本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源。

背景技術(shù)：

PTAT電流源是模擬集成電路里的一個(gè)重要參考電流源，一般由電流源和電流鏡構(gòu)成，一般用于給其他電路模塊提供精確的偏置電流，該偏置電流應(yīng)當(dāng)對電源電壓的波動(dòng)不敏感?？梢越普J(rèn)為，在電源電壓滿足最低工作電壓條件下，該偏置電流與電源電壓無關(guān)。

PTAT電流源有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：零電流狀態(tài)和正常工作狀態(tài)。

為了使PTAT電流源進(jìn)入正常工作狀態(tài)，需要一個(gè)啟動(dòng)電路模塊給PTAT電流源提供一定的啟動(dòng)電流，迫使PTAT電流源脫離零電流狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。待PTAT電流源進(jìn)入正常工作狀態(tài)之后，啟動(dòng)電路模塊應(yīng)當(dāng)與PTAT電流源模塊斷開，避免在正常工作狀態(tài)下，啟動(dòng)模塊對PTAT電流源的干擾。

目前，常用的PTAT電流源的啟動(dòng)電路模塊，能夠使PTAT電流源很快進(jìn)入正常工作狀態(tài)。但是，常見的啟動(dòng)電路模塊，只能通過斷開電源的方法使得PTAT電流源進(jìn)入零電流狀態(tài)，一般無法在連接電源情況下讓PTAT電流源進(jìn)入零電流狀態(tài)。某些特殊情況下，我們需要在不斷開電源的情況下，通過一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，讓PTAT電流源在正常工作狀態(tài)與零電流狀態(tài)之間快速切換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源，以滿足特殊情況下的需要。例如，該發(fā)明可以應(yīng)用于正電壓低壓差線性穩(wěn)壓器(正電壓LDO)與負(fù)電壓低壓差線性穩(wěn)壓器(負(fù)電壓LDO)輪流工作的開關(guān)控制，也可以用于電池供電的電源管理芯片或便攜設(shè)備中的欠壓鎖定(UVLO)模塊。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源，包括：

電流源模塊，用于產(chǎn)生PTAT電流；

電流鏡模塊，與所述電流源模塊相連，將電流源模塊產(chǎn)生的PTAT電流鏡像到其他電路模塊；

啟動(dòng)電路模塊，與電流鏡模塊相連，并通過一個(gè)NPN三極管(啟動(dòng)管)與電流鏡模塊連接，用于為所述電流鏡模塊以及電流源模塊提供啟動(dòng)電流；

優(yōu)選地，啟動(dòng)電路模塊包括：

柵極和源極接電源(負(fù)電壓)，漏極接第一三極管和第十六三極管集電極和基極、第二三極管和第十七三極管基極的第一JFET場效應(yīng)管。

發(fā)射極連接地，基極和集電極接第二三極管基極和第一JFET場效應(yīng)管漏極的第一三極管。

發(fā)射極連接地，基極接第一JFET場效應(yīng)管漏極和第一三極管基極和集電極的第二三極管。

發(fā)射極連接第二三極管集電極，基極接第一輸入端(CS)和第十五三極管基極和集電極，集電極接第四三極管基極和集電極、第十七三極管集電極、第十四三極管基極的第三三極管。

基極和集電極連接第三三極管集電極、第十四三極管基極和第十七三極管集電極，發(fā)射極連接第一電阻和第二電阻的第四三極管。

基極連接第四三極管基極和集電極、第十七三極管集電極、第十四三極管基極和第三三極管集電極，集電極連接第六、七、八、九三極管基極，以及第六三極管和第十三三極管集電極，發(fā)射極接第七三極管集電極和第二電阻的第五三極管。

基極接第三三極管集電極、第四三極管基極和集電極、第十七三極管集電極、第五三極管基極，發(fā)射極接第九三極管集電極和第十二三極管發(fā)射極，集電極接電源(負(fù)電壓)的第十四三極管。

基極和集電極連接第一輸入端(CS)和第三三極管基極，發(fā)射極接第十六、十七三極管發(fā)射極的第十五三極管。

基極和發(fā)射極連接第一JFET場效應(yīng)管漏極、第一三極管集電極和基極、第二三極管基極、第十七三極管集電極，發(fā)射極接第十五三極管和第十七三極管發(fā)射極的第十六三極管。

基極連接第十六三極管基極和發(fā)射極、第一JFET場效應(yīng)管漏極、第一三極管集電極和基極、第二三極管基極，發(fā)射極接第十五、十六三極管發(fā)射極，集電極接第三三極管集電極、第四三極管基極和集電極、第五三極管和第十四三極管基極的第十七三極管。

