專(zhuān)利名稱(chēng)：電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及模擬集成電路中的電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，作為模擬電路和數(shù)?；旌想娐返闹匾糠郑瑸槠渌娐纺K如振蕩器、濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換和精確的時(shí)間延遲模塊提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電流。
背景技術(shù)：
在模擬、模數(shù)混合甚至純數(shù)字電路中都需要基準(zhǔn)電流源，基準(zhǔn)電流源是集成電路中非常重要的功能模塊。對(duì)于電流來(lái)說(shuō)，在長(zhǎng)金屬線上傳輸時(shí)沒(méi)有損失，而電壓則有損失， 所以，在有長(zhǎng)互連金屬線的模擬電路中，更傾向使用電流基準(zhǔn)源；另外，如果電路采用電流模式，會(huì)比采用電壓模式能在更高的頻率下工作，以提高電路的速度，但是，電流模式電路在大溫度范圍內(nèi)工作時(shí)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性直接決定于電流源的溫度穩(wěn)定性。為了滿足電路在惡劣的外界溫度環(huán)境下正常工作的要求，參考電流源必須具有非常小的溫度系數(shù)。電子科技大學(xué)擁有的專(zhuān)利技術(shù)“高階溫度補(bǔ)償CMOS電流基準(zhǔn)源”(專(zhuān)利號(hào)ZL 200510021871. 2，授權(quán)公告號(hào)CN 100385363C)公開(kāi)了一種高階溫度補(bǔ)償CMOS電流基準(zhǔn)源，主要包括一階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生經(jīng)過(guò)一階溫度補(bǔ)償?shù)碾娏?；一階溫度補(bǔ)償電流的高溫段補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生一階溫度補(bǔ)償電流的高溫段補(bǔ)償電流；一階溫度補(bǔ)償電流的低溫段補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生一階溫度補(bǔ)償電流的低溫段補(bǔ)償電流；電流疊加電路，用于將一階溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路、一階溫度補(bǔ)償電流的高溫段補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路和一階溫度補(bǔ)償電流的低溫段補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的三個(gè)電流進(jìn)行疊加后輸出與溫度無(wú)關(guān)的電流。該方法雖然采用了在不同溫度段利用PTAT(與溫度成正比)的電流和CTAT(與溫度成反比)的電流按比例疊加的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高階溫度補(bǔ)償，輸出基準(zhǔn)電流，但仍然存在的不足一是基準(zhǔn)電流源電路采用了放大器結(jié)構(gòu)，使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化；二是在高溫度段和低溫度段內(nèi)，分別有一支補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路閑置，使電路利用率低，造成基準(zhǔn)電流源模塊工作效率降低。電子科技大學(xué)擁有的專(zhuān)利技術(shù)“負(fù)溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路及溫度補(bǔ)償電流基準(zhǔn)源”(專(zhuān)利號(hào)ZL 200610020154. 2，授權(quán)公告號(hào)CN 100373283C)公開(kāi)了一種負(fù)溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路及溫度補(bǔ)償電流基準(zhǔn)源，主要包括一階正溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生一階正溫度補(bǔ)償電流；二階正溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生二階正溫度補(bǔ)償電流；三階負(fù)溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生三階負(fù)溫度補(bǔ)償電流；比例求和電路和輸出電路，用于將一階正溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路、二階正溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路和三階負(fù)溫度補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的三個(gè)電流進(jìn)行疊加后輸出與溫度無(wú)關(guān)的電流。