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電流源電路.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510500939.9

申請日:

2015.08.14

公開號:

CN105094200A

公開日:

2015.11.25

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G05F 1/56申請公布日:20151125|||實質審查的生效IPC(主分類):G05F 1/56申請日:20150814|||公開
IPC分類號: G05F1/56 主分類號: G05F1/56
申請人: 燦芯半導體(上海)有限公司
發明人: 陸敏
地址: 201203上海市浦東新區張江高科張東路1158號2號樓7樓
優先權:
專利代理機構: 無錫互維知識產權代理有限公司32236 代理人: 龐聰雅
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510500939.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.05.04|||2015.12.23|||2015.11.25

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種電流源電路,其包括:帶隙基準電壓電路提供正溫度系數的初始電流以及零溫度系數的帶隙基準電壓;正溫度系數電流產生電路,其包括第二鏡像電路,該第二鏡像電路復制所述初始電流得到具有正溫度系數的第一電流;負溫度系數電流產生電路,其根據零溫度系數的帶隙基準電壓和正溫度系數的第三電阻產生負溫度系數的第二電流;電流混合電路,其將第一電流和第二電流混合產生接近零溫度系數的第三電流。這樣得到的第三電流基本不隨外部的溫度變化而變化。

權利要求書

1.一種電流源電路,其特征在于,其包括:
帶隙基準電壓電路,其包括第一雙極型晶體管、第二雙型晶體管、第三雙
極型晶體管、第一電阻、第二電阻和第一鏡像電路,第一雙極型晶體管的集電
極和基極相連,第二雙極型晶體管的集電極和基極相連,第三雙極型晶體管的
集電極和基極相連,第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管和第三雙極型晶體
管的集電極互連,第一電阻的第一連接端與第二雙極型晶體管的發射極相連,
第二電阻的第一連接端與第三雙極型晶體管的發射極相連,第一雙極型晶體管
的發射極至基極的壓降等于第二雙級型晶體管的發射極至基極的壓降與第一電
阻的壓降的和,第一電阻和第二雙級型晶體管上流過的電流為正溫度系數的初
始電流,第一鏡像電路復制所述初始電流得到第一鏡像電流,該第一鏡像電流
流至第二電阻的第二連接端,該第一鏡像電流經過第二電阻和第三雙極型晶體
管,并在第二電阻的第二連接端得到零溫度系數的帶隙基準電壓;
正溫度系數電流產生電路,其包括第二鏡像電路,該第二鏡像電路復制復
制所述初始電流得到具有正溫度系數的第一電流;
負溫度系數電流產生電路,其根據零溫度系數的帶隙基準電壓和正溫度系
數的第三電阻產生負溫度系數的第二電流;
電流混合電路,其將第一電流和第二電流混合產生接近零溫度系數的第三
電流。
2.根據權利要求1所述的電流源電路,其特征在于,所述帶隙基準電壓電
路還包括NMOS晶體管MN1、MN2、PMOS晶體管MP1、MP2和MP3,
所述PMOS晶體管MP1、MP2和MP3的源極與電源電壓端相連,它們柵
極互相連接,并與PMOS晶體管MP2的漏極相連,
PMOS晶體管MP1的漏極與NMOS晶體管MN1的漏極以及柵極相連,
NMOS晶體管MN1的源極與第一雙極型晶體管的發射極相連,
PMOS晶體管MP2的漏極與NMOS晶體管MN2的漏極相連,NMOS晶體
管MN2的源極與第一電阻的第二連接端相連,NMOS晶體管MN2的柵極與
NMOS晶體管MN1的柵極相連,
PMOS晶體管MP3的漏極與第二電阻的第二連接端相連,該PMOS晶體管
MP3就是所述第一鏡像電路。
3.根據權利要求2所述的電流源電路,其特征在于,所述第二鏡像電路為
PMOS晶體管MP4,該PMOS晶體管MP4的源極接電源電壓端,柵極與PMOS
晶體管MP2的柵極相連,其漏極提供所述第一電流。
4.根據權利要求3所述的電流源電路,其特征在于,除了第三電阻,所述
負溫度系數電流產生電路還包括運算放大器、PMOS晶體管MP5、PMOS晶體
管MP6,其中運算放大器的第一輸入端連接所述帶隙基準電壓,第三電阻串聯
于運算放大器的第二輸入端和接地端之間,PMOS晶體管MP5的源極接電源電
壓端,其漏極與運算放大器的第二輸入端相連,其柵極與運算放大器的輸出端
相連,PMOS晶體管MP6的柵極和源極分別與PMOS晶體管MP5的柵極和源
極相連,所述PMOS晶體管MP6的漏極提供所述第二電流。
5.根據權利要求4所述的電流源電路,其特征在于,電流混合電路包括
NMOS晶體管MN3和MN4,其中NMOS晶體管MN3的柵極與NMOS晶體管
MN4的柵極以及NMOS晶體管MN3的漏極相連,
NMOS晶體管MN3的MN4的源極與接地端相連,NMOS晶體管MN3的
漏極與PMOS晶體管MP6的漏極以PMOS晶體管MP5的漏極相連,NMOS晶
體管MN4的漏極提供所述第三電流。
6.根據權利要求1所述的電流源電路,其特征在于,
第一電阻、第二電阻和第三電阻都是正溫度系數的。

