一种有源钳位电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种有源钳位电路，属于集成电路设计领域。针对现有技术中钳位电路功耗较大、性能不稳定，且响应时间长，工作存在延迟等问题。本实用新型专利技术提供一种有源钳位电路，包括：输入级，由两个基准电压源组成，用于为运算放大器提供基准电压；运算放大器，用于响应输入级传来的基准电压；输出级，用于调整运算放大器的输出电压并输出钳位电压。通过对传统方案中的齐纳二极管进行替换，从而实现快速响应的钳位功能，并且在不工作时功耗较低；通过开环的有源钳位电路对不同电压的响应，输出稳定的钳位电压，保证后续电路的正常工作。它还可以减小系统的振荡，降低系统的功耗，提高了芯片工作时的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种有源钳位电路
本技术涉及集成电路设计领域，更具体地说，涉及一种有源钳位电路。
技术介绍
随着智能化时代的设备终端的普及，越来越多功能的集成电路单元被设计及使用。在所有的集成电路单元中，都需要电源来驱动芯片工作，就需要提供稳定的电压供系统使用，以保证电压不超过系统耐压，保护系统正常工作。在实际芯片的使用中，芯片的耐压值一般都在几伏，如果输入电压过大就不可以直接作用在电路上，通过降压将电压值降低到安全电压后再给驱动模块控制芯片工作。为了防止输入电源的电压超过芯片耐压，许多驱动芯片之前都加上控制模块将输入电压降低，连接钳位电位控制电压不超过预设值，保证芯片的正常工作。传统的方法通过二极管钳位电路对电压进行钳位，保证电压值为电路中齐纳二极管的反向导通电压，确保后续驱动模块不会超过耐压，但这种方法在其不工作时也产生大量功耗，会导致芯片功耗提高。利用齐纳二极管的反向特性进行电压钳位需要达到一定的电压值才会反向击穿，保证后续电压的稳定，但在实际运用中，若反向时间过长，可能因电压过大导致后续电路在钳位电压产生前就已经损坏。因此，如何实现电源电压的快速钳位，并在钳位后保持稳定的电压，确保芯片系统不被破坏，同时降低钳位的功耗是本领域的重要研究课题。经检索，得到一篇较为接近的中国专利技术专利申请，专利技术名称：带隙基准源的钳位电路，公开号CN103853223A，公开日2014年06月11日，公开了一种带隙基准源的钳位电路，是在带隙基准源的电源电压与外部电源电压之间串接一钳位电路，所述钳位电路可有效抑制电源电压的瞬间跳变，为带隙基准源提供相对稳定的电源电压，使其输出稳定的基准电压，从而抑制电源电压瞬间跳变对基准电压的影响。但是，该技术方案电路结构复杂，采用MOS管数量较多，不能有效地控制功耗，而且系统的响应时间和振荡也得不到有效控制。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中钳位电路输入电压较高的问题，传统的二极管钳位电路功耗较大且性能不稳定，调节电压受二极管性能影响较大，且响应时间长，工作存在延迟，对芯片系统可能导致损伤。本技术提供了一种有源钳位电路，通过对传统方案中的齐纳二极管进行替换，从而实现较快响应的钳位功能，并且在不工作时功耗较低。通过开环的有源钳位电路，对高电压快速响应，从而输出稳定的低电压，保证后续电路的正常工作。它可以实现对输入电压较快的钳位，且因开环控制减小系统的振荡，降低了系统功耗，提高了芯片的稳定性。2.技术方案本技术的目的通过以下技术方案实现。一种有源钳位电路，包括：输入级，由两个基准电压源组成，用于为运算放大器提供基准电压；运算放大器，用于响应输入级传来的基准电压；输出级，用于调整运算放大器的输出电压并输出钳位电压。进一步地，所述输入级包括第一基准电压源，用于实现钳位电路的快速响应；第二基准电压源，用于实现钳位电路的慢速响应；其中第一基准电压源大于第二基准电压源。第一基准电压源VBE的电压响应快但精度低，为了实现钳位系统的快速响应，在系统开始工作时较短时间内进行响应，保证电压进行钳位；第二基准电压源VREF的电压响应慢但精度高，在钳位系统开始工作后，为了保证后续钳位的稳定。进一步地，所述两个基准电压源分别连接运算放大器的两个反向输入端。进一步地，所述输出级包括：由第一晶体管和若干电阻组成，用于产生反馈电压并将其输入至运算放大器的正向输入端；隔离回路，由第二晶体管和若干电阻组成，用于接收运算放大器的输出电压并产生中间电压；输出回路，由第三晶体管和若干电阻组成，用于接收隔离回路的中间电压并产生钳位电压。进一步地，所述反馈回路包括第一PMOS管、电阻R1和电阻R2，第一PMOS管的栅极连接运算放大器的输出端，漏极连接电压VDD，源极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器的正向输入端和电阻R2。通过控制PMOS管导通和关断控制运算放大器工作，这样保证了在不工作时系统能保证较低的功耗，从而降低了系统的功耗。电路中的电阻R1和R2用于对运算放大器的输出电压进行调整，从而得到接近钳位值的电压V0。