本发明涉及集成电路领域， 尤其涉及一种片内基准电压生成电路、 生成方法及芯片。 发明背景

芯片在上电时通常需要有一个精准的基准电压 作为参考。 如果实际 基准电压偏离设计基准值， 即基准电压不够精准， 就可能会影响芯片的 功能， 如果实际基准电压的偏离超过一定范围， 甚至会导致芯片完全失 效或损坏。 发明内容

本发明实施例提供一种片内基准电压生成电路 、 生成方法及芯片， 能够在较大的外部电源电压范围内生成高精度 的片内基准电压， 并且大 大降低芯片的功耗。

本发明实施例提供了一种片内基准电压生成电 路， 所述电路包括： 钳位单元、 初始参数单元、 供电电源产生单元、 校准单元、 选择单元、 控制单元， 及基准电压生成单元， 其中，

所述钳位单元， 用于对电源电压进行钳位；

所述初始参数单元， 用于保存预设的初始参数， 在钳位后的电压下 工作并输出所述预设的初始参数；

所述供电电源产生单元，用于稳定输入的电源 电压，输出稳压电源； 所述校准单元， 用于以所述稳压电源为工作电压， 生成并输出校准 参数；

所述选择单元， 用于接收所述预设的初始参数及所述校准参数 ， 并 选择其中一个输出；

所述控制单元， 用于经过预设时长后发出控制信号控制所述选 择单 元选择所述校准参数；

所述基准电压生成单元， 用于根据所述预设的初始参数生成第一基 准电压， 根据所述校准参数生成第二基准电压， 其中， 所述第一基准电 压作为所述供电电源产生单元的参考电压。

本发明实施例提供的片内基准电压生成电路还 可以包括一个锁存单 元， 用于经过预设时长后将所述校准单元输出的校 准参数锁存并输出到 所述选择单元。

本发明实施例还提供一种芯片， 所述芯片包含上述的片内基准电压 生成电路。 本发明实施例还提供一种片内基准电压生成方 法， 所述方法包括下 述步骤：

钳位单元将电源电压钳位到预设的电压值；

初始参数单元在预设的电压值下输出预设的初 始参数；

基准电压生成单元根据所述预设的初始参数生 成第一基准电压； 供电电源产生单元以所述第一基准电压作为参 考电压对电源进行 稳压， 输出稳压电源；

校准单元将所述稳压电源作为校准工作电压， 生成并输出校准参 数；

控制单元经过预设时长控制选择单元选择所述 校准参数并输出； 基准电压生成单元根据所述校准参数生成第二 基准电压。

本发明实施例提供的片内基准电压生成方法还 可包括：

锁存单元经过预设时长后将所述校准单元输出 的校准参数进行锁 存并输出到所述选择单元；

所述控制单元控制所述选择单元选择所述锁存 的校准参数并输出； 停止所述预设的初始参数的输出、 所述稳压电源的输出以及所述校 准参数的生成。

本发明实施例提供的片内基准电压生成电路通 过一个对工作电压 要求极低的初始参数单元来预设一组初始参数 以生成一个第一基准电 压， 使得基准电压生成电路可以工作的输入电源电 压范围大幅扩大， 并 且通过控制单元以及锁存单元适时锁存数据然 后关闭其它单元， 从而大 大降低该电路的功耗； 本发明实施例提供的片内基准电压生成方法利 用 第一基准电压对电源电压进行稳压以后再用于 校准单元的工作， 确保了 校准单元的稳定工作以及生成精准的校准参数 ， 最终得到高精度的第二 基准电压。 附图简要说明

图 1为一种片内基准电压生成电路的结构图；

图 2为本发明实施例提供的片内基准电压生成电� �的结构图； 图 3为本发明实施例提供的片内基准电压生成电� �的初始参数单元 的电路结构图；

图 4为本发明实施例提供的片内基准电压生成电� �的供电电源产生 单元的电路结构图；

图 5 为本发明实施例提供的另一种片内基准电压生 成电路的结构 图； 图 6为本发明实施例提供的片内基准电压生成方� �的流程图； 图 7为本发明实施例提供的片内基准电压生成方� �中降低芯片功耗 的方法的流程图；

