电流基准电路依然稳定。如图4所示出的电流基准电路，通过在米勒补偿电容c0和第一级放大器11的输出端之间串联一个电阻r(m78)的高级补偿，此时由于影响稳定性的右半平面零点够远。在应用时，可以降低米勒补偿电容c0的容值，电流基准电路的稳定性依然不会被削弱。
28.在设置补偿电路时，首先需要判断如图2所示出的电流基准电路中的那个节点的建立直流工作点时间大于设定阈值，找出需要增设补偿电路的节点。之后在该节点处增设补偿电路，以缩短该节点处的直流工作点建立时间，使改进后的电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度，满足高速存储产品的状态切换速度要求。在确定设定阈值大小时，该设定阈值的大小与状态切换速度要求、以及内部的电学器件以及电路结构有关。该节点可以为补偿单元20的输入端节点或输出端节点；还可以为第一级放大器11的输出端节点。该节点还可以为第二级放大器12的输入端节点。以便于缩短补偿单元20、第一级放大器11及第二级放大器12的输入端节点/输出端节点的直流工作点建立时间。当然，该节点还可以为第
一级放大器11或第二级放大器12电路中的节点。
29.在具体增设补偿电路时，可以判断该节点处的直流工作点的电位更接近地电位，还是更接近电源电位。如果在节点处的直流工作点的电位和地电位之间的差值，小于节点处的直流工作点的电位和电源电位的差值，即此时该节点处的直流工作点的电位更接近地电位。参考图3的c所示出的补偿方式，此时的补偿电路可以包括到地通路、以及设置在到地通路上的开关选通管，即在该节点处增加到地通路，让该节点处的初始状态更接近地电位，减少该节点处的直流工作点建立时间。例如，在该节点为补偿单元20的输出端节点时，当补偿单元20的输入/输出端直流工作点更接近地电位时，那么就可以在补偿单元20的输出端节点处增加到地通路(如图3的c所示)，让补偿单元20的输出端初始状态更接近地电位，减少补偿单元20输出端直流工作点建立时间。此时的补偿电路还可以包括：控制电源电位和地电位断路的开关选通管。以便于在电流基准电路不工作时，将该节点处的电位拉至
‘0’
电位，同时最大限度的降低功耗。在设置上述开关选通管时，该开关选通管可以为nmos管、pmos管或传输门。应当理解的是，开关选通管并不限于上述示出的结构，除此之外，还可以采用其他具有开关选通功能的开关器件。
30.具体设置时，参考图4所示出的一种电流基准电路，在第一级放大器11和第二级放大器12之间增加了到地通路，具体参考图4中的m73开关选通管，减小了从初始状态到直流工作点建立稳定后，米勒补偿电容c0上电荷的变化量。在电流基准电路不工作时，将该节点(补偿单元20的输出端节点处)电位拉至
‘0’
电位。同时增加了m75、m76两个开关选通管，在电流基准电路不工作时，通过控制m75、m76两个开关选通管，防止电源电位和地电位导通，最大限度降低功耗。即通过改变米勒补偿电容c0与第二级放大器12相连的节点(c0与电阻r4相连的节点)的初始值，原先节点初始值为vdd，现在通过m75、m76和m73这三个开关选通管，将此节点的初始电位拉至
‘0’
电位。
31.如果在节点处的直流工作点的电位和地电位之间的差值，大于节点处的直流工作点的电位和电源电位的差值，即此时该节点处的直流工作点的电位更接近电源电位。参考图3中的a所示出的补偿方式，补偿电路可以包括到电源通路、以及设置在到电源通路上的开关选通管，即在该节点处增加到电源通路，让该节点处的初始状态更接近电源电位，减少该节点处的直流工作点建立时间。在设置上述开关选通管时，该开关选通管可以为nmos管、pmos管或传输门。应当理解的是，开关选通管并不限于上述示出的结构，除此之外，还可以采用其他具有开关选通功能的开关器件。例如，在该节点为补偿单元20的输出端节点时，当补偿单元20的输入/输出端直流工作点更接近电源电位时，那么就可以在补偿单元20的输出端节点处增加到到电源通路(如图3的a所示)，让补偿单元20的输出端初始状态更接近电源电位，减少补偿单元20输出端直流工作点建立时间。