說明書

電流源電路

【技術領域】

本發明涉及電路設計領域,特別涉及一種能夠提供接近零溫度系數電流的
電流源電路。

【背景技術】

根據現有的技術,很容易設計出一個不隨溫度變化而變化的電壓源,比如
帶隙基準電路就是不隨溫度變化而變化的電壓源。然而,通常芯片內部的電阻
的阻值都會隨溫度變化而變化,特別一些比較低端的工藝,電阻阻值的溫度系
數都會比較大。比如0.35um的工藝,P+diffusion(P型摻雜)電阻的溫度系數
要達到TC1=1.19E-3,表示溫度每變化一度,電阻變化0.119%。這樣的話,如
果我們通過I=V/R的方式來得到電流的話,會發現雖然V不隨溫度變化,但是
因為R隨溫度變化,所以最終I也會隨溫度變化。

因此,有必要提出改進的能夠提供接近零溫度系數電流的電流源電路。

【發明內容】

本發明的目的之一在于提供一種電流源電路,其能夠提供接近零溫度系數
電流。

為了解決上述問題,本發明提供一種電流源電路,其包括:帶隙基準電壓
電路,其包括第一雙極型晶體管、第二雙型晶體管、第三雙極型晶體管、第一
電阻、第二電阻和第一鏡像電路,第一雙極型晶體管的集電極和基極相連,第
二雙極型晶體管的集電極和基極相連,第三雙極型晶體管的集電極和基極相連,
第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管和第三雙極型晶體管的集電極互連,第
一電阻的第一連接端與第二雙極型晶體管的發射極相連,第二電阻的第一連接
端與第三雙極型晶體管的發射極相連,第一雙極型晶體管的發射極至基極的壓
降等于第二雙級型晶體管的發射極至基極的壓降與第一電阻的壓降的和,第一
電阻和第二雙級型晶體管上流過的電流為正溫度系數的初始電流,第一鏡像電
路復制所述初始電流得到第一鏡像電流,該第一鏡像電流流至第二電阻的第二
連接端,該第一鏡像電流經過第二電阻和第三雙極型晶體管,并在第二電阻的
第二連接端得到零溫度系數的帶隙基準電壓;正溫度系數電流產生電路,其包
括第二鏡像電路,該第二鏡像電路復制復制所述初始電流得到具有正溫度系數
的第一電流;負溫度系數電流產生電路,其根據零溫度系數的帶隙基準電壓和
正溫度系數的第三電阻產生負溫度系數的第二電流;電流混合電路,其將第一
電流和第二電流混合產生接近零溫度系數的第三電流。

進一步的,所述帶隙基準電壓電路還包括NMOS晶體管MN1、MN2、PMOS
晶體管MP1、MP2和MP3,所述PMOS晶體管MP1、MP2和MP3的源極與電
源電壓端相連,它們柵極互相連接,并與PMOS晶體管MP2的漏極相連,PMOS
晶體管MP1的漏極與NMOS晶體管MN1的漏極以及柵極相連,NMOS晶體管
MN1的源極與第一雙極型晶體管的發射極相連,PMOS晶體管MP2的漏極與
NMOS晶體管MN2的漏極相連,NMOS晶體管MN2的源極與第一電阻的第二
連接端相連,NMOS晶體管MN2的柵極與NMOS晶體管MN1的柵極相連,
PMOS晶體管MP3的漏極與第二電阻的第二連接端相連,該PMOS晶體管MP3
就是所述第一鏡像電路。