图 8为本发明实施例提供的片内基准电压生成方� �的流程图。 实施本发明的方式

为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附 图及实施例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的 具体实施例仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。

图 1示出了一种片内基准电压生成电路。 其中， 钳位电路 11将外 部电源电压钳位并将钳位后的电压作为基准电 压电路 12 的初始工作电 压； 在所述基准电压电路 12开始工作后， 将稳压电路 13的输出电压作 为基准电压电路 12的工作电压。

其中， 基准电压电路 12 内部通常包含两个模块， 一个是 EFUSE ( electrical poly-fuse )模块， 其作为基准电压生成的校准单元， 一个是 带隙基准 bandgap模块。 EFUSE模块的输出数据能保证带隙基准模块输 出精度极高的电压。 EFUSE模块的工作电压一般为 2.5伏， 偏差要求在 +/-10%以内，所以要求直接加在 EFUSE模块上的外部电源必须在 2.5伏 左右。 其中， EFUSE的诞生源于几年前 IBM工程师的一个发现： 与更 旧的激光熔断技术相比， 电子迁移（ EM , Electron Migration )特性可以 用来生成小得多的熔丝结构。采用 I/O电路的片上电压（通常为 2.5伏）， 一个持续 200微秒的 10毫安直流脉沖就足以编程单根熔丝。 外部电源 通常为单节干电池（ 1.0伏 -1.5伏） 、 双节干电池（2.0伏 -3.0伏） 、 锂 电池（ 3.0伏 -4.2伏）或者 USB电源 （ 5伏） 。

由于钳位电路只能降压， 所以上述片内基准电压生成电路只能用于 外部电源为锂电池或者 USB电源的情况，即外部电源电压高于基准电压 生成电路的工作电压的情况， 而不能在外部电源电压低于基准电压生成 电路工作电压的情况下生成基准电压。

本发明实施例提供了一种片内基准电压生成电 路。 下面结合附图并 举实施例对该基准电压生成电路进行详细说明 。

图 2为本发明实施例提供的片内基准电压生成电� �的结构图， 为了 便于说明， 图 2仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明一实施例提供的片内基准电压生成 电路， 其可应用于任 何类型、 任何功能的芯片中。 本发明实施例提供的该片内基准电压生成 电路包括钳位单元 20、 初始参数单元 21、 供电电源产生单元 25、 校准 单元 26、 选择单元 22、 控制单元 23以及基准电压生成单元 24, 其中， 所述钳位单元 20, 用于对电源电压进行钳位； 其中， 该钳位单元 20可以是钳位电路；

所述初始参数单元 21 , 用于保存预设的初始参数， 在钳位后的电压 下工作并输出所述预设的初始参数；

所述供电电源产生单元 25 , 用于稳定电源电压， 输出稳压电源； 所述校准单元 26, 用于以所述供电电源产生单元 25输出的稳压电 源为工作电压， 生成并输出校准参数；

所述选择单元 22, 用于接收所述初始参数单元 21输出的初始参数 及所述校准单元 26输出的校准参数， 并选择其中一个输出；

所述控制单元 23 ,用于经过预设时长后发出控制信号控制所述� �择 单元 22选择所述校准单元 26输出的校准参数；

所述基准电压生成单元 24, 用于根据所述初始参数单元 21输出的 初始参数生成用于稳定电源电压的第一基准电 压， 也即初始参考电压， 根据所述校准单元 26输出的校准参数生成第二基准电压， 也即最终基 准电压。 下面结合实施例具体说明图 2所示的片内基准电压生成电路的 各个单元的工作原理。

