專利名稱：具有帶隙基準源功能的恒流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種恒流源電路，特別是ー種具有帶隙基準源功能的恒流源電路，它直接應(yīng)用于微功耗低壓差線性電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
恒流源電路是低壓差線性電源的核心単元，尤其是具有帶隙基準性能的恒流源電路，應(yīng)用于微功耗低壓差線性電源。圖I為傳統(tǒng)微功耗低壓差線性電源的電路框圖，它由帶隙基準源、誤差放大器、PMOS調(diào)整管、恒流源電路、過/欠壓保護、過/欠流保護等單元電路組成。恒流源電路給誤差放大器、帶隙基準源、過/欠壓保護、過/欠流保護等提供偏置電流，是微功耗低壓差線性電源的關(guān)鍵電路單元，恒流源電路提供的電流隨電源電壓、溫度的變化值決定微功耗低壓差線性電源的靜態(tài)電流的變化值，如Widdlar微電流源的電流隨電源電壓的變化率大于10%，隨溫度的變化通常大于1800ppm/°C，不滿足微功耗低壓差線性電源的要求，因此，迫切需要有對電源電壓、溫度變化不敏感的恒流源電路。目前，恒流源電路的種類繁多，有Widdlar微電流源、使用熱力學電壓的偏置電流源、高精度恒流源等。這些恒流源電路中，其輸出電流有的隨電源電壓變化大，有的溫度系數(shù)較大，如它們的溫度系數(shù)一般大于1800ppm/°C，不能滿足對靜態(tài)電流要求較高的微功耗低壓差線性電源的要求。文獻I (鄭曉等，專利名稱高精度恒流源電路，專利號 200910162724. 5)的高精度恒流源的電路圖如圖2所示。它通過引入負溫度系數(shù)的電流 Iptat,改善了偏置電流的溫度性能，其溫度系數(shù)為125ppm/°C，但它的電流鏡像電流中的ら、 I2要受電源電壓的變化而波動，仍不能滿足對靜態(tài)電流要求較高的微功耗低壓差線性電源的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種具有帶隙基準源功能的恒流源電路，以克服傳統(tǒng)恒流源電路中的對電源電壓變化敏感、溫度系數(shù)較大的問題，以滿足微功耗低壓差線性電源的高性能要求。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案在于，本發(fā)明的具有帶隙基準源性能的恒流源電路含有ー種具有帶隙基準源功能的恒流源電路，其特征在于含有—個帶隙基準核単元，提供恒流源電流，包括三個NPN 管 Q1、Q2、Q5，三個 PNP 管 Q3、Q4、Q6，兩個電容 C1、C2，六個電阻 R1、R2、R3、R4、
R5、R11和三個熔絲修調(diào)開關(guān)K1, K2, K3,其中，Q3的基極與Q4的基極、Q3的集電極連接，Q3的發(fā)射極與Q4的發(fā)射極、Q6的發(fā)射極、C1的上極板連接在一起，并與偏置輸入點A相接，電容C1的下極板接地，Q2的集電極與Q3的集電極、Q1的集電極、Q4的集電極、Q6的基極、C2的上極板連接，C2的下極板接地， Q6的集電極接R11的a端，R11的b端接地，電阻R1的a端接Q2的發(fā)射極，R1的b端與Ql的發(fā)射極、R2的a端連接，K1的a端與R3的a端、R2的b端連接，K1的b端與R3的b端、K2的a端、R4的a端連接，K2的b端與R4的b端、K3的a端、R5的a端連接，K3的b端接R5的b 端，并接地，Q5的集電極與恒流源輸出單元的M5漏極相接，Q5的基極接偏置輸入點A，Q5的發(fā)射極與Q2的基板、Q1的基極連接，為帶隙基準的輸出端Vkef ；一個帶隙基準偏置単元，提供偏置電流，包括四個PMOS 管 M1' M2、M3、M4,四個 NPN 管 Q7, Q8, Q9, Q10 和電阻 R6,其中，Ml的源極和襯底與電源Vrc相接，Ml的漏極為偏置輸入點A，M2的源極和襯底與電源\c相接，M1的柵極與M2的柵極、M2的漏扱、Q8的發(fā)射極連接在一起，M4的漏極與 Q7的基板、Q8的基板、Q7的發(fā)射極連接在一起，Q8的發(fā)射極與Qltl的集電極、Q9的基極連接在一起；Q7的發(fā)射極與Q9的集電極、Qltl的基極連接，Q9的發(fā)射極接地，Q10的發(fā)射極接R6的 a端，R6的b端接地，M3的源極和襯底與電源V。。相接，M3的柵極、漏極接M4的源極，M4的襯底與電源Vcc相接，M4的柵極接地，M4的漏極接Q7的集電極；一個恒流源輸出單元，輸出恒流源電流，包括四個PMOS管M5、M6, M7, M8, ー個NPN管Q5,四個電阻R7、R8> R9> R10和三個熔絲修調(diào)開關(guān) k4、k5、k6，其中，M5, M6, M7, M8的源極和襯底均與電源V。。連接在一起，M5, M6, M7, M8的柵極均與M5的漏極相接，與帶隙基準核單元中Q5的集電極連接在一起，Q5的基極接偏置輸入點A， Q5的發(fā)射極與R7的a端相接，M6的漏極輸出恒流源電流IpM7的漏極輸出恒流源電流I2，M8 的漏極輸出恒流源電流ら，K4的a端、電阻R8的a端、電阻R7的b端連接在一起,K4的b端與R8的b端、K5的a端、R9的a端連接，K5的b端與R9的b端、K6的a端、Rltl的a端連接, K6的b端與R10的b端相接。有益效果本發(fā)明的具有帶隙基準功能的恒流源電路，與傳統(tǒng)恒流源電路相比，它具有以下特點I.本發(fā)明電路的帶隙基準偏置単元中，通過調(diào)節(jié)NPN管Q9、Q1(i發(fā)射極面積比和R6 電阻值，來確定PMOS管M2的電流，通過仏12的鏡像電流鏡，使其提供的電流與電源電壓無關(guān)，且受溫度的變化影響很小。因此，本發(fā)明電路能提供對電源電壓及溫度均不敏感的偏置電流。2.本發(fā)明電路的帶隙基核単元為恒流源輸出單元的電阻R7提供基準電壓VKEF，由帶隙基核単元確定的電流Itl = Veef/R7,它與電源電壓無關(guān)，通過使Vkef的溫度系數(shù)與電阻R7 的溫度系數(shù)相匹配，則可獲得對溫度不敏感的恒流源電流Itl,通過鏡像電流鏡映射的恒流源輸出電流ら、12、I3具有Io同樣的性能。因此，本發(fā)明電路的恒流源電流的輸入電壓在2. 7V 6V變化吋，電流變化的抑制比為60dB，在-55°C 125°C溫度內(nèi)，其靜態(tài)電流的溫度系數(shù)小于50ppm/°C，比文獻I的溫度系數(shù)降低一倍以上，能滿足微功耗低壓差線性電源的高性能要求。


圖I為傳統(tǒng)微功耗低壓差的恒流源電路的電路框圖；圖2為文獻I的高精度恒流源電路的電路框圖；圖3為本發(fā)明的具有帶隙基準功能的恒流源電路的電路圖。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
