具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路，主要解決模擬集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電流源所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流隨溫度變化問(wèn)題。該電路包括基準(zhǔn)電流單元(1)、溫度補(bǔ)償單元(2)和電流鏡單元(3)，該電流鏡單元包括第一電流鏡(31)和第二電流鏡(32)，這兩個(gè)電流鏡的輸出端相連；基準(zhǔn)電流單元(1)產(chǎn)生的負(fù)溫度系數(shù)電流IN，和溫度補(bǔ)償單元(2)產(chǎn)生的正溫度系數(shù)的電流IP分別輸入到第一電流鏡(31)和第二電流鏡(32)中，并被第一電流鏡(31)和第二電流鏡(32)鏡像到這兩個(gè)電流鏡的輸出端求和，得到具有低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電流IO。本發(fā)明能有效地降低基準(zhǔn)電流IO的溫度系數(shù)，保證了芯片內(nèi)各個(gè)模塊在溫度變化時(shí)都能夠良好的工作，可用于大規(guī)模的集成電路。
【專利說(shuō)明】具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及模擬集成電路，特別是一種具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在模擬集成電路領(lǐng)域，電流源得到了廣泛的應(yīng)用，它是一個(gè)直流量，為芯片各個(gè)模塊提供偏置，影響著芯片各模塊的性能，如功耗，放大倍數(shù)，噪聲，工作范圍等。通常，我們希望產(chǎn)生一個(gè)與電源電壓和工藝無(wú)關(guān)、具有特定的溫度特性的直流電流，在大多數(shù)應(yīng)用中，所要求的溫度關(guān)系采用下面的三種形式中的一種:
[0003]( I)與絕對(duì)溫度成正比；
[0004]( 2 )與絕對(duì)溫度成反比；
[0005](3)與溫度無(wú)關(guān)。
[0006]在這里，與溫度無(wú)關(guān)的電流源更符合大多數(shù)模擬集成電路的需求，因此得到了最廣泛的應(yīng)用。
[0007]圖1顯示了傳統(tǒng)的電流源基準(zhǔn)方框圖，它包括運(yùn)算放大器100，電阻RdSSNMOS管Mn和電流鏡單元；運(yùn)算放大器100，其正向輸入端a連接基準(zhǔn)電壓Vref，其反向輸入端b通過(guò)電阻R連接到地，其輸出端ο連接到低壓NMOS管Mn的柵極；該低壓NMOS管Mn的漏極連接到電流源單元，其源極連接到運(yùn)算放大器100的反向輸入端b，從而構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路，保證流過(guò)低壓NMOS管Mn的電流I1恒等于Vref/R。通過(guò)調(diào)節(jié)電流鏡單元中MOS管的尺寸，以調(diào)節(jié)輸出電流I2~In的大小·。通常，采用帶隙結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生接近零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓Vref,但由于電阻R具有特定的溫度系數(shù)，使得流過(guò)低壓NMOS管Mn的輸出電流I1隨溫度變化，這個(gè)輸出電流通過(guò)電流鏡鏡像到電路的各個(gè)模塊，從而影響到整個(gè)電路的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有基準(zhǔn)電流源的不足，提供一種具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路，以降低輸出電流的溫度系數(shù)，提高輸出電流的準(zhǔn)確性。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是:通過(guò)增加一路溫度補(bǔ)償電流對(duì)輸出電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，降低輸出電流的溫度系數(shù)。整個(gè)電路包括:基準(zhǔn)電流單元I和電流鏡單元3，其特征在于:電流鏡單元3包括第一電流鏡31和第二電流鏡32，基準(zhǔn)電流單元I連接在第一電流鏡31的輸入端e，用于產(chǎn)生大小可調(diào)的負(fù)溫度系數(shù)電流In ;第二電流鏡32的輸入端f連接有溫度補(bǔ)償單元2，用于產(chǎn)生大小可調(diào)的補(bǔ)償電流IP，這兩個(gè)電流鏡的輸出端相連，輸出溫度系數(shù)小于75ppm/°C的低溫度系數(shù)基準(zhǔn)電流I。。