钳位单元 20的输入端连接到电源输出端， 该钳位单元 20用于将电 源电压钳位到预设的电压值， 比如 0.7伏，然后输出给初始参数单元 21。

初始参数单元 21的供电端与钳位单元 20的输出端连接， 该初始参 数单元 21用于保存预设的初始参数。 初始参数单元 21是数字电路， 只 要极低的电压就可以工作， 比如对电源电压钳位得到的 0.7伏， 所以无 论外部电源为单节干电池（ 1.0伏 -1.5伏）、双节干电池（ 2.0伏 -3.0伏）、 锂电池（3.0伏 -4.2伏）或者 USB电源 （5伏） ， 都可以在钳位以后降 低到 0.7伏以使初始参数单元 21工作； 初始参数单元 21开始工作时输 出一组预设的初始参数， 如 8bit二进制数据 11110000B。 本发明实施例 提供的初始参数单元 21的数字电路结构如图 3所示。 当电阻 R连接到 地（VSS ) 时， 则默认的输出数据为 1; 当电阻 R连接到钳位后的电压 VDD_TP时， 默认的输出数据为 0。 那么 8bit二进制数据 11110000B对 应的低 4bit电路中的 R接到 VDD_TP, 高 4bit电路中的 R接到 VSS。 初始参数也可以由 3位寄存器 bit位组成， 这 3位寄存器 bit位的组合值 分别对应 000=0, 001=1,010=2, 011=3, ··· , 111=7,初始参数可以随时自主 设定。

选择单元 22的第一输入端与初始参数单元 21的输出端连接， 该选 择单元 22的第二输入端与校准单元 26的输出端连接。 该选择单元 22 用于对输入数据进行选择性输出， 默认开启的是初始参数的通路， 即默 认选择初始参数单元 21输出的初始参数进行输出；

控制单元 23包括一个计时器， 在供电电源产生单元 25输出的稳压 电源接入校准单元 26之时开始计时， 计时经过预设时长则发出计时满 信号， 然后控制单元 23就会发出控制信号， 该控制单元 23的输出端与 选择单元 22的控制端连接， 用于控制选择单元 22的数据选择。 该控制 单元 23的输出端还可以连接到钳位单元 20的控制端、初始参数单元 21 的控制端、 基准电压生成单元 24的控制端、 供电电源产生单元 25的控 制端以及校准单元 26的控制端。

基准电压生成单元 24的输入端与选择单元 22的输出端连接， 基准 电压生成单元 24 的输出端分别与芯片内的功能电路的输入端和 供电电 源产生单元 25的基准电压输入端连接。 在图 2所示的片内基准电压生 成电路初始工作时， 选择单元 22默认选择初始参数单元 21输出的初始 参数输出给基准电压生成单元 24, 基准电压生成单元 24根据该输入的 初始参数， 通过数模转换及带隙基准电路生成第一基准电 压 VREF1 输 出。 因为制造工艺的影响， 生成的第一基准电压会有 +/-10%的偏差。

供电电源产生单元 25的供电端连接到电源， 供电电源产生单元 25 的基准电压输入端连接到基准电压生成单元 24 的输出端。 该供电电源 产生单元 25用于将基准电压生成单元 24生成的第一基准电压作为参考 源， 对电源电压进行稳压调整， 输出稳压电源； 当供电电源产生单元 25 的电源输入端（也即供电端） 的电压和基准电压输入端的第一基准电压 同时存在时， 供电电源产生单元 25 自动开始工作， 供电电源产生单元 25 可以实现升压功能， 将输入的电源电压升压。 由于第一基准电压有 +/-10%的偏差， 因此供电电源产生单元 25输出的稳压电源电压也会有 +/-10%的偏差。 本发明实施例中的供电电源产生单元 25 的电路结构如 图 4所示。