不僅限于下面的描述，現(xiàn)結(jié)合附圖加以進ー步說明。本發(fā)明的具有帶隙基準功能的恒流源電路的電路圖如圖3所示，本發(fā)明電路由帶隙基準核単元、帶隙基準偏置単元和恒流源輸出單元組成。其中，帶隙基準偏置単元為帶隙基準核単元提供偏置電流，帶隙基準核単元為恒流源輸出單元提供基準電壓，恒流源輸出単元通過熔絲修調(diào)開關(guān)調(diào)整恒流源電流，達到控制整個電路靜態(tài)電流的目的。在帶隙基準核単元中，Q1, Q2的集電極分別作為誤差放大器的反相端和同相端，通過Q4、Q6通路，控制Q5的發(fā)射極輸出電壓Vkef, QpQ2的面積比確定電阻R1兩端的電壓，確定帶隙基準核単元的電流，可確定電阻R2上的電壓降，結(jié)合Q1的正向壓降Vbe，可得Q5的發(fā)射極輸出電壓Vkef的值。選擇K1. K2、K3的通斷以及R3、R4> R5值的選取，可對帶隙基準的值進行調(diào)整。Q5是帶隙基準的輸出管，使帶隙基準具有一定的電流輸出能力。選擇も、R2的阻值，結(jié)合Qp Q2的正向壓降，就能得到一定溫度系數(shù)的帶隙基準電壓VKEF。在帶隙基準偏置單元中，由M1, M2、M3> M4, Q7, Q8, Q9, Q10, R6構(gòu)成偏置單元，M1, M2為電流鏡，M1為帶隙基準源核即偏置輸入點A提供偏置電流，而Q7、Q8> Q9> Q10> R6確定偏置單元偏置電流，Q9、Q10面積比確定電阻R6兩端的電壓降，結(jié)合R6的電阻的阻值即確定M2支路的偏置電流，M1偏置支路的偏置電流由M1與M2管子尺寸關(guān)系確定。Q7、Q8的基極連在一起結(jié)Q7的集電極，M3、M4為Q7、Q8提供偏置電流。在恒流源輸出單元中，M5、M6、M7、M8構(gòu)成鏡像電流鏡，M5, Q5, R7, R8, R9, R10以及熔絲開關(guān)K4、K5、K6構(gòu)成恒流源輸出單元的主控電流支路，Q5的發(fā)射極輸出電壓即Vkef以及電阻 R7確定恒流源主控支路的電流Itl,合理調(diào)整帶隙基準輸出電壓Vkef的溫度性能結(jié)合電阻R7 的溫度系數(shù)，即可得到溫度系數(shù)很小的恒流源電流I。，通過ル為、M8、M5的鏡像電流鏡，就可將I0鏡像到I” 12、I3，設(shè)計了電阻r8、r9、r10以及熔絲開關(guān)K4、K5、K6對I0的值進行調(diào)整，這樣當I。發(fā)生變化吋，I0的鏡像電流I” 12、I3同時發(fā)生變化，從而達到控制整個電路靜態(tài)電流變化的目的。本發(fā)明電路的具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系、作用關(guān)系與本說明書的發(fā)明內(nèi)容部分相同， 此處不再重復(fù)。它的工作原理如下在帶隙基準偏置單元中，設(shè)Q1(l、Q9發(fā)射極面積比為4，R6兩端的電壓為VX = Vt ln4，則流過電阻R6的電流為I6 = Vt In4/R。電流鏡M1為帶隙基準提供工作電流，根據(jù)M2 電流以及MpM2的尺寸可確定M1的電流。本發(fā)明電路中，M1溝道寬度為M2溝道寬度的3倍。帶隙基準核単元中，Q2發(fā)射極面積設(shè)為Q1的8倍，R1兩端的電壓為Qp Q2的基極發(fā)射極電壓差，R2的溫度系數(shù)為正，而も的EB結(jié)電壓的溫度系數(shù)為負，則可得Q5發(fā)射極的輸出電壓即Vkef。R1兩端的電壓為VX = Vt ln8，流過化為的集電極電流為J1 = Vt Ir^R1，其中， Vt 為熱敏電壓VT = kt/q = 26mV ；則Q5 的發(fā)射極輸出電壓 Vkef 為
權(quán)利要求
