專利名稱：一種cmos集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流源產(chǎn)生技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
基準電流源是CMOS集成電路中非常重要的模塊，基準電流源為CMOS集成電路提供電流偏置，因此，基準電流源的性能直接影響整個CMOS集成電路的性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，基準電流源的產(chǎn)生一般是采用雙極型晶體管實現(xiàn)的帶隙基準電路。帶隙基準電路的工作原理是利用兩個基射結(jié)電壓的差(AVbe)的正溫度系數(shù)和雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓(Vbe)的負溫度系數(shù)，以一定的比例相加和，即可將溫度系數(shù)抵消，實現(xiàn)與溫度無關(guān)的電壓基準。因為其基準電壓與硅的帶隙電壓差不多，因而稱為帶隙基準。帶隙基準電路可以實現(xiàn)溫度系數(shù)極低的基準電壓參考，輸出電壓值基本穩(wěn)定在
1.25V左右。而基準電流的產(chǎn)生一般是通過基準電壓與電阻的比值來實現(xiàn)。使用片外電阻會增加焊盤(PAD)和分立器件的個數(shù)，而片內(nèi)電阻一般具有溫度系數(shù)。由于基準電壓的實現(xiàn)與電阻的絕對阻值無關(guān)，所以可以得到基本不受溫度影響的基準電壓，但是由基準電壓與電阻的比值實現(xiàn)的基準電流卻受溫度影響。因此，如何產(chǎn)生一個穩(wěn)定的，低溫度系數(shù)的片上基準電流參考源，是CMOS集成電路領(lǐng)域需要解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的，低溫度系數(shù)的基準電流。本發(fā)明實施例提供一種CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，包括:電流產(chǎn)生模塊、啟動模塊、基準電壓產(chǎn)生模塊和基準電流產(chǎn)生模塊；所述啟動模塊，用于啟動所述電流產(chǎn)生模塊，當所述電流產(chǎn)生模塊開始工作后，啟動模塊退出工作；所述電流產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流；所述基準電壓產(chǎn)生模塊，用于由所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合具有負溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓，產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓；所述基準電流產(chǎn)生模塊，用于由所述基準電壓與正溫度系數(shù)的電阻結(jié)合產(chǎn)生一個與絕對溫度互補的電流，該與絕對溫度互補的電流與所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電流。優(yōu)選地，所述電流產(chǎn)生模塊包括:第一PMOS管Ml、第二PMOS管M2、第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第一運算放大器Al和第一電阻Rl ；
第一 PMOS管Ml和第二 PMOS管M2的源極均連接電源電壓VCC，第一 PMOS管和第二 PMOS管的柵極相連并與第四節(jié)點相連；第一電阻的一端連接第二節(jié)點，第一電阻的另一端連接第三節(jié)點；第一晶體管Ql的基極和集電極均連接地，第一晶體管的發(fā)射極連接第一節(jié)點；第二晶體管Q2的基極和集電極均連接地，第二晶體管的發(fā)射極連接第三節(jié)點；第一運算放大器的同相輸入端連接第二節(jié)點，第一運算放大器的反相輸入端連接第一節(jié)點，第一運算放大器的輸出端連接第四節(jié)點。優(yōu)選地，所述啟動模塊包括:第一 NMOS管M3、第二 NMOS管M5、第三PMOS管M4和第二電阻R2 ；第三PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接第六節(jié)點，漏極連接第五節(jié)點；第一 NMOS管的源極接地，柵極連接第五節(jié)點，漏極連接所述第四節(jié)點；第二 NMOS管的源極接地，柵極連接第七節(jié)點，漏極連接所述第五節(jié)點；第二電阻的一端接地，另一端連接所述第六節(jié)點。優(yōu)選地，所述基準電壓產(chǎn)生模塊包括:第四PMOS管M6、第三晶體管Q3和第三電阻R3 ；第四PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接所述第四節(jié)點，漏極連接所述第七節(jié)
占.
第三電阻的一端連接所述第七節(jié)點，另一端連接第八節(jié)點；第三晶體管的基極和集電極均接地，發(fā)射極連接所述第八節(jié)點。優(yōu)選地，所述基準電流產(chǎn)生模塊包括:第五PMOS管M7、第六PMOS管M10、第七PMOS管Ml1、第三NMOS管M8、第四NMOS管M9、第二運算放大器A2和第四電阻R4 ；第五PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接所述第四節(jié)點，漏極連接第九節(jié)點；第六PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接第十一節(jié)點，漏極連接第十節(jié)點；第七PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接所述第十一節(jié)點，漏極連接第十二節(jié)
占.