校准单元 26的供电端与供电电源产生单元 25的输出端连接， 校准 单元 26的输出端与选择单元 22的第二输入端连接。 该校准单元 26用 于在供电电源产生单元 25输出的稳压电源供电后， 对第一基准电压进 行校准。 本发明实施例中校准单元 26采用 EFUSE电路， 它对可工作的 输入电压范围要求较为严格， 其偏差需满足在 +/-10%以内。 比如定义校 准单元 26的工作电压为 2.5伏， 则只有在供电电源产生单元 25输出的 稳压电源的电压在 2.5*(1-10%)伏至 2.5*(1+10%)伏这个范围内校准单元 26才可正常工作， 才有正常数据输出， 否则校准单元 26都不能工作。 围在 +/-10%, 正好可以保证校准单元 26的稳定工作。 当校准单元 26开 始稳定工作时， 输出一组校准参数， 这组数值在晶圓测试时已经被校准 赋值， 不同的芯片对应的二进制数值不一样， 因而不同芯片的校准参数 随制作工艺偏差而不同。 校准参数的校准赋值过程如下： 在晶圓测试阶 段， 初始参数（如二进制数据 11110000B )连接到基准电压生成单元 24 产生第一基准电压， 测试机台测量第一基准电压的大小并记录； 将第一 基准电压值与目标基准电压值相减得到电压偏 差； 如果将两个相邻的二 进制数对应的基准电压数值大小相差设计为 Vstep , 那么二进制数据 11110001B对应的电压值就是第一基准电压加上 Vstep,将电压偏差除以 Vstep取整转换成偏差数据， 则校准参数 =初始参数 +偏差数据； 最后将 校准参数烧录赋值到校准单元 26的 EFUSE电路中。 这样， 只要校准单 元 26的供电电压满足其工作电压需求， 校准单元 26就可以输出校准参 数。

计时一段时间 Tn后， 控制单元 23可判断为校准单元 26供电的稳 压电源处于稳定状态并且校准单元 26 已经输出稳定的校准参数， 从而 发出控制信号用以控制选择单元 22选择校准单元 26输出的校准参数作 为基准电压生成单元 24的数据输入， 此时， 基准电压生成单元 24根据 输入的校准参数， 通过数模转换及带隙基准电路生成第二基准电 压 VREF2。 其中， 供电电源产生单元 25从开始工作到输出稳定的稳压电 源需要时间， 校准单元 26从开始工作到输出较精准的校准参数也需要 时间， 所以通过设置一个延迟 Tn, 可以确保选择单元 22选择的是校准 单元 26稳定工作以后输出的校准参数。

由于校准参数是再次校准的结果， 因此其对应的基准电压值非常精 确， 一般可做到 +/-0.5%以内的偏差。 并且此时供电电源生成单元 25是 以第二基准电压作为参考的， 因此其输出的稳压电源与第二基准电压具 有相同的比例精度， 即 +/-0.5%。 优选的， 如图 5所示， 本发明实施例提 供的片内基准电压生成电路还可以包括一个：

锁存单元 27, 用于将所述校准单元 26输出的校准参数进行锁存并 输出到选择单元 22;

锁存单元 27的输入端连接到校准单元 26的输出端， 锁存单元 27 的控制端连接到控制单元 23的输出端， 锁存单元 27的输出端连接到选 择单元 22的第二输入端。 在经过 Tn时长以后锁存单元 27被控制单元 23启动， 接收校准单元 26输出的校准参数， 锁存单元 27将这些数据稳 定住， 并且消耗非常小的电流。 锁存单元 27将锁存后的校准参数输出 到选择单元 22。 一旦这些数据被锁存， 即使锁存单元 27的输入端的数 据再改变， 其输出端的数据也不会改变。 所以锁存了校准参数以后， 即 使停止钳位电路、 初始参数、 稳压电源及校准参数的输出都不会再影响 功能电路的工作了， 有利于降低芯片功耗。

最后， 由于控制单元 23的输出端还连接到钳位电路 20和初始参数 单元 21的控制端、 供电电源产生单元 25的控制端以及校准单元 26的 控制端， 在锁存了校准参数以后， 控制单元 23 可以发出控制信号停止 上述单元的工作， 从而降低芯片功耗。

在本发明实施例中的基准电压生成电路通过增 加一个对工作电压 要求极低的初始参数单元 21 来预设一组初始参数用以生成一个第一基 准电压， 使得基准电压生成电路可以工作的电压范围大 幅扩大； 并且通 过控制单元 23以及锁存单元 27适时锁存数据然后关闭其它单元， 大大 降低了该基准电压生成电路的功耗。