[0010]作為優(yōu)選，所述的基準(zhǔn)電流單元1，包括運(yùn)算放大器11，第一電阻1^，第一低壓NMOS管M1 ;該運(yùn)算放大器11的正向輸入端a連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref，其反向輸入端b通過(guò)第一電阻R1連接到地，其輸出端ο連接到第一低壓NMOS管M1的柵極；第一低壓NMOS管M1的源極連接到運(yùn)算放大器11的反向輸入端b，其漏極連與第一電流鏡相連。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的第一電流鏡31，包括第三低壓PMOS管M3和第四低壓PMOS管M4,第三低壓PMOS管M3的柵極與其自身的漏極和第四低壓PMOS管M4的柵極相連，并連接基準(zhǔn)電流單元I中第一低壓NMOS管M1的漏極，第四低壓PMOS管M4的漏極與第二電流鏡相連，這兩個(gè)低壓PMOS管M3與M4的源極相連，并連接到電源VDD。
[0012]作為優(yōu)選，所述的第二電流鏡32，包括第五低壓PMOS管M5和第六低壓PMOS管M6,這兩個(gè)低壓PMOS管M5和M6的源極相連，并連接到電源VDD ;第六低壓PMOS管M6的柵極與其自身的漏極和第五低壓PMOS管M5的柵極相連，并連接到溫度補(bǔ)償單元2，第五低壓PMOS管M5的漏極與第一電流鏡中第四低壓PMOS管M4的漏極相連。
[0013]作為優(yōu)選，所述的溫度補(bǔ)償單元2包括運(yùn)算放大器21，第二電阻R2，第二低壓NMOS管M2;該運(yùn)算放大器21，其正向輸入端a連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref，其反向輸入端b通過(guò)第二電阻R2連接到地，其輸出端ο連接到第二低壓NMOS管M2的柵極；該第二低壓NMOS管M2，其源極連接到運(yùn)算放大器21的反向輸入端b，其漏極與第二電流鏡中第六低壓PMOS管M6的漏極相連。
[0014]作為優(yōu)選，所述的基準(zhǔn)電流單元I中的運(yùn)算放大器11和溫度補(bǔ)償單元2中的運(yùn)算放大器21為相同的運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器包括低壓PMOS管M7~M16,低壓NMOS管M17~M22和第一電容C1 ；
[0015]該低壓PMOS管M7~Mltl的柵極相連構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，其源極共同連接到電源VDD，第七低壓PMOS管M7的漏極與自身柵極相連作為電流鏡的輸入端，并連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的電流Ib;
[0016]該第十五低壓PMOS管M15和第十六低壓PMOS管M16，用于對(duì)輸入到運(yùn)算放大器外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行電平移位；其中第十五低壓PMOS管M15,其漏極連接到地，其柵極作為運(yùn)算放大器的反相輸入端b，其源極連接到第八低壓PMOS管M8的漏極；第十六低壓PMOS管M16的漏極連接到地，其柵極作為運(yùn)算放大器的同相輸入端a，其源極連接到第九低壓PMOS管M9的漏極；
[0017]該低壓PMOS管M11~M14構(gòu)成共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)；其中第十二低壓PMOS管M12與其自身的漏極和第十一低壓PMOS管M11的柵極相連，這兩個(gè)低壓PMOS管M11和M12的源極共同連接電源VDD，其漏極分別連接第十四低壓PMOS管M14與第十五低壓PMOS管M13的源極；第十三低壓PMOS管M13與其自身的漏極和第十四低壓PMOS管M14的柵極相連；
[0018]該第十九低壓NMOS管M19和第二十二低壓NMOS管M22串聯(lián)連接，其中第十九低壓NMOS管M19的柵極與其自身的漏極和第二十二低壓NMOS管M22柵極連接，第二十二低壓NMOS管M22的源極連接到地，其漏極連接第十九低壓NMOS管M19的源極，第十九低壓NMOS管M19的漏極連接第十低壓PMOS管Mltl的漏極；
[0019]該的第十七低壓NMOS管M17和第十八低壓NMOS管M18,其柵極相連并連接到第十九低壓NMOS管M19的柵極，第十七低壓NMOS管M17的漏極連接第十三低壓PMOS管M13的漏極，第十八低壓NMOS管M18的漏極連接第十四低壓NMOS管M14的漏極，并作為運(yùn)算放大器的輸出端ο ;
[0020]該第二十低壓NMOS管M2tl和第二十一低壓NMOS管M21，其源極共同連接到地，這兩個(gè)低壓NMOS管M20和M21，其柵極分別連接第十六低壓NMOS管M16的源極和第十五低壓NMOS管M15的源極，其漏極分別連接第十七低壓NMOS管M17的源極和第十八低壓NMOS管M18的源極；