進一步的,所述第二鏡像電路為PMOS晶體管MP4,該PMOS晶體管MP4
的源極接電源電壓端,柵極與PMOS晶體管MP2的柵極相連,其漏極提供所述
第一電流。

進一步的,除了第三電阻,所述負溫度系數電流產生電路還包括運算放大
器、PMOS晶體管MP5、PMOS晶體管MP6,其中運算放大器的第一輸入端連
接所述帶隙基準電壓,第三電阻串聯于運算放大器的第二輸入端和接地端之間,
PMOS晶體管MP5的源極接電源電壓端,其漏極與運算放大器的第二輸入端相
連,其柵極與運算放大器的輸出端相連,PMOS晶體管MP6的柵極和源極分別
與PMOS晶體管MP5的柵極和源極相連,所述PMOS晶體管MP6的漏極提供
所述第二電流。

進一步的,電流混合電路包括NMOS晶體管MN3和MN4,其中NMOS晶
體管MN3的柵極與NMOS晶體管MN4的柵極以及NMOS晶體管MN3的漏極
相連,NMOS晶體管MN3的MN4的源極與接地端相連,NMOS晶體管MN3
的漏極與PMOS晶體管MP6的漏極以PMOS晶體管MP5的漏極相連,NMOS
晶體管MN4的漏極提供所述第三電流。

進一步的,第一電阻、第二電阻和第三電阻都是正溫度系數的。

與現有技術相比,本發明中將正溫度系數的第一電流和負溫度系數的第二
電流混合得到了接近零溫度系數的第三電流,該電流基本不隨外部的溫度變化
而變化。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案,下面將對實施例描述中所需
要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的
一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動性的前提下,
還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中:

圖1示出了本發明中的電流源電路在一個實施例中的電路圖;

圖2為本發明中的第一電流、第二電流和第三電流隨溫度的變化的曲線。

【具體實施方式】

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂,下面結合附圖和
具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發明至少一個實現方
式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的“在一個實施例中”
并非均指同一個實施例,也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實
施例。除非特別說明,本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示
直接或間接電性相連,間接電性相連是指經由另外一個器件或電路電性相連。
本發明中的零溫度系數不是指絕對的不隨溫度的變化而不變,而是指與隨溫度
的變化而變化的幅度很小,在其使用的領域,可以近似的看做不隨溫度的變化
而不變,因此在本文中有時也稱用“接近零溫度系數”這樣的說法。

圖1示出了本發明中的電流源電路100在一個實施例中的電路圖。如圖1
所示,所述電流源電路100,其包括帶隙基準電壓電路110、正溫度系數電流產
生電路120、負溫度系數電流產生電路130和電流混合電路140。

帶隙基準電壓電路110其包括第一雙極型晶體管Q1、第二雙型晶體管Q2、
第三雙極型晶體管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2和第一鏡像電路。第一雙極
型晶體管Q1的集電極和基極相連,第二雙極型晶體管Q2的集電極和基極相連,
第三雙極型晶體管Q3的集電極和基極相連。第一雙極型晶體管Q1、第二雙極
型晶體管Q2和第三雙極型晶體管Q3的集電極互連后與接地端VSS相連。第一
電阻R1的第一連接端與第二雙極型晶體管Q2的發射極相連,第二電阻R2的
第一連接端與第三雙極型晶體管Q3的發射極相連。第一雙極型晶體管Q1的發
射極至基極的壓降等于第二雙級型晶體管Q2的發射極至基極的壓降與第一電
阻R1的壓降的和,第一電阻R1和第二雙級型晶體管Q2上流過的電流為正溫
度系數的初始電流,第一鏡像電路復制所述初始電流得到第一鏡像電流,該第
一鏡像電流流至第二電阻R2的第二連接端,該第一鏡像電流經過第二電阻R2
和第三雙極型晶體管Q3,并在第二電阻Q2的第二連接端得到零溫度系數的帶
隙基準電壓Vbg。

正溫度系數電流產生電路120其包括第二鏡像電路,該第二鏡像電路復制
復制所述初始電流得到具有正溫度系數的第一電流I1。負溫度系數電流產生電
路130根據零溫度系數的帶隙基準電壓Vbg和正溫度系數的第三電阻R3產生負
溫度系數的第二電流I2。電流混合電路140將第一電流和第二電流按比例混合
產生接近零溫度系數的第三電流I3。