图 6示出本发明一实施例提供的应用上述片内基� �电压生成电路的 片内基准电压生成方法的实现流程， 为了便于说明， 图 6仅示出了与本 发明实施例相关的部分。

如图 6所示， 该片内基准电压生成方法包括下述步骤：

步骤 S601 , 钳位单元将电源电压钳位到预设的电压值；

步骤 S602, 初始参数单元在预设的电压值下输出预设的初 始参数； 步骤 S603 ,基准电压生成单元根据所述预设的初始参数� �成第一基 准电压；

步骤 S604,供电电源产生单元以所述基准电压生成单� ��输出的第一 基准电压作为参考对电源进行稳压， 输出稳压电源；

步骤 S605 ,校准单元将所述供电电源产生单元输出的稳� �电源作为 校准工作电压， 生成并输出校准参数；

步骤 S606,控制单元经过预设时长控制选择单元选择� ��述校准单元 输出的校准参数并输出到基准电压生成单元；

步骤 S607 , 基准电压生成单元根据所述校准参数生成第二 基准电 压。

在步骤 S601 中， 当电源连接到钳位电路的电源输入端时， 钳位电 路开始工作， 将钳位电路的输出端电压钳位到预设的数值， 比如 0.7伏。

在步骤 S602中，数字电路构成的初始参数单元可以在 0.7伏的电压 下工作并输出一组预设的初始参数， 如二进制数据 11110000B, 该初始 参数可以随时自主设定。

步骤 S603 中， 受工艺影响， 初始参数在不同芯片内对应的基准电 压往往会有 +/-10%的误差， 此时， 误差还比较大， 不适于直接作为功能 电路的基准电压， 还需要校准。

步骤 S603中的具体操作为：

56031、 将所述初始参数转换成模拟信号；

56032、 根据所述模拟信号生成第一基准电压。

其中， S6031中的数据转换可以通过一个数模转换器实� ��，而 S6032 中的用模拟信号生成第一基准电压可以通过带 隙基准电路实现。

在步骤 S604 中， 将第一基准电压等比例转换后作为参考信号， 然 后将电源电压与该参考信号进行比较， 当电源电压高于该参考信号时， 对电源电压执行降压处理； 当电源电压低于该参考信号时， 对电源电压 执行升压处理， 从而达到稳定电源电压的目的。 由于利用基准电压对电 源进行稳压的操作不是本发明的重点， 此处不再进行详述。

由于第一基准电压信号受芯片制造工艺的制约 ， 其误差率为 +/-10%, 因此 S604中输出的稳压电源的精度也为 +/-10%。

在步骤 S605中， 本实施例中校准单元采用 EFUSE电路， 它对可工 作的输入电压范围要求较为严格， 其偏差需满足在 +/-10%以内。 而前述 供电电源产生单元输出的稳压电源的精度正好 在 +/-10% , 可以使校准单 元稳定工作。 校准单元稳定工作后输出校准参数， 所述校准参数可以是 二进制数据或其它数值，这组数值在晶圓测试 时已经被校准赋值， 比如： 在晶圓测试阶段， 初始参数（如二进制数据 11110000B )连接到基准电 压生成单元产生第一基准电压， 测试机台测量第一基准电压的大小并记 录； 将第一基准电压值与目标基准电压值相减得到 电压偏差； 如果将两 个相邻的二进制数对应的基准电压数值大小相 差设计为 Vstep, 那么二 进制数据 11110001B对应的电压值就是第一基准电压加上 Vstep, 将电 压偏差除以 Vstep取整转换成偏差数据， 则校准参数 =初始参数 +偏差数 据； 最后将校准参数烧录赋值到 EFUSE 电路即校准单元中。 这样， 只 要校准单元的供电电压满足其工作电压需求， 校准单元就可以输出校准 参数。