該方法實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)電流較低的溫度系數(shù)，但仍然存在的不足是低溫度范圍窄，只覆蓋到-10°C，在低于-10°C時(shí)，溫度系數(shù)迅速惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，采用共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)，提高電源抑制比，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)溫度段內(nèi)，利用同一支路產(chǎn)生兩種溫度系數(shù)的補(bǔ)償電流，提高電路利用率，提高模塊工作效率，復(fù)合使用分段曲率補(bǔ)償和高階非線性溫度補(bǔ)償，使基準(zhǔn)電流在更寬的溫度范圍內(nèi)得到補(bǔ)償，進(jìn)一步減小溫度系數(shù)，滿足基準(zhǔn)電流源性能指標(biāo)的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括電流產(chǎn)生電路、電流鏡像電路、第一級(jí)電流求差電路、第二級(jí)電流求差電路、第三級(jí)電流求差電路五部分；所述電流產(chǎn)生電路輸出端連接電流鏡像電路，電流鏡像電路輸入端接輸入電流，輸出端連接第一級(jí)電流求差電路和第三級(jí)電流求差電路，第一級(jí)電流求差電路輸出端連接到第二級(jí)電流求差電路，第二級(jí)電流求差電路輸出端連接到第三級(jí)電流求差電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明利用共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)，提供合適的電源抑制比，避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用放大器電路造成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。(2)本發(fā)明利用同一支電路在兩個(gè)溫度段產(chǎn)生不同的補(bǔ)償電流，不存在現(xiàn)有技術(shù)中在高溫段和低溫段分別有一支補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路閑置，造成基準(zhǔn)電流源模塊工作效率低的缺點(diǎn)，提高電流源工作效率。(3)本發(fā)明利用分段曲率補(bǔ)償和高階非線性溫度補(bǔ)償復(fù)合應(yīng)用的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中單一補(bǔ)償方法溫度范圍窄造成補(bǔ)償效果有限的缺點(diǎn)，使基準(zhǔn)電流在更寬的溫度范圍內(nèi)得到有效補(bǔ)償。


圖1為本發(fā)明電路的方框圖；圖2為本發(fā)明電路的電原理圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。參照?qǐng)D1，本發(fā)明包括電流產(chǎn)生電路、電流鏡像電路、第一級(jí)電流求差電路、第二級(jí)電流求差電路、第三級(jí)電流求差電路五部分；所述電流產(chǎn)生電路輸出端連接電流鏡像電路， 電流鏡像電路輸入端接輸入電流，輸出端連接第一級(jí)電流求差電路和第三級(jí)電流求差電路，第一級(jí)電流求差電路輸出端連接到第二級(jí)電流求差電路，第二級(jí)電流求差電路輸出端連接到第三級(jí)電流求差電路。參照?qǐng)D2，電流產(chǎn)生電路中的三極管3和電阻4串聯(lián)，輸入基準(zhǔn)電壓接三極管3的基極，減去三極管3的BE結(jié)電壓后落在電阻4上，產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流，從三極管3的集電極流出到電流鏡像電路中的PMOS管2的漏極。電流鏡像電路包括八個(gè)PMOS管，兩個(gè)匪OS管。