第三NMOS管的源極接地，柵極和漏極相連并連接所述第九節(jié)點；第四NMOS管的源極接地，柵極連接所述第九節(jié)點，漏極連接所述第十節(jié)點；第二運算放大器的同相輸入端連接所述第十節(jié)點，反相輸入端連接所述第七節(jié)點，輸出端連接所述第十一節(jié)點；第四電阻的一端連接所述第十節(jié)點，另一端接地。優(yōu)選地，所述第四電阻為具有正溫度系數(shù)的片上電阻。優(yōu)選地，第二晶體管的發(fā)射極的面積是第一晶體管的發(fā)射極面積的N倍；第一PMOS管的寬長比和第二 PMOS管的寬長比相等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，包括啟動模塊用于啟動所述電流產(chǎn)生模塊，當所述電流產(chǎn)生模塊開始工作后，啟動模塊退出工作；電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流；基準電壓產(chǎn)生模塊由所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合具有負溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓，產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓；基準電流產(chǎn)生模塊由所述基準電壓與正溫度系數(shù)的電阻結(jié)合產(chǎn)生一個與絕對溫度互補的電流，該與絕對溫度互補的電流與所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電流。本發(fā)明提供的電路，利用一個正溫度系數(shù)的電流和一個負溫度系數(shù)的電流結(jié)合產(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準電流。而現(xiàn)有技術(shù)中由基準電壓與電阻的比值實現(xiàn)的基準電流卻受溫度的影響。


圖1是本發(fā)明提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路實施例一示意圖；圖2是本發(fā)明提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路實施例二電路圖；圖3是本發(fā)明提供的基準電流隨溫度變化的仿真曲線圖；圖4是本發(fā)明提供的基準電流隨電源電壓變化的仿真曲線圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。參見圖1，該圖為本發(fā)明提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路實施例一示意圖。本實施例提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，包括:電流產(chǎn)生模塊10、啟動模塊20、基準電壓產(chǎn)生模塊30和基準電流產(chǎn)生模塊40 ；所述啟動模塊20，用于啟動所述電流產(chǎn)生模塊10，當所述電流產(chǎn)生模塊10開始工作后，啟動模塊20退出工作；由于電流產(chǎn)生模塊10在上電時存在一個簡并偏置點，處于此狀態(tài)時，電流產(chǎn)生模塊10中的晶體管的電流為0，加入啟動模塊20可以避免電流產(chǎn)生模塊10進入此狀態(tài)。所述電流產(chǎn)生模塊10,用于產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比(PTAT, Proportional toAbsolute Temperature)的電流,記為Iptat ;需要說明的是，與絕對溫度成正比即具有正溫度系數(shù)； 所述基準電壓產(chǎn)生模塊30，用于由所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合具有負溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓(Vbe)，產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓；即，該基準電壓不隨溫度的變化而變化；所述基準電流產(chǎn)生模塊40，用于由所述基準電壓與正溫度系數(shù)的電阻結(jié)合產(chǎn)生一個與絕對溫度互補(CTAT, Complementary to Absolute Temperature)的電流，記為 Icm 該與絕對溫度互補的電流與所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電流。需要說明的是，與絕對溫度互補即具有負溫度系數(shù)。本發(fā)明提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，包括啟動模塊用于啟動所述電流產(chǎn)生模塊，當所述電流產(chǎn)生模塊開始工作后，啟動模塊退出工作；電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流；基準電壓產(chǎn)生模塊由所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合具有負溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓，產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓；基準電流產(chǎn)生模塊由所述基準電壓與正溫度系數(shù)的電阻結(jié)合產(chǎn)生一個與絕對溫度互補的電流，該與絕對溫度互補的電流與所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電流。本發(fā)明提供的電路，利用一個正溫度系數(shù)的電流和一個負溫度系數(shù)的電流結(jié)合產(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準電流。而現(xiàn)有技術(shù)中由基準電壓與電阻的比值實現(xiàn)的基準電流卻受溫度的影響。下面結(jié)合圖2具體介紹本發(fā)明實施例提供的基準電流源產(chǎn)生電路的工作原理。參見圖2，該圖為本發(fā)明提供的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路實施例二電路圖。本實施例提供的電流產(chǎn)生模塊10包括:第一 PMOS管Ml、第二 PMOS管M2、第一晶體管Q1、第二晶體管 Q2、第一運算放大器Al和第一電阻Rl ；第一 PMOS管Ml和第二 PMOS管M2的源極均連接電源電壓VCC，第一 PMOS管和第二 PMOS管的柵極相連并與第四節(jié)點4相連；第一電阻Rl的一端連接第二節(jié)點2，第一電阻Rl的另一端連接第三節(jié)點3 ；第一晶體管Ql的基極和集電極均連接地GND，第一晶體管Ql的發(fā)射極連接第一節(jié)點I ;第二晶體管Q2的基極和集電極均連接地GND，第二晶體管Q2的發(fā)射極連接第三節(jié)點3 ；第一運算放大器Al的同相輸入端連接第二節(jié)點2，第一運算放大器Al的反相輸入端連接第一節(jié)點1，第一運算放大器Al的輸出端連接第四節(jié)點4。Q2的發(fā)射極面積是Ql的發(fā)射極面積的N倍，這樣可以保證當Ql和Q2的電流相等時，兩個管子的發(fā)射結(jié)電壓不相等。Ml的寬長比和M2的寬長比相等，因此Ml和M2兩個管子的電流相等，設(shè)流過的電流為I。由于Al的反饋作用，使得第一節(jié)點I和第二節(jié)點2的電壓相等，因此:Vbei = VBE2+IXR1 公式(I)其中，Vbei和Vbe2分別為Ql和Q2的發(fā)射結(jié)電壓，由公式⑴可得:
權(quán)利要求
1.一種CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，包括:電流產(chǎn)生模塊、啟動模塊、基準電壓產(chǎn)生模塊和基準電流產(chǎn)生模塊； 所述啟動模塊，用于啟動所述電流產(chǎn)生模塊，當所述電流產(chǎn)生模塊開始工作后，啟動模塊退出工作； 所述電流產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流； 所述基準電壓產(chǎn)生模塊，用于由所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合具有負溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓，產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓； 所述基準電流產(chǎn)生模塊，用于由所述基準電壓與正溫度系數(shù)的電阻結(jié)合產(chǎn)生一個與絕對溫度互補的電流，該與絕對溫度互補的電流與所述與絕對溫度成正比的電流結(jié)合產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，所述電流產(chǎn)生模塊包括:第一 PMOS管Ml、第二 PMOS管M2、第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第一運算放大器Al和第一電阻Rl ； 第一 PMOS管Ml和第二 PMOS管M2的源極均連接電源電壓VCC，第一 PMOS管和第二PMOS管的柵極相連并與第四節(jié)點相連； 第一電阻的一端連接第二節(jié)點，第一電阻的另一端連接第三節(jié)點； 第一晶體管Ql的基極和集電極均連接地，第一晶體管的發(fā)射極連接第一節(jié)點； 第二晶體管Q2的基極和集電極均連接地，第二晶體管的發(fā)射極連接第三節(jié)點； 第一運算放大器的同相 輸入端連接第二節(jié)點，第一運算放大器的反相輸入端連接第一節(jié)點，第一運算放大器的輸出端連接第四節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，所述啟動模塊包括:第一 NMOS管M3、第二 NMOS管M5、第三PMOS管M4和第二電阻R2 ； 第三PMOS管的源極連接所述NCC’柵極連接第六節(jié)點，漏極連接第五節(jié)點； 第一 NMOS管的源極接地，柵極連接第五節(jié)點，漏極連接所述第四節(jié)點； 第二 NMOS管的源極接地，柵極連接第七節(jié)點，漏極連接所述第五節(jié)點； 第二電阻的一端接地，另一端連接所述第六節(jié)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，所述基準電壓產(chǎn)生模塊包括:第四PMOS管M6、第三晶體管Q3和第三電阻R3 ； 第四PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接所述第四節(jié)點，漏極連接所述第七節(jié)點； 第三電阻的一端連接所述第七節(jié)點，另一端連接第八節(jié)點； 第三晶體管的基極和集電極均接地，發(fā)射極連接所述第八節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，所述基準電流產(chǎn)生模塊包括:第五PMOS管M7、第六PMOS管MlO、第七PMOS管Ml 1、第三NMOS管M8、第四NMOS管M9、第二運算放大器A2和第四電阻R4 ; 第五PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接所述第四節(jié)點，漏極連接第九節(jié)點； 第六PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接第i^一節(jié)點，漏極連接第十節(jié)點； 第七PMOS管的源極連接所述VCC，柵極連接所述第i^一節(jié)點，漏極連接第十二節(jié)點； 第三NMOS管的源極接地，柵極和漏極相連并連接所述第九節(jié)點； 第四NMOS管的源極接地，柵極連接所述第九節(jié)點，漏極連接所述第十節(jié)點；第二運算放大器的同相輸入端連接所述第十節(jié)點，反相輸入端連接所述第七節(jié)點，輸出端連接所述第十一節(jié)點； 第四電阻的一端連接所述第十節(jié)點，另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，所述第四電阻為具有正溫度系數(shù)的片上電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，其特征在于，第二晶體管的發(fā)射極的面積是第一晶體管的發(fā)射極面積的N倍；第一 PMOS管的寬長比和第二PMOS管的寬長 比相等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種CMOS集成電路中基準電流源產(chǎn)生電路，包括啟動模塊用于啟動電流產(chǎn)生模塊，當電流產(chǎn)生模塊開始工作后，啟動模塊退出工作；電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流；基準電壓產(chǎn)生模塊由與絕對溫度成正比的電流結(jié)合具有負溫度系數(shù)的PN結(jié)電壓，產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓；基準電流產(chǎn)生模塊由基準電壓與正溫度系數(shù)的電阻結(jié)合產(chǎn)生一個與絕對溫度互補的電流，該與絕對溫度互補的電流與絕對溫度成正比的電流結(jié)合產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電流。本發(fā)明提供的電路，利用一個正溫度系數(shù)的電流和一個負溫度系數(shù)的電流結(jié)合產(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準電流。而現(xiàn)有技術(shù)中由基準電壓與電阻的比值實現(xiàn)的基準電流卻受溫度的影響。
文檔編號G05F3/30GK103163935SQ20111042758
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者姜宇, 郭桂良, 閻躍鵬 申請人:中國科學院微電子研究所