1.一種具有帶隙基準源功能的恒流源電路，其特征在于含有一個帶隙基準核單元，提供恒流源電流，包括三個 NPN 管 Q1' Q2, Q5,三個 PNP 管 Q3> Q4、Q6,兩個電容 C1、C2，六個電阻 R1' R2、R3、R4、R5'R11和三個熔絲修調(diào)開關(guān)I、K2、K3,其中，Q3的基極與Q4的基極、Q3的集電極連接，Q3的發(fā)射極與Q4的發(fā)射極、Q6的發(fā)射極、C1的上極板連接在一起，并與偏置輸入點A相接，電容C1的下極板接地，Q2的集電極與 Q3的集電極、Q1的集電極、Q4的集電極、Q6的基極、C2的上極板連接，C2的下極板接地，Q6的集電極接R11的a端，R11的b端接地，電阻R1的a端接Q2的發(fā)射極，R1的b端與Ql的發(fā)射極、R2的a端連接,K1的a端與R3的a端、R2的b端連接,K1的b端與R3的b端、K2的a端、 R4的a端連接，K2的b端與R4的b端、K3的a端、R5的a端連接，K3的b端接R5的b端,并接地，Q5的集電極與恒流源輸出單元的M5漏極相接，Q5的基極接偏置輸入點A，Q5的發(fā)射極與Q2的基極、Q1的基極連接，為帶隙基準的輸出端Vkef ；一個帶隙基準偏置單元，提供偏置電流，包括四個 PMOS 管 M1' M2、M3、M4,四個 NPN 管 Q7, Q8、Q9、Q10 和電阻 R6,其中，Ml的源極和襯底與電源V。。相接，Ml的漏極為偏置輸入點A，M2的源極和襯底與電源V。。相接，M1的柵極與M2的柵極、M2的漏極、Q8的發(fā)射極連接在一起，M4的漏極與Q7的基極、Q8的基極、Q7的發(fā)射極連接在一起，Q8的發(fā)射極與Qltl的集電極、Q9的基極連接在一起；Q7的發(fā)射極與Q9的集電極、Qltl的基極連接，Q9的發(fā)射極接地，Qltl的發(fā)射極接R6的a端， R6的b端接地，M3的源極和襯底與電源V。。相接，M3的柵極、漏極接M4的源極，M4的襯底與電源Vcc相接，M4的柵極接地，M4的漏極接Q7的集電極；一個恒流源輸出單元，輸出恒流源電流，包括四個PMOS管M5、M6、M7、M8, 一個NPN管Q5,四個電阻R7、R8, R9, R10和三個熔絲修調(diào)開關(guān) 、Kg，其中，M5、M6、M7、M8的源極和襯底均與電源V。。連接在一起，M5, M6, M7, M8的柵極均與M5 的漏極相接，與帶隙基準核單元中Q5的集電極連接在一起，Q5的基極接偏置輸入點A，Q5的發(fā)射極與R7的a端相接，M6的漏極輸出恒流源電流I1, M7的漏極輸出恒流源電流12，M8的漏極輸出恒流源電流K4的a端、電阻R8的a端、電阻R7的b端連接在一起,K4的b端與 R8的b端、K5的a端、R9的a端連接，K5的b端與R9的b端、K6的a端、Rltl的a端連接，K6 的b端與Rltl的b端相接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有帶隙基準功能的恒流源電路，它含有一個帶隙基準核單元、一個帶隙基準偏置單元和恒流源輸出單元。帶隙基準偏置單元為帶隙基準核提供偏置電流，帶隙基準核單元為恒流源輸出單元提供一定溫度系數(shù)的帶隙基準電壓，結(jié)合恒流源輸出單元的熔絲修調(diào)結(jié)構(gòu)可調(diào)整個恒流源支路的電流。通過調(diào)整帶隙基準電壓的溫度系數(shù)與恒流源輸出單元電阻的溫度系數(shù)的匹配，得到對電源電壓和溫度不敏感的恒流源電流。本發(fā)明電路應(yīng)用于微功耗低壓差線性電源中，使低壓差線性電源靜態(tài)電流的溫度系數(shù)小于50ppm/℃，對電源電壓的抑制比大于60dB。本發(fā)明電路可應(yīng)用于微功耗低壓差的線性電源領(lǐng)域。
文檔編號G05F1/56GK102591395SQ201210056409
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者李儒章, 胡剛毅, 胡永貴, 陳光炳 申請人:中國電子科技集團公司第二十四研究所