在步骤 S606中， 计时一段时间 Tn后， 控制单元可判断为校准单元 供电的稳压电源处于稳定状态并且校准单元已 经输出稳定的校准参数， 从而发出控制信号用以控制选择单元选择校准 单元输出的校准参数作 为基准电压生成单元的数据输入。 控制信号在整个电路上电时为低， 从 而控制选择单元默认选择第一条通路即初始参 数的通路， 此时计时器开 始计时， 一段时间 Tn后可认为校准单元已经正常工作 （供电电源产生 单元从有电源输入到输出稳定的稳压电源需要 一定时间， 校准单元从供 电开始工作到输出较精准的校准参数也需要一 定时间） ， 于是控制单元 控制选择单元选择第二条通路即校准参数的通 路。

在步骤 S607中， 根据校准参数生成第二基准电压。 由于经过校准， 第二基准电压的精度就可以保证在 +/-0.5%以内， 是高精度的基准电压， 能够满足功能电路的工作需要。

具体的， S607也包括：

56071、 将所述校准参数转换成模拟信号；

56072、 根据所述模拟信号生成第二基准电压。

其中， S6071中的数据转换可以通过一个数模转换器实� ��，而 S6072 中的用模拟信号生成第二基准电压可以通过带 隙基准电路实现。

图 7为本发明实施例提供的片内基准电压生成方� �中降低芯片功耗 的方法的流程图。 如图 7所示， 本实施例提供的方法的步骤 S606还可 以包括：

S6061、 经过预设时长后将所述校准参数进行锁存并输 出；

56062、 控制单元控制选择单元选择所述锁存的校准参 数并输出；

56063、 关闭初始参数单元、 供电电源产生单元以及校准单元。 在本发明实施例中， 通过设置一个预设时间值 Tn, 当计时 Τη后， 判定稳压电源进入稳定输出状态使得校准单元 已经稳定工作， 并且校准 单元生成的校准参数已经是精确的了。 此时停止输出初始参数， 然后将 校准参数进行锁存， 以供选择， 并且停止输出稳压电源及校准参数， 大 大地降低了芯片的功耗。

图 7所示的降低芯片功耗的步骤顺序只是实施例� �一， 本技术领域 人员很容易基于本实施例的启示而变换步骤顺 序达到同样的效果。

在本发明一实施例中， 有时根据预设的初始参数生成的第一基准电 压即可以满足芯片内的功能电路的需求， 此时， 所述第一基准电压就可 以直接作为最终基准电压以使功能电路工作， 而不需要再计算第二基准 电压。 图 8示出了本发明实施例提供的片内基准电压生� �方法的实现流 程， 为了便于说明， 图 8仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图 8所示， 该片内基准电压生成方法包括下述步骤：

步骤 S801 , 钳位单元将电源电压钳位到预设的电压值；

步骤 S802, 初始参数单元在预设的电压值下输出预设的初 始参数； 步骤 S803 ,基准电压生成单元根据所述预设的初始参数� �成第一基 准电压。

其中， 上述各步骤的具体实现与图 6所示片内基准电压生成方法中 相同， 在此不再赘述。

在本发明实施例中， 可以由低电压供电输出初始参数生成第一基准 电压， 虽然第一基准电压的精度不够高， 但是可以用来稳压， 稳压得到 的电压精度能够满足校准工作的需求， 从而保证校准工作的进行， 再使 用校准得到的校准参数生成第二基准电压， 从而得到高精度的基准电 压， 使得适于基准电压生成的工作电压范围大幅扩 大， 从而兼容更多的 电源种类。 并且通过预设一个时间后， 才选择校准参数， 进一步保证校 准的稳定性和准确度。 当输出校准参数后， 停止初始参数输出、 并对校 准参数进行锁存， 然后停止稳压电源输出以及校准参数生成， 以降低芯 片的功耗。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施 例方法中的全部或 部分流程， 是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完 成的， 所述 的程序可存储于一计算机可读取存储介质中， 该程序在执行时， 可包 括如上述各方法的实施例的流程。 其中， 所述的存储介质可为磁碟、 光盘、 只读存储记忆体 （Read-Only Memory, ROM ) 或随机存储记 忆体 ( Random Access Memory, RAM ) 等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改 、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。