一端接第二電阻和第四三極管發(fā)射極，一端接電源(負(fù)電壓)的第一電阻。

一端接第一電阻和第四三極管發(fā)射極，一端接第五三極管發(fā)射極和第七三極管集電極的第二電阻。

其中，所述第二電阻用于當(dāng)所述具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源啟動(dòng)后，通過限制所述第五三極管的電壓，關(guān)斷所述第五三極管。

優(yōu)選地，電流源模塊包括：

基極和集電極連接第八三極管集電極和第十一、十二三極管基極，發(fā)射極接第三電阻的第十三極管。

基極接第八三極管集電極、第十三極管基極和集電極、第十二三極管基極，集電極接第十三三極管基極和第十二三極管集電極，發(fā)射極接電源(負(fù)電壓)的第十一三極管。

一端接第十三極管發(fā)射極，一端接電源(負(fù)電壓)的第三電阻。

優(yōu)選地，電流鏡模塊包括：

基極和集電極接第五三極管和第十三三極管集電極、第七、八、九三極管基極，發(fā)射極接地的第六三極管。

基極接第六三極管基極和發(fā)射極、第五三極管和第十三三極管集電極、第八、九三極管基極，集電極接第五三極管發(fā)射極和第二電阻，發(fā)射極接地的第七三極管

基極接第六三極管基極和發(fā)射極、第五三極管和第十三三極管集電極、第七三極管和第九三極管基極，集電極接第十三極管基極和集電極、第十一、十二三極管基極，發(fā)射極接地的第八三極管。

基極接第六三極管基極和發(fā)射極、第五三極管和第十三三極管集電極、第七、八三極管基極，集電極接第十二三極管和第十四三極管發(fā)射極，發(fā)射極接地的第九三極管。

基極接第十三極管基極和集電極、第八三極管集電極、第十一三極管基極，發(fā)射極接第九三極管集電極和第十四三極管發(fā)射極，集電極接第十一三極管集電極和第十三三極管基極的第十二三極管。

基極接第十一、十二三極管集電極，集電極接第五三極管集電極、第六三極管基極和集電極、第七、八、九三極管基極，發(fā)射極接電源(負(fù)電壓)的第十三三極管。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，本發(fā)明公開了一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源。這種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源由啟動(dòng)電路模塊、電流源模塊和電流鏡模塊組成。在不切斷電源的情況下，通過一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，讓PTAT電流源在正常工作狀態(tài)與零電流狀態(tài)之間快速切換。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一公開的一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二公開的一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清晰地描述。顯而易見，所闡述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是所有的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出任何創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，所得到的所有其他實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

由背景技術(shù)可知，常用的PTAT電流源的啟動(dòng)電路模塊能夠使PTAT電流源很快進(jìn)入正常工作狀態(tài)。但是，對于常見的啟動(dòng)電路模塊，一般無法在連接電源情況下讓PTAT電流源進(jìn)入零電流狀態(tài)，只能通過斷開電源的方法使得PTAT電流源進(jìn)入零電流狀態(tài)。有些情況下，我們需要在不斷開電源的情況下，通過一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，讓PTAT電流源在正常工作狀態(tài)與零電流狀態(tài)之間快速切換。

本發(fā)明公開了一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源。這種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源由電流源模塊、電流鏡模塊和啟動(dòng)電路模塊組成。

有關(guān)于上述具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源電路結(jié)構(gòu)及工作原理，將通過以下實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實(shí)施例一

請參閱附圖1，為本發(fā)明實(shí)施例一公開的一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源結(jié)構(gòu)示意圖。這種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源具體包括：

啟動(dòng)模塊10，用于實(shí)現(xiàn)電流源的零電流工作狀態(tài)與正常工作狀態(tài)之間的快速切換；

電流鏡模塊11，與電流源模塊12相連，將電流源產(chǎn)生的PTAT鏡像到其他電路模塊；

電流源模塊12，與電流鏡模塊11相連，用于產(chǎn)生PTAT電流。

本實(shí)施例中，具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源由啟動(dòng)電路模塊、電流鏡模塊和電流鏡模塊組成。

實(shí)施例二

請參閱附圖2，為本發(fā)明實(shí)施例二公開的另一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源電路結(jié)構(gòu)示意圖。這種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源具體包括：

柵極和源極接電源(負(fù)電壓)，漏極接第一三極管和第十六三極管集電極和基極、第二三極管和第十七三極管基極的第一JFET場效應(yīng)管。

發(fā)射極連接地，基極和集電極接第二三極管基極和第一JFET場效應(yīng)管漏極的第一三極管。

發(fā)射極連接地，基極接第一JFET場效應(yīng)管漏極和第一三極管基極和集電極的第二三極管。

發(fā)射極連接第二三極管集電極，基極接第一輸入端(CS)和第十五三極管基極和集電極，集電極接第四三極管基極和集電極、第十七三極管集電極、第十四三極管基極的第三三極管。

