專(zhuān)利名稱(chēng)：電流產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流基準(zhǔn)設(shè)計(jì)技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種提高電流基準(zhǔn)的線
性調(diào)整率的與溫度成正比(PTAT)的電流產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
電壓基準(zhǔn)廣泛的運(yùn)用于模擬電路中，例如在LDO， ADC/DAC等等。它能 夠準(zhǔn)確的輸出一個(gè)與輸入電壓和溫度幾乎無(wú)關(guān)的電壓，電壓基準(zhǔn)與輸入電壓的 關(guān)系用線性調(diào)整率來(lái)衡量。具有高線性調(diào)整率的電壓基準(zhǔn)為寬輸入電壓范圍的 設(shè)備提供了必不可少的保證。常用的電壓基準(zhǔn)基于電壓模和電流模兩種。電壓 模利用兩個(gè)穩(wěn)定系數(shù)相反的電壓，通過(guò)一定的加權(quán)因子相加而得到一個(gè)與溫度 幾乎無(wú)關(guān)的電壓。而電流模則是利用兩個(gè)穩(wěn)定系數(shù)相反的電流，通過(guò)一定的加 權(quán)因子相加而得到一個(gè)與溫度幾乎無(wú)關(guān)的電流，再流經(jīng)一個(gè)電阻而獲得一個(gè)與 溫度幾乎無(wú)關(guān)的電壓。
如圖l所示的電路常被用來(lái)產(chǎn)生與溫度成正比(PTAT)的電流。然而，輸 入電壓的變化對(duì)電流鏡的鏡像精度產(chǎn)生誤差，使得這種PTAT電流產(chǎn)生源在線 性調(diào)整率上受到很大的限制。針對(duì)這種問(wèn)題，如圖2所示的共源共柵結(jié)構(gòu)電流 鏡被提出且被廣泛的運(yùn)用。共源共柵結(jié)構(gòu)電流鏡使得電流鏡的輸出電阻增大了 一個(gè)本征增益倍，有效地提高了電流鏡的鏡像精度，確保了其良好的線性調(diào)整 率。然而在較高電源Vcc電壓的作用下，碰撞電離效應(yīng)限制了共源共柵結(jié)構(gòu)所
能達(dá)到的最大增益，這是因?yàn)樗肓艘粋€(gè)由漏到襯底、而不是由漏到源的小 信號(hào)電阻。碰撞電離效應(yīng)使得本來(lái)在低壓工作時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的良好線性調(diào)整率發(fā) 生惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種電流 產(chǎn)生電路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種電流產(chǎn)生電路，包 括串聯(lián)連接在電源Vcc和地之間的第一共源共柵電流鏡電路和第二共源共柵電 流鏡電路和 一用于抑制碰撞電離效應(yīng)的過(guò)壓降壓器。
在本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路中，所述過(guò)壓降壓器包括第一鏡像電流器、 第二鏡像電流器、開(kāi)關(guān)管和至少兩個(gè)二極管，其中，所述第一鏡像電流器的第 一端連接于電源Vcc、第二端與所述鏡像電流器的第一端連接、控制端連接于 所述第一共源共柵電流鏡電路的第一輸出端；所述第一鏡像電流器的第二端連 接于所述開(kāi)關(guān)管的控制端、控制端連接于所述第一共源共柵電流鏡電路的第二 輸出端；所述開(kāi)關(guān)管的第一端連接于所述第一共源共柵電流鏡電路的第一輸出
端、第二端連接于所述第二共源共柵電流鏡電路的第一輸入端，所述開(kāi)關(guān)管的 第一端和第二端之間串聯(lián)連接有至少一個(gè)所述二極管，所述開(kāi)關(guān)管的控制端和 地之間串聯(lián)連接有至少一個(gè)所述二極管。
在本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路中，所述開(kāi)關(guān)管的第一端和第二端之間串聯(lián) 連接有兩個(gè)所述二極管。所述開(kāi)關(guān)管的控制端和地之間串聯(lián)連接有兩個(gè)所述二 極管。
在本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路中，所述第一、二鏡像電流器是晶體管。所
述晶體管是N型金屬氧化半導(dǎo)體晶體管或P型金屬氧化半導(dǎo)體晶體管。
在本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路中，所述開(kāi)關(guān)管是晶體管或者場(chǎng)效應(yīng)管。所 述單向?qū)ㄆ骷嵌O管或二極管連接的三極管。