进一步地，所述隔离回路包括第二PMOS管、电阻R3和电阻R4，第二PMOS管的栅极连接第一PMOS管的栅极，漏极连接电压VDD，源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4。得到电压V1与上述电压V0相同。此电路结构可以将运算放大器的反馈回路与后续输出回路相互隔离，避免了电路振荡导致的输出电压不稳。进一步地，所述输出回路包括第三PMOS管、电阻Rz，第三PMOS管的栅极连接第二PMOS管的源极，漏极连接电压VDD，源极连接电阻Rz。其中PMOS管的导通压降VTH虽然受到温度和工艺的影响，但由于V1相比VTH较大，可以忽略由于外界带来的影响。PMOS管另一端与限流电阻RZ相连，确保系统不会出现过流导致的芯片损坏。进一步地，所述反馈回路包括第一PNP管、电阻R1和电阻R2，第一PNP管的基极连接运算放大器的输出端，集电极连接电压VDD，发射极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器的正向输入端和电阻R2。进一步地，所述隔离回路包括第二PNP管、电阻R3和电阻R4，第二PNP管的基极连接第一PNP管的栅极，集电极连接电压VDD，发射极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4。进一步地，输出回路包括第三PNP管、电阻Rz，第三PNP管的基极连接第二PNP管的发射极，集电极连接电压VDD，发射极连接电阻Rz。3.有益效果相比于现有技术，本技术的优点在于：本技术提出了一种全新的有源钳位电路的电路结构，通过设置两个基准电压来保证钳位电路的快速响应，以及钳位工作后的稳定输出；并通过设置MOS对反馈回路进行隔离，使系统开环控制减小振荡；最后能够较快且稳定的实现高电压的钳位效果，并输出稳定的低电压值，同时通过限流电阻控制电流防止器件损坏，保护芯片的稳定工作。附图说明图1为本技术的电路原理图；图2为本技术的工作特性示意图；图3为本技术的另一种电路原理图。图中标号说明：101.第一基准电压源、102.第二基准电压源、103.运算放大器、104.第一PMOS管、105.第二PMOS管、106.第三PMOS管、204.第一PNP管、205.第二PNP管、206.第三PNP管。具体实施方式下面结合说明书附图和具体的实施例，对本技术作详细描述。本技术公开的有源钳位电路具有两个通路，分别是由VBE组成的快速响应通路以及VREF组成的慢速响应通路，从而实现对输出电压的钳位，保证系统稳定性。相比传统齐纳二极管结构，能够更快更稳定的得到钳位电压，同时也避免非工作状态造成的功耗问题。实施例1如图1所示，本技术的一种有源钳位电路，包括快速通路基准电压源101、慢速通路基准电压源102、运算放大器103和三个PMOS管104、105、106，以及需要的分压电阻R1-R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源钳位电路，其特征在于，包括：/n输入级，由两个基准电压源组成，用于为运算放大器提供基准电压；/n运算放大器，用于响应输入级传来的基准电压；/n输出级，用于调整运算放大器的输出电压并输出钳位电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种有源钳位电路，其特征在于，包括：
输入级，由两个基准电压源组成，用于为运算放大器提供基准电压；
运算放大器，用于响应输入级传来的基准电压；
输出级，用于调整运算放大器的输出电压并输出钳位电压。


2.根据权利要求1所述的一种有源钳位电路，其特征在于，所述输入级包括第一基准电压源，用于实现钳位电路的快速响应；第二基准电压源，用于实现钳位电路的慢速响应；其中第一基准电压源大于第二基准电压源。


3.根据权利要求2所述的一种有源钳位电路，其特征在于，所述两个基准电压源分别连接运算放大器的两个反向输入端。


4.根据权利要求1所述的一种有源钳位电路，其特征在于，所述输出级包括：
反馈回路，由第一晶体管和若干电阻组成，用于产生反馈电压并将其传输至运算放大器的正向输入端；
隔离回路，由第二晶体管和若干电阻组成，用于接收运算放大器的输出电压并产生中间电压；
输出回路，由第三晶体管和若干电阻组成，用于接收隔离回路的中间电压并产生钳位电压。


5.根据权利要求4所述的一种有源钳位电路，其特征在于，所述反馈回路包括第一PMOS管、电阻R1和电阻R2，第一PMOS管的栅极连接运算放大器的输出端，漏极连接电压VDD，源极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接运算放大器的正向...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋霄，张若平，高润芃，蒋召宇，何书专，施云飞，
申请(专利权)人：南京浣轩半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32