基極和集電極連接第三三極管集電極、第十四三極管基極和第十七三極管集電極，發(fā)射極連接第一電阻和第二電阻的第四三極管。

基極連接第四三極管基極和集電極、第十七三極管集電極、第十四三極管基極和第三三極管集電極，集電極連接第六、七、八、九三極管基極，以及第六三極管和第十三三極管集電極，發(fā)射極接第七三極管集電極和第二電阻的第五三極管。

基極接第三三極管集電極、第四三極管基極和集電極、第十七三極管集電極、第五三極管基極，發(fā)射極接第九三極管集電極和第十二三極管發(fā)射極，集電極接電源(負(fù)電壓)的第十四三極管。

基極和集電極連接第一輸入端(CS)和第三三極管基極，發(fā)射極接第十六、十七三極管發(fā)射極的第十五三極管。

基極和發(fā)射極連接第一JFET場效應(yīng)管漏極、第一三極管集電極和基極、第二三極管基極、第十七三極管集電極，發(fā)射極接第十五三極管和第十七三極管發(fā)射極的第十六三極管。

基極連接第十六三極管基極和發(fā)射極、第一JFET場效應(yīng)管漏極、第一三極管集電極和基極、第二三極管基極，發(fā)射極接第十五、十六三極管發(fā)射極，集電極接第三三極管集電極、第四三極管基極和集電極、第五三極管和第十四三極管基極的第十七三極管。

一端接第二電阻和第四三極管發(fā)射極，一端接電源(負(fù)電壓)的第一電阻。

一端接第一電阻和第四三極管發(fā)射極，一端接第五三極管發(fā)射極和第七三極管集電極的第二電阻。

其中，所述第二電阻用于當(dāng)所述具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源啟動(dòng)后，通過限制所述第五三極管的電壓，關(guān)斷所述第五三極管。

基極和集電極連接第八三極管集電極和第十一、十二三極管基極，發(fā)射極接第三電阻的第十三極管。

基極接第八三極管集電極、第十三極管基極和集電極、第十二三極管基極，集電極接第十三三極管基極和第十二三極管集電極，發(fā)射極接電源(負(fù)電壓)的第十一三極管。

一端接第十三極管發(fā)射極，一端接電源(負(fù)電壓)的第三電阻。

基極和集電極接第五三極管和第十三三極管集電極、第七、八、九三極管基極，發(fā)射極接地的第六三極管。

基極接第六三極管基極和發(fā)射極、第五三極管和第十三三極管集電極、第八、九三極管基極，集電極接第五三極管發(fā)射極和第二電阻，發(fā)射極接地的第七三極管

基極接第六三極管基極和發(fā)射極、第五三極管和第十三三極管集電極、第七三極管和第九三極管基極，集電極接第十三極管基極和集電極、第十一、十二三極管基極，發(fā)射極接地的第八三極管。

基極接第六三極管基極和發(fā)射極、第五三極管和第十三三極管集電極、第七、八三極管基極，集電極接第十二三極管和第十四三極管發(fā)射極，發(fā)射極接地的第九三極管。

基極接第十三極管基極和集電極、第八三極管集電極、第十一三極管基極，發(fā)射極接第九三極管集電極和第十四三極管發(fā)射極，集電極接第十一三極管集電極和第十三三極管基極的第十二三極管。

基極接第十一、十二三極管集電極，集電極接第五三極管集電極、第六三極管基極和集電極、第七、八、九三極管基極，發(fā)射極接電源(負(fù)電壓)的第十三三極管。

基于上述連接關(guān)系，這種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源，具體工作原理如下：

電源(負(fù)電壓)上電瞬間，JFET場效應(yīng)管M1和二極管連接形式的Q1支路首先導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān)控制信號(hào)CS為負(fù)壓且絕對值大于一定值(負(fù)閾值電壓)并小于電源(負(fù)電壓)電壓絕對值時(shí)，Q15、Q16和Q17截止，Q2和Q3導(dǎo)通，Q2鏡像Q1導(dǎo)通電流到二極管連接形式的Q4。Q4為啟動(dòng)管Q5提供偏置電壓，Q5和Q6導(dǎo)通，Q6為Q7、Q8和Q9提供偏置電壓，Q7、Q8和Q9導(dǎo)通。電流源模塊脫離零電流狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，產(chǎn)生PTAT偏置電流。此時(shí)，Q6、Q7、Q8和Q9所在的四條支路電流相等，均為PTAT偏置電流。此時(shí)，Q7支路電流增加了R2電阻分壓，迫使啟動(dòng)管Q5關(guān)斷，啟動(dòng)模塊幾乎不再影響電流源模塊和電流鏡模塊。