八個(gè)PMOS管中的PMOS管1和PMOS 管5源極接電源VDD，PM0S管1的柵極分別與其漏極和PMOS管5的柵極連接，PMOS管1和 PMOS管5的連接方式構(gòu)成共源共柵電流鏡的輸入對(duì)管，PMOS管1的漏極接輸入電流，輸入電流為來(lái)自外部基準(zhǔn)電壓模塊的負(fù)溫度系數(shù)電流；八個(gè)PMOS管中的PMOS管1和PMOS管 16源極接電源VDD，PMOS管1的柵極分別與其漏極和PMOS管16的柵極連接，PMOS管1和 PMOS管16的連接方式構(gòu)成共源共柵電流鏡的輸入對(duì)管，PMOS管16的漏極輸出負(fù)溫度系數(shù)電流到第三級(jí)電流求差電路；八個(gè)PMOS管中的PMOS管9的柵極分別與其漏極和PMOS管6 的柵極連接，PMOS管6的漏極接NMOS管7的漏極，PMOS管9的漏極接NMOS管10的漏極， PMOS管9的源極接PMOS管8的漏極，PMOS管8為二極管連接形式，源極接電源VDD，PMOS 管6 10的連接方式構(gòu)成共源共柵器件偏置電壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生偏置電壓；八個(gè)PMOS管中的PMOS管2的柵極分別與其漏極和PMOS管11的柵極連接，其源極接電源VDD，PMOS管2 和PMOS管11的連接方式構(gòu)成共源共柵電流鏡的輸入對(duì)管，PMOS管11的漏極輸出電流到第一級(jí)電流求差電路；NMOS管7的柵極分別與其漏極和NMOS管10的柵極連接，兩管的源極接地，NMOS管7和NMOS管10的連接方式構(gòu)成電流鏡。第一級(jí)電流求差電路包括一個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管。PMOS管12柵極接共源共柵器件偏置電壓，源極接PMOS管11的漏極，漏極接NMOS管13漏極；NMOS管13的柵極與電流鏡像電路中的NMOS管7的柵極連接，源極接地，NMOS管13的鏡像負(fù)溫度系數(shù)電流與 PMOS管12的電流求差，生成第一級(jí)補(bǔ)償電流，NMOS管13漏極輸出第一級(jí)補(bǔ)償電流。低溫階段，PMOS管12的電流大于PMOS管13的電流，產(chǎn)生的第一級(jí)補(bǔ)償電流為兩路電流的差值， 輸出到第二級(jí)電流求差電路中；高溫階段，PMOS管12的電流小于PMOS管13的電流，由于通過(guò)三極管14的電流不能反向，流過(guò)PMOS管13的電流被強(qiáng)制拉低，維持兩個(gè)MOS管電流相等，沒(méi)有補(bǔ)償電流流入第二級(jí)電流求差電路。電流求差電路中的三極管14和電阻15串聯(lián)，三極管14的基極與其集電極連接， 射極接第三級(jí)電流求差電路中三極管19的基極，電阻15的電流與三極管14的電流求差， 生成第二級(jí)補(bǔ)償電流，三極管14的射極輸出第二級(jí)補(bǔ)償電流。低溫階段，產(chǎn)生的第二級(jí)補(bǔ)償電流為流過(guò)三極管14的電流與流過(guò)電阻15的電流的差值，輸出到第三級(jí)電流求差電路中；高溫階段，第一級(jí)電流求差電路沒(méi)有補(bǔ)償電流輸出到第二級(jí)電流求差電路，第二級(jí)電流求差電路產(chǎn)生的第二級(jí)補(bǔ)償電流為流過(guò)電阻15的電流，輸出到第三級(jí)電流求差電路，完成兩段中不同溫度系數(shù)的補(bǔ)償。第三級(jí)電流求差電路包括一個(gè)PMOS管和四個(gè)NPN三極管。PMOS管17柵極接共源共柵器件偏置電壓，源極接電流鏡像電路中PMOS管16的漏極，漏極連接三極管18的集電極；四個(gè)NPN三極管中的三極管18基極分別與其集電極和三極管20的基極連接，射極接三極管19的集電極；三極管19的基極分別與其集電極和三極管21的基極連接，射極接地； 三極管21射極接地，集電極與三極管20的射極連接；四個(gè)三極管組成類(lèi)似MOS管共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)的鏡像電路；PMOS管17的電流與第二級(jí)電流求差電路輸入的第二級(jí)補(bǔ)償電流求差，生成的電流鏡像到三極管21，三極管20的集電極輸出基準(zhǔn)電流。
權(quán)利要求
1.一種電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，包括電流產(chǎn)生電路、電流鏡像電路、第一級(jí)電流求差電路、第二級(jí)電流求差電路、第三級(jí)電流求差電路五部分；所述電流產(chǎn)生電路輸出端連接電流鏡像電路，電流鏡像電路輸入端接輸入電流，輸出端連接第一級(jí)電流求差電路和第三級(jí)電流求差電路，第一級(jí)電流求差電路輸出端連接到第二級(jí)電流求差電路，第二級(jí)電流求差電路輸出端連接到第三級(jí)電流求差電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，其特征在于所述電流產(chǎn)生電路中的三極管⑶和電阻串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，其特征在于所述電流鏡像電路包括八個(gè)PMOS管、兩個(gè)NMOS管；其中所述八個(gè)PMOS管中的PMOS管⑴和PMOS管(5)源極接電源VDD，PMOS管⑴的柵極分別與其漏極和PMOS管(5)的柵極連接，PMOS管⑴和PMOS管(5)的連接方式構(gòu)成共源共柵電流鏡的輸入對(duì)管，PMOS管(1)的漏極接輸入電流，輸入電流為來(lái)自外部基準(zhǔn)電壓模塊的負(fù)溫度系數(shù)電流；所述八個(gè)PMOS管中的PMOS管⑴和PMOS管(16)源極接電源VDD，PMOS管⑴的柵極分別與其漏極和PMOS管(16)的柵極連接，PMOS管(1)和PMOS管(16)的連接方式構(gòu)成共源共柵電流鏡的輸入對(duì)管，PMOS管(16)的漏極輸出負(fù)溫度系數(shù)電流到第三級(jí)電流求差電路；所述八個(gè)PMOS管中的PMOS管(9)的柵極分別與其漏極和PMOS管(6)的柵極連接， PMOS管(6)的漏極接NMOS管(7)的漏極，PMOS管(9)的漏極接NMOS管(10)的漏極，PMOS 