[0021]該第一電容C1跨接于低壓PMOS管M15的柵極與低壓PMOS管M16的源極之間，作為運(yùn)算放大器的補(bǔ)償。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)本發(fā)明由于增加了溫度補(bǔ)償單元，使得電流源基準(zhǔn)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流具有較低的溫度系數(shù)，避免了溫度變化對(duì)芯片性能的影響。
[0024](2)本發(fā)明采用的電流鏡單元包括兩個(gè)電流鏡，可對(duì)基準(zhǔn)電流單元和溫度補(bǔ)償單元輸出的電流進(jìn)行鏡像并求和，輸出具有低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是傳統(tǒng)電流源基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖3是本發(fā)明的電路圖；
[0028]圖4是本發(fā)明運(yùn)算放大器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030]參照?qǐng)D2和圖3，本發(fā)明的具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路，包括基準(zhǔn)電流單元
1、溫度補(bǔ)償單元2和電流鏡單元3，該電流鏡單元3包括第一電流鏡31和第二電流鏡32 ；
[0031]所述的基準(zhǔn)電流單元1，用于產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流In ;它包括運(yùn)算放大器11，第一電阻R1，第一低壓NMOS管M1 ;該運(yùn)算放大器11的正向輸入端a連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref，其反向輸入端b通過(guò)第一電阻R1連接到地，其輸出端ο連接到第一低壓NMOS管M1的柵極；第一低壓NMOS管M1的源極連接到運(yùn)算放大器(11)的反向輸入端b，從而構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路，用于保證流過(guò)低壓NMOS管M1的負(fù)溫度系數(shù)的電流In恒定，且In的值為:
【權(quán)利要求】
1.一種具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路，包括基準(zhǔn)電流單元(I)和電流鏡單元(3)，其特征在于:電流鏡單元(3)包括第一電流鏡(31)和第二電流鏡(32)，基準(zhǔn)電流單元(I)連接在第一電流鏡(31)的輸入端e，用于產(chǎn)生大小可調(diào)的負(fù)溫度系數(shù)電流In ;第二電流鏡(32)的輸入端f連接有溫度補(bǔ)償單元(2)，用于產(chǎn)生大小可調(diào)的補(bǔ)償電流IP，這兩個(gè)電流鏡的輸出端相連，輸出溫度系數(shù)小于75ppm/°C的低溫度系數(shù)基準(zhǔn)電流I。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于:基準(zhǔn)電流單元(I)包括運(yùn)算放大器(11)，第一電阻&，第一低壓匪05管乂 ；該運(yùn)算放大器(11)的正向輸入端a連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref，其反向輸入端b通過(guò)第一電阻R1連接到地，其輸出端ο連接到第一低壓NMOS管M1的柵極；第一低壓NMOS管M1的源極連接到運(yùn)算放大器(11)的反向輸入端b,其漏極連與第一電流鏡相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于所述第一電阻R1采用正溫度系數(shù)的材料，用于控制負(fù)溫度系數(shù)電流In的大小，并使其具有負(fù)溫度系數(shù)特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于:所述第一電流鏡(31)，包括第三低壓PMOS管M3和第四低壓PMOS管M4,第三低壓PMOS管M3的柵極與其自身的漏極和第四低壓PMOS管M4的柵極相連，并連接基準(zhǔn)電流單元(I)中第一低壓NMOS管M1的漏極，第四低壓PMOS管M4的漏極與第二電流鏡相連，這兩個(gè)低壓PMOS管M3與M4的源極相連，并連接到電源VDD。