本發(fā)明的有益效果是，能有效減小加在共源共柵器件上的漏源電壓，從而 減小碰撞電離效應(yīng)的影響，且不影響最低工作電壓，保持電流鏡結(jié)構(gòu)的最大增 益，從根本上解決了由于碰撞電離對(duì)共源共柵的影響，從而改善了電流基準(zhǔn)的 線性調(diào)整率。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中 圖1是傳統(tǒng)的PTAT電流產(chǎn)生電路的電路原理圖2是傳統(tǒng)改善型的PTAT電流產(chǎn)生電路的電路原理圖3是本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路的電路原理圖4是圖3中NodeA、 NodeB和NodeC隨Vcc增加的電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式
圖2所示是傳統(tǒng)的改善因電流鏡的輸出電阻不夠大所導(dǎo)致的線性調(diào)整率差 所使用的共源共柵結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在大部分的Vcc不是太高的情況下可以表現(xiàn) 出令人滿意的性能。然而，隨著Vcc的增大，承受絕大部分的電壓應(yīng)力的N型 MOS管100受到碰撞電離效應(yīng)的影響漸漸變得嚴(yán)重。共源共柵結(jié)構(gòu)的高增益被 限制，從而使得PTAT電流的線性調(diào)整率惡化。從圖4中的NodeB波形我們知 道，圖4中NodeB點(diǎn)的電壓波形等同于圖2中NodeC點(diǎn)的電壓波形，當(dāng)Vcc=6V 時(shí)，加在圖2中的100漏源兩端之間的電壓差Vcc-IVthpl(Vthp為pMOSFET的 閾值電壓)，大于5V。
圖3所示是本發(fā)明提出的改善型PTAT電流產(chǎn)生電路的一個(gè)實(shí)施例，它在 傳統(tǒng)PTAT電路的基礎(chǔ)上集成過(guò)壓降壓器201，使得100漏源兩端之間的電壓 差得到一定幅度的壓降，抑制了碰撞電離效應(yīng)的影響。其包括串聯(lián)連接在電源 Vcc和地之間的第一共源共柵電流鏡電路1和第二共源共柵電流鏡電路2和一 用于抑制碰撞電離效應(yīng)的過(guò)壓降壓器201。
在本發(fā)明所述的集成過(guò)壓降壓器201的PTAT電流產(chǎn)生電路中，第一共源 共柵電流鏡電路l包括第一晶體管96、第二晶體管97、第三晶體管98、第 四晶體管99;過(guò)壓降壓器201包括第一鏡像電流器101、第二鏡像電流器102、 開(kāi)關(guān)管105和至少兩個(gè)單向?qū)ㄆ骷?，其中，第一鏡像電流器101的柵極連接 于第一晶體管96的柵極，第一鏡像電流器101的漏極連接于電源Vcc，第一鏡 像電流器101的源極連接于第二鏡像電流器102的源極，第二鏡像電流器102 的柵極連接于第三晶體管98的柵極，第二鏡像電流器102的漏極連接于開(kāi)關(guān)管 105的控制端，開(kāi)關(guān)管105的第一端連接于第三晶體管98的漏極，開(kāi)關(guān)管105 的第二端連接于所述第二共源共柵電流鏡電路2的第一輸入端，開(kāi)關(guān)管105的 第一端和第二端之間串聯(lián)連接有至少一個(gè)單向?qū)ㄆ骷_(kāi)關(guān)管105的控制端 和地之間串聯(lián)連接有至少一個(gè)單向?qū)ㄆ骷?br> 在本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路中，開(kāi)關(guān)管105的第一端和第二端之間串聯(lián) 連接有兩個(gè)單向?qū)ㄆ骷?。開(kāi)關(guān)管105的控制端和地之間串聯(lián)連接有兩個(gè)單向 導(dǎo)通器件。該單向?qū)ㄆ骷墒嵌O管或二極管連接的三極管。
在本發(fā)明所述的電流產(chǎn)生電路中，開(kāi)關(guān)管105是晶體管或者場(chǎng)效應(yīng)管。
具體工作原理如下
當(dāng)Vcc <2 Vthn, (Vthn為nMOSFET 103， 104的閾值電壓),NodeA約等于 Vcc;當(dāng)Vcc>= 2Vthn, NodeA約為2Vthn。 NodeB約為Vcc-|Vthp|。根據(jù)106、107的導(dǎo)通情況，可分為以下兩個(gè)工作區(qū)
當(dāng)Vcc《3|Vthp|， 106、 107不通，NodeC等于NodeA-Vthn。 12全部從 NodeB流經(jīng)105到達(dá)NodeC。此時(shí)100漏源兩端之間的電壓差為NodeA-Vthn， 小于等于vthn。
當(dāng)Vc03IVthpl時(shí)，106、 107導(dǎo)通，NodeC等于NodeB-2Vthp。隨著Vcc 的增大，NodeB跟著增大，NodeC的電壓也跟著增大。柵源電壓的減小和襯底 偏置效應(yīng)的增加，使得105很快進(jìn)入截至區(qū)。12全部從NodeB流經(jīng)106、 107 到達(dá)NodeC。此時(shí)100漏源兩端之間的電壓差為Vcc-3|Vthp|。