32.另外，需要注意的是，除了上述示出的集中补偿方式之外，还可以采用其他的补偿方式。例如，还可以通过改变节点处的初始状态来缩短直流工作点的建立时间。参考图3的b所示，该补偿电路可以包括第一阻性单元31和第二阻性单元32。其中，第一阻性单元31连接在节点和电源电位之间，第二阻性单元32连接在节点和地电位之间。以通过改变该节点处的初始状态来缩短该节点处的直流工作点建立时间。在设置第一阻性单元31及第二阻性单元32时，第一阻性单元31和第二阻性单元32中的每个阻性单元可以为nmos管、pmos管或电阻。应当理解的是，阻性单元并不限于上述示出的结构，除此之外，还可以采用其他具有阻
性特性的阻性负载。例如，在采用该方式对第一级放大器11或第二级放大器12增加相应的节点补偿时，当电流基准电路的最慢直流工作点建立时间的节点出现在第一级放大器11的输出端时，除了前述示出的减小补偿的容性负载外，还可以通过改变第一级放大器11输出端节点的初始状态来缩短直流工作点的建立时间。具体的，参考图3中的b所示，通过在第一级放大器11的输出端节点处和电源电位之间增加第一阻性单元31，在第一级放大器11的输出端节点处和地电位之间增加第二阻性单元32，以改变第一级放大器11输出端节点处的初始状态，缩短此节点处的直流工作点建立时间。
33.通过在两级放大器及补偿单元20中，建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间，使改进后的电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，能够达到小于500ns的建立速度，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度，满足高速存储产品的状态切换速度要求。且通过较少的修改即可，能够减少一半的面积，达到减小芯片面积的目的。且还能够使改进后的电流基准稳定性、psrr等特性维持不变。
34.另外，本发明实施例还提供了一种电源系统，该电源系统包括上述任意一种电流基准电路。如图5所示出的一种电源系统，该电源系统应用在存储系统中。其中的iref_ana_1s单元即本技术提供的改进后的电流基准电路，该单元为osc_ana_1s、cp_ana_1s、vclamp_ana_1s、vpw_ana_1s、vpr_ana_1s、vwb_ana_1s等单元都提供的基准电流源。其中的osc_ana_1s、cp_ana_1s、vpw_ana_1s、vwb_ana_1s单元为存储芯片的写电压产生单元；其中的vclamp_ana_1s、vpr_ana_1s单元为存储芯片的读电压产生单元。在进行空闲和读/写、或者睡眠和读/写状态切换时，切换时间受到相关电压产生单元建立稳定时间的限制。而电压产生单元的建立稳定时间与电流基准的建立稳定时间强相关。具体的，状态切换时间为电流基准建立时间和电压产生单元直流建立时间之和。若采用如图1示出的现有技术中的电流基准电路，由于电流基准的建立时间在微秒级，此时，电流基准建立时间就占了状态切换时间的一半，可以看出电流基准建立时间占用的状态切换时间较长。
35.而本技术中示出的电源系统中的电流基准电路，通过在两级放大器及补偿单元中，建立直流工作点时间大于设定阈值的节点处增设补偿电路，以缩短该节点处直流工作点建立时间，使改进后的电流基准电路建立直流工作点的速度明显加快，能够达到小于500ns的建立速度，提高存储芯片空闲状态到读/写状态的切换速度、以及唤醒后进行读/写的切换速度，满足高速存储产品的状态切换速度要求。且通过较少的修改即可，能够减少一半的面积，达到减小芯片面积的目的。且还能够使改进后的电流基准稳定性、psrr等特性维持不变。
36.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。