管(9)的源極接PMOS管(8)的漏極，PMOS管(8)為二極管連接形式，源極接電源VDD，PMOS 管(6) (10)的連接方式構(gòu)成共源共柵器件偏置電壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生偏置電壓；所述八個(gè)PMOS管中的PMOS管O)的柵極分別與其漏極和PMOS管(11)的柵極連接， 其源極接電源VDD，PMOS管( 和PMOS管(11)的連接方式構(gòu)成共源共柵電流鏡的輸入對(duì)管，PMOS管(11)的漏極輸出電流到第一級(jí)電流求差電路；所述NMOS管(7)的柵極分別與其漏極和NMOS管(10)的柵極連接，兩管的源極接地， NMOS管(7)和NMOS管(10)的連接方式構(gòu)成電流鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，其特征在于所述第一級(jí)電流求差電路包括一個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管；其中所述PMOS管(1 柵極接共源共柵器件偏置電壓，源極接PMOS管(11)的漏極，漏極接 NMOS管(13)漏極；NMOS管(13)的柵極與電流鏡像電路中的NMOS管(7)的柵極連接，源極接地，NMOS管(13)的鏡像負(fù)溫度系數(shù)電流與PMOS管(12)的電流求差，生成第一級(jí)補(bǔ)償電流，NMOS管(1 漏極輸出第一級(jí)補(bǔ)償電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，其特征在于所述第二級(jí)電流求差電路中的三極管(14)和電阻(1 串聯(lián)，三極管(14)的基極與其集電極連接，射極接第三級(jí)電流求差電路中三極管(19)的基極，電阻(15)的電流與三極管(14)的電流求差，生成第二級(jí)補(bǔ)償電流，三極管(14)的射極輸出第二級(jí)補(bǔ)償電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，其特征在于所述第三電流求差電路包括一個(gè)PMOS管和四個(gè)NPN三極管；其中所述PMOS管(17)柵極接共源共柵器件偏置電壓，源極接電流鏡像電路中PMOS管(16)的漏極，漏極連接三極管(18)的集電極；所述四個(gè)NPN三極管中的三極管(18)基極分別與其集電極和三極管00)的基極連接，射極接三極管(19)的集電極；三極管(19)的基極分別與其集電極和三極管的基極連接，射極接地；三極管射極接地，集電極與三極管OO)的射極連接；四個(gè)三極管組成類(lèi)似MOS管共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)的鏡像電路；PMOS管(17)的電流與第二級(jí)電流求差電路輸入的第二級(jí)補(bǔ)償電流求差，生成的電流鏡像到三極管(21)，三極管OO)的集電極輸出基準(zhǔn)電流。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電流求差型復(fù)合補(bǔ)償基準(zhǔn)電流源，包括電流產(chǎn)生電路、電流鏡像電路、第一級(jí)電流求差電路、第二級(jí)電流求差電路、第三級(jí)電流求差電路五部分。電流產(chǎn)生電路輸出端連接電流鏡像電路，第一級(jí)電流求差電路與第三級(jí)電流求差電路輸入端接電流鏡像電路輸出端，第一級(jí)電流求差電路輸出端連接第二級(jí)電流求差電路，第二級(jí)電流求差電路輸出端連接第三級(jí)電流求差電路。本發(fā)明能夠簡(jiǎn)化基準(zhǔn)電流源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高基準(zhǔn)電流源的電路利用率，從而提高其工作效率，分段曲率補(bǔ)償和高階非線性溫度補(bǔ)償復(fù)合采用，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)電流在更寬的溫度范圍內(nèi)的有效補(bǔ)償，適用大多數(shù)需要基準(zhǔn)電流源的模擬和數(shù)字電路中。
文檔編號(hào)G05F3/26GK102289244SQ201110168239
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者葉強(qiáng), 來(lái)新泉, 苗苗, 許文丹, 趙陽(yáng) 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)