從上面的分析可知，本發(fā)明中的過(guò)壓降壓器201有效的擴(kuò)展了擁有良好線 性調(diào)整率的輸入電壓范圍。在低電源電壓時(shí)，12全部從NodeB流經(jīng)105到達(dá) NodeC，其等效電路與圖2所示的結(jié)構(gòu)相同；在高電源電壓時(shí)，105不通，12 全部從NodeB流經(jīng)106、 107到達(dá)NodeC，其等效電路相當(dāng)于在100的漏端串
接了兩個(gè)降壓?jiǎn)蜗驅(qū)ㄆ骷?，使得ioo漏源兩端之間的電壓差降低了兩倍單向
導(dǎo)通器件的導(dǎo)通電壓，從而有效地抑制了碰撞電離的影響。需要指出的是，本 發(fā)明中的兩處單向?qū)ㄆ骷?103/104和106/107 )的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)用 電源電壓的大小和所使用MOS的碰撞電離效應(yīng)的嚴(yán)重程度來(lái)選擇。
權(quán)利要求
1、一種電流產(chǎn)生電路，包括串聯(lián)連接在電源Vcc和地之間的第一共源共柵電流鏡電路(1)和第二共源共柵電流鏡電路(2)，其特征在于，還包括有一用于抑制碰撞電離效應(yīng)的過(guò)壓降壓器(201)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述過(guò)壓降壓器 (201)包括第一鏡像電流器(101)、第二鏡像電流器(102)、開(kāi)關(guān)管(105)和至少兩個(gè)單向?qū)ㄆ骷?，其中，所述第一鏡像電流器(101)的第一端連接于電源Vcc、第二端與所 述鏡像電流器(102)的第一端連接、控制端連接于所述第一共源共柵電流鏡電 路(1)的第一輸出端；所述第一鏡像電流器(102)的第二端連接于所述開(kāi)關(guān)管(105)的控制端、 控制端連接于所述第一共源共柵電流鏡電路(1)的第二輸出端；所述開(kāi)關(guān)管(105)的第一端連接于所述第一共源共柵電流鏡電路(1)的第 一輸出端、第二端連接于所述第二共源共柵電流鏡電路(2)的第一輸入端，所述開(kāi)關(guān)管(105)的第一端和第二端之間串聯(lián)連接有至少一個(gè)所述單向?qū)?通器件，所述開(kāi)關(guān)管(105)的控制端和地之間串聯(lián)連接有至少一個(gè)所述單向?qū)ㄆ骷?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)管(105) 的第一端和第二端之間串聯(lián)連接有兩個(gè)所述單向?qū)ㄆ骷?106、 107)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)管(105) 的控制端和地之間串聯(lián)連接有兩個(gè)所述單向?qū)ㄆ骷?103、 104)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述第一鏡像電流 器(101)和第二鏡像電流器(102)是晶體管。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5任意所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述晶體管是 N型金屬氧化半導(dǎo)體晶體管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5任意所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所述晶體管是 P型金屬氧化半導(dǎo)體晶體管。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2 7中任何一項(xiàng)所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所 述開(kāi)關(guān)管(105)是晶體管或者場(chǎng)效應(yīng)管。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2 7中任何一項(xiàng)所述的電流產(chǎn)生電路，其特征在于，所 述單向?qū)ㄆ骷嵌O管或二極管連接的三極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成過(guò)壓降壓器的與溫度成正比(PTAT)電流產(chǎn)生電路，包括串聯(lián)連接在電源Vcc和地之間的第一共源共柵電流鏡電路和第二共源共柵電流鏡電路和一用于抑制碰撞電離效應(yīng)的過(guò)壓降壓器。實(shí)施本發(fā)明的電流產(chǎn)生電路能有效減小加在共源共柵器件上的漏源電壓，從而減小碰撞電離效應(yīng)的影響，且不影響最低工作電壓，保持電流鏡結(jié)構(gòu)的最大增益，從根本上解決了由于碰撞電離對(duì)共源共柵的影響，從而改善了電流基準(zhǔn)的線性調(diào)整率。
文檔編號(hào)G05F3/16GK101359232SQ20071007537
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者許如柏, 譚潤(rùn)欽, 谷文浩 申請(qǐng)人:輝芒微電子(深圳)有限公司