當(dāng)CS電壓絕對值減小到負(fù)閾值電壓時(shí)，Q3和Q4進(jìn)入截止區(qū)，Q14基極電位降低，Q14導(dǎo)通，截取Q9集電極電流，迫使電流源模塊由正常工作狀態(tài)進(jìn)入零電流狀態(tài)。

當(dāng)CS電壓為正壓且高于一定值(正閾值電壓)時(shí)，Q15、Q16和Q17導(dǎo)通，Q1、Q2和Q3截止。剩下的啟動(dòng)或關(guān)斷過程與負(fù)邏輯啟動(dòng)或關(guān)斷過程一致。

正常工作情況下，由于R1的存在，使得關(guān)斷管Q14的基極電位相對于電源(負(fù)電壓)電壓來說，高于一個(gè)V_BE，而Q14的發(fā)射極電位相對于電源(負(fù)電壓)電壓來說，是2V_BE，因此Q14處于截止區(qū)。

根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可知，負(fù)閾值電壓的絕對值與正閾值電壓均近似為：

V_TH＝V_BE+V_CE

Q12有三個(gè)作用：一是與Q8和Q9構(gòu)成類似于威爾遜電流鏡結(jié)構(gòu)，提高Q10和Q11導(dǎo)通電流的匹配性，提高PTAT偏置電流的精度。二是利用其基極電流削弱三極管電流放大系數(shù)β造成的I_C10與I_C11的失配，提高電流源輸出電流的精度；三是抬高Q14發(fā)射極電位(相對輸入電壓)。

Q10和Q11的發(fā)射極面積比為N：1，忽略基極電流的情況下，兩者集電極電流相等。因此，正常工作狀態(tài)下，有：

V_BE11-V_BE10＝V_Tln N

由KVL得，Q10、Q11和R3組成的回路滿足：

V_BE11＝V_BE10+I_PTAT·R₃

因此

其中，V_T為熱電壓。

在考慮基極電流情況下，如果沒有Q12的存在，那么，

加入Q12以后，

其中，β_N、β_P分別是NPN三極管和PNP三極管的電流放大系數(shù)，ε為誤差系數(shù)。

因此，當(dāng)β_N＝β_P時(shí)，誤差系數(shù)ε＝0。NPN三極管和PNP三極管的I-V特性對稱性越高，誤差系數(shù)就越小。因此，該結(jié)構(gòu)顯著提高了電流源輸出電流的精度。

Q13有兩個(gè)作用。一是鉗位作用，將Q11集電極電位鉗位在比電源電位高一個(gè)V_BE的電位上，提高了Q10和Q11的電流對稱性，進(jìn)而提高了電流源輸出電流的精度；二是輔助啟動(dòng)作用，啟動(dòng)之初，Q8和Q12所在支路電流相等，且都比較小。因此R3上的分壓可以忽略，V_BE10＝V_BE11。由于Q10和Q11的發(fā)射極面積比為N：1，因此，I_S10＝10I_S11，I_C10＝10I_c11。所以，Q12提供的電流大于Q11所能導(dǎo)通的電流，剩余電流流向Q13的基極，經(jīng)過Q13放大β倍之后，大幅度提高了Q6的導(dǎo)通電流，進(jìn)而提高了Q7、Q8和Q9所在支路的電流，加快了電流源模塊由零電流狀態(tài)向正常工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。

綜上所述：

本發(fā)明公開了一種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源。這種具有正負(fù)關(guān)斷邏輯的電流源，在狀態(tài)控制信號(hào)CS的控制下，可以在不切斷電源情況下，使得電流源模塊在零電流狀態(tài)和正常工作狀態(tài)之間快速切換。

本說明書中對各實(shí)施例采用了遞進(jìn)方式進(jìn)行描述，對每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)描述的部分都是與其他實(shí)施例不同之處，各實(shí)施例之間相同或相似的部分相互參見即可。

對本專利所公開的實(shí)施例的上述說明，可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例進(jìn)行的各種潤飾，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說都是顯而易見的。本專利中所定義的一般原理都可以在不脫離本專利聲明的基本思想情況下，在其它的實(shí)施例中得到實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明專利所受保護(hù)范圍，將不限制于本文所示的實(shí)施例，而是符合與本文所公開的原理和創(chuàng)新點(diǎn)相一致的最寬范圍。