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于:所述第二電流鏡(32)，包括第五低壓PMOS管M5和第六低壓PMOS管M6,這兩個(gè)低壓PMOS管M5和M6的源極相連，并連接到電源VDD ;第六低壓PMOS管M6的柵極與其自身的漏極和第五低壓PMOS管M5的柵極相連，并連接到溫度補(bǔ)償單元(2)，第五低壓PMOS管M5的漏極與第一電流鏡中第四低壓PMOS管M4的漏極相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于:溫度補(bǔ)償單元(2)包括運(yùn)算放大器(21)，第二電阻R2，第二低壓NMOS管M2 ;該運(yùn)算放大器(21)，其正向輸入端a連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref，其反向輸入端b通過(guò)第二電阻R2連接到地，其輸出端ο連接到第二低壓NMOS管M2的柵極；該第二低壓NMOS管M2,其源極連接到運(yùn)算放大器(21)的反向輸入端b，其漏極與第二電流鏡中第六低壓PMOS管M6的漏極相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于所述第二電阻R2采用負(fù)溫度系數(shù)的材料，用于控制補(bǔ)償電流Ip的大小，并使其具有正溫度系數(shù)特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低溫度系數(shù)的電流源基準(zhǔn)電路，其特征在于基準(zhǔn)電流單元(I)中的運(yùn)算放大器(11)和溫度補(bǔ)償單元(2)中的運(yùn)算放大器(21)為相同的運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器包括低壓PMOS管M7~M16,低壓NMOS管M17~M22和第一電容C1 ； 所述低壓PMOS管M7~Mltl的柵極相連構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，其源極共同連接到電源VDD，第七低壓PMOS管M7的漏極與自身柵極相連作為電流鏡的輸入端，并連接外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的電流Ib; 所述第十五低壓PMOS管M15和第十六低壓PMOS管M16，用于對(duì)輸入到運(yùn)算放大器外部帶隙基準(zhǔn)模塊輸出的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行電平移位；其中第十五低壓PMOS管M15,其漏極連接到地，其柵極作為運(yùn)算放大器的反相輸入端b，其源極連接到第八低壓PMOS管M8的漏極；第十六低壓PMOS管M16的漏極連接到地，其柵極作為運(yùn)算放大器的同相輸入端a，其源極連接到第九低壓PMOS管M9的漏極； 所述低壓PMOS管M11~M14構(gòu)成共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)；其中第十二低壓PMOS管M12與其自身的漏極和第十一低壓PMOS管M11的柵極相連，這兩個(gè)低壓PMOS管M11和M12的源極共同連接電源VDD，其漏極分別連接第十四低壓PMOS管M14與第十五低壓PMOS管M13的源極；第十三低壓PMOS管M13與其自身的漏極和第十四低壓PMOS管M14的柵極相連； 所述第十九低壓NMOS管M19和第二十二低壓NMOS管M22串聯(lián)連接，其中第十九低壓NMOS管M19的柵極與其自身的漏極和第二十二低壓NMOS管M22柵極連接，第二十二低壓NMOS管M22的源極連接到地，其漏極連接第十九低壓NMOS管M19的源極，第十九低壓NMOS管M19的漏極連接第十低壓PMOS管Mltl的漏極； 所述的第十七低壓NMOS管M17和第十八低壓NMOS管M18,其柵極相連并連接到第十九低壓NMOS管M19的柵極，第十七低壓NMOS管M17的漏極連接第十三低壓PMOS管M13的漏極，第十八低壓NMOS管M18的漏極連接第十四低壓NMOS管M14的漏極，并作為運(yùn)算放大器的輸出端ο ; 所述第二十低壓NMOS管M20和第二十一低壓NMOS管M21，其源極共同連接到地，這兩個(gè)低壓NMOS管M20和M21，其柵極分別連接第十六低壓NMOS管M16的源極和第十五低壓NMOS管M15的源極，其漏極分別連接第十七低壓NMOS管M17的源極和第十八低壓NMOS管M18的源極； 所述第一電容C1跨接于低壓PMOS管M15的柵極與低壓PMOS管M16的源極之間，作為運(yùn)算放大器的補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G05F1/567GK103631306SQ201310642704
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月1日
【發(fā)明者】來(lái)新泉, 李林, 邵麗麗, 田磊 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)