在一個實施例中,所述帶隙基準電壓電路110還包括NMOS晶體管MN1、
MN2、PMOS晶體管MP1、MP2和MP3。所述PMOS晶體管MP1、MP2和
MP3的源極與電源電壓端VDD相連,它們柵極互相連接,并與PMOS晶體管
MP2的漏極相連。PMOS晶體管MP1的漏極與NMOS晶體管MN1的漏極以及
柵極相連,NMOS晶體管MN1的源極與第一雙極型晶體管Q1的發射極相連。
PMOS晶體管MP2的漏極與NMOS晶體管MN2的漏極相連,NMOS晶體管
MN2的源極與第一電阻的第二連接端相連,NMOS晶體管MN2的柵極與NMOS
晶體管MN1的柵極相連。PMOS晶體管MP3的漏極與第二電阻的第二連接端
相連,該PMOS晶體管MP3就是所述第一鏡像電路。PMOS晶體管MP3與PMOS
晶體管MP2形成電流鏡,其復制PMOS晶體管MP2流過的正溫度系數的初始
電流。第一鏡像電流流過正溫度系數的第二電阻R2和第三雙極型晶體管Q3,
其中帶隙基準電壓Vbg=VR2+VBEQ3,VbeQ3為負溫度系數,VR2為正溫度系數,
通過設置各個參數,可以確保Vbg為零溫度系數。

所述第二鏡像電路為PMOS晶體管MP4,該PMOS晶體管MP4的源極接
電源電壓端,柵極與PMOS晶體管MP2的柵極相連,其漏極提供所述第一電流。

除了第三電阻R3,所述負溫度系數電流產生電路130還包括運算放大器
OP1、PMOS晶體管MP5、PMOS晶體管MP6。其中運算放大器OP1的第一輸
入端連接所述帶隙基準電壓Vbg,第三電阻R3串聯于運算放大器OP1的第二輸
入端和接地端VSS之間,PMOS晶體管MP5的源極接電源電壓端VDD,其漏
極與運算放大器OP1的第二輸入端相連,其柵極與運算放大器的輸出端相連,
PMOS晶體管MP6的柵極和源極分別與PMOS晶體管MP5的柵極和源極相連,
所述PMOS晶體管MP6的漏極提供所述第二電流。

所述電流混合電路140包括NMOS晶體管MN3和MN4,其中NMOS晶體
管MN3的柵極與NMOS晶體管MN4的柵極以及NMOS晶體管MN3的漏極相
連,NMOS晶體管MN3的MN4的源極與接地端相連,NMOS晶體管MN3的
漏極與PMOS晶體管MP6的漏極以PMOS晶體管MP5的漏極相連,NMOS晶
體管MN4的漏極提供所述第三電流I3。

第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3都是正溫度系數的,比如可以是
P+diffusion(P型摻雜)電阻。

在一個示例中,MP6和MP5的鏡像比例為1:1,那么第二電流I2=Vbg/R3,
由于電阻R3是正溫度系數的,比如TC1=1.19E-3,因此第二電流I2就是負溫度
系數電流

(NTATcurrent),其中Vbg為零溫度系數的帶隙基準電壓。

如圖1所示的,流過電阻R1的初始電流Iin,初始電流Iin=(VBEQ1-VBEQ2)/R1,
其中VBEQ1是第一雙極型晶體管Q1的發射極至基極電壓,VBEQ2是第二雙極型
晶體管Q2的發射極至基極電壓,第一雙極型晶體管Q1的發射極和第二雙極型
晶體管Q2的發射極的面積不同,因此兩者的VBE不同。其中(VBEQ1-VBEQ2)/R1=
Vt*lnn/R1=(K*T/Q)*lnn/R1,只要通過設計n的值可以使(K/Q)*lnn的正溫度系
數大于電阻R1的正溫度系數,即可得到正溫度系數的初始電流。通過鏡像復制
就可以得到正溫度系數的第二電流I2(PTATcurrent)。其中K為玻爾茲曼常數,
T為絕對溫度,Q為電子電荷量。通過將第一電流I1和第二電流I2按一定比例
相加,即可得到零溫度系數的第三電流I3(constantcurrent)。即I3=I1*M+I2*N,M
和N是比例系數。

圖2為圖1中的第一電流、第二電流和第三電流隨溫度的變化的曲線。

圖2中的(a)部分中示意出了第一電流的溫度曲線C1,其中在溫度從-40
度至120度,第一電流C1的波動從16uA到26uA,圖2中的(b)部分中示意
出了第二電流的溫度曲線C2,其中在溫度從-40度至120度,第二電流C2的波
動從62uA到54uA,圖2中的(a)和(b)中的Y坐標中的負號,只是表示電
流的方向,電流的大小以絕對值為準,圖2中的(c)部分中示意出了第三電流
的溫度曲線C3,其中在溫度從-40度至120度,第三電流C3的波動從78.7uA
到79.1uA,波動范圍非常小,接近零溫度系數。

需要指出的是,熟悉該領域的技術人員對本發明的具體實施方式所做的任
何改動均不脫離本發明的權利要求書的范圍。相應地,本發明的權利要求的范
圍也并不僅僅局限于前述具體實施方式。

關 鍵 詞:
電流 電路
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