太阳城集团

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电流源电路.pdf

摘要
申请专利号:

CN201510500939.9

申请日:

2015.08.14

公开号:

太阳城集团CN105094200A

公开日:

2015.11.25

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G05F 1/56申请公布日:20151125|||实质审查的生效IPC(主分类):G05F 1/56申请日:20150814|||公开
IPC分类号: G05F1/56 主分类号: G05F1/56
申请人: 灿芯半导体(上海)有限公司
发明人: 陆敏
地址: 201203上海市浦东新区张江高科张东路1158号2号楼7楼
优先权:
专利代理机构: 无锡互维知识产权代理有限公司32236 代理人: 庞聪雅
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510500939.9

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2018.05.04|||2015.12.23|||2015.11.25

法律状态类型:

太阳城集团发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供一种电流源电路,其包括:带隙基准电压电路提供正温度系数的初始电流以及零温度系数的带隙基准电压;正温度系数电流产生电路,其包括第二镜像电路,该第二镜像电路复制所述初始电流得到具有正温度系数的第一电流;负温度系数电流产生电路,其根据零温度系数的带隙基准电压和正温度系数的第三电阻产生负温度系数的第二电流;电流混合电路,其将第一电流和第二电流混合产生接近零温度系数的第三电流。这样得到的第三电流基本不随外部的温度变化而变化。

权利要求书

1.一种电流源电路,其特征在于,其包括:
带隙基准电压电路,其包括第一双极型晶体管、第二双型晶体管、第三双
极型晶体管、第一电阻、第二电阻和第一镜像电路,第一双极型晶体管的集电
极和基极相连,第二双极型晶体管的集电极和基极相连,第三双极型晶体管的
集电极和基极相连,第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和第三双极型晶体
管的集电极互连,第一电阻的第一连接端与第二双极型晶体管的发射极相连,
第二电阻的第一连接端与第三双极型晶体管的发射极相连,第一双极型晶体管
的发射极至基极的压降等于第二双级型晶体管的发射极至基极的压降与第一电
阻的压降的和,第一电阻和第二双级型晶体管上流过的电流为正温度系数的初
始电流,第一镜像电路复制所述初始电流得到第一镜像电流,该第一镜像电流
流至第二电阻的第二连接端,该第一镜像电流经过第二电阻和第三双极型晶体
管,并在第二电阻的第二连接端得到零温度系数的带隙基准电压;
正温度系数电流产生电路,其包括第二镜像电路,该第二镜像电路复制复
制所述初始电流得到具有正温度系数的第一电流;
负温度系数电流产生电路,其根据零温度系数的带隙基准电压和正温度系
数的第三电阻产生负温度系数的第二电流;
电流混合电路,其将第一电流和第二电流混合产生接近零温度系数的第三
电流。
2.根据权利要求1所述的电流源电路,其特征在于,所述带隙基准电压电
路还包括NMOS晶体管MN1、MN2、PMOS晶体管MP1、MP2和MP3,
所述PMOS晶体管MP1、MP2和MP3的源极与电源电压端相连,它们栅
极互相连接,并与PMOS晶体管MP2的漏极相连,
PMOS晶体管MP1的漏极与NMOS晶体管MN1的漏极以及栅极相连,
NMOS晶体管MN1的源极与第一双极型晶体管的发射极相连,
PMOS晶体管MP2的漏极与NMOS晶体管MN2的漏极相连,NMOS晶体
管MN2的源极与第一电阻的第二连接端相连,NMOS晶体管MN2的栅极与
NMOS晶体管MN1的栅极相连,
PMOS晶体管MP3的漏极与第二电阻的第二连接端相连,该PMOS晶体管
MP3就是所述第一镜像电路。
3.根据权利要求2所述的电流源电路,其特征在于,所述第二镜像电路为
PMOS晶体管MP4,该PMOS晶体管MP4的源极接电源电压端,栅极与PMOS
晶体管MP2的栅极相连,其漏极提供所述第一电流。
4.根据权利要求3所述的电流源电路,其特征在于,除了第三电阻,所述
负温度系数电流产生电路还包括运算放大器、PMOS晶体管MP5、PMOS晶体
管MP6,其中运算放大器的第一输入端连接所述带隙基准电压,第三电阻串联
于运算放大器的第二输入端和接地端之间,PMOS晶体管MP5的源极接电源电
压端,其漏极与运算放大器的第二输入端相连,其栅极与运算放大器的输出端
相连,PMOS晶体管MP6的栅极和源极分别与PMOS晶体管MP5的栅极和源
极相连,所述PMOS晶体管MP6的漏极提供所述第二电流。
5.根据权利要求4所述的电流源电路,其特征在于,电流混合电路包括
NMOS晶体管MN3和MN4,其中NMOS晶体管MN3的栅极与NMOS晶体管
MN4的栅极以及NMOS晶体管MN3的漏极相连,
NMOS晶体管MN3的MN4的源极与接地端相连,NMOS晶体管MN3的
漏极与PMOS晶体管MP6的漏极以PMOS晶体管MP5的漏极相连,NMOS晶
体管MN4的漏极提供所述第三电流。
6.根据权利要求1所述的电流源电路,其特征在于,
第一电阻、第二电阻和第三电阻都是正温度系数的。

说明书

电流源电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域,特别涉及一种能够提供接近零温度系数电流的
电流源电路。

【背景技术】

根据现有的技术,很容易设计出一个不随温度变化而变化的电压源,比如
带隙基准电路就是不随温度变化而变化的电压源。然而,通常芯片内部的电阻
的阻值都会随温度变化而变化,特别一些比较低端的工艺,电阻阻值的温度系
数都会比较大。比如0.35um的工艺,P+diffusion(P型掺杂)电阻的温度系数
要达到TC1=1.19E-3,表示温度每变化一度,电阻变化0.119%。这样的话,如
果我们通过I=V/R的方式来得到电流的话,会发现虽然V不随温度变化,但是
因为R随温度变化,所以最终I也会随温度变化。

因此,有必要提出改进的能够提供接近零温度系数电流的电流源电路。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种电流源电路,其能够提供接近零温度系数
电流。

为了解决上述问题,本发明提供一种电流源电路,其包括:带隙基准电压
电路,其包括第一双极型晶体管、第二双型晶体管、第三双极型晶体管、第一
电阻、第二电阻和第一镜像电路,第一双极型晶体管的集电极和基极相连,第
二双极型晶体管的集电极和基极相连,第三双极型晶体管的集电极和基极相连,
第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和第三双极型晶体管的集电极互连,第
一电阻的第一连接端与第二双极型晶体管的发射极相连,第二电阻的第一连接
端与第三双极型晶体管的发射极相连,第一双极型晶体管的发射极至基极的压
降等于第二双级型晶体管的发射极至基极的压降与第一电阻的压降的和,第一
电阻和第二双级型晶体管上流过的电流为正温度系数的初始电流,第一镜像电
路复制所述初始电流得到第一镜像电流,该第一镜像电流流至第二电阻的第二
连接端,该第一镜像电流经过第二电阻和第三双极型晶体管,并在第二电阻的
第二连接端得到零温度系数的带隙基准电压;正温度系数电流产生电路,其包
括第二镜像电路,该第二镜像电路复制复制所述初始电流得到具有正温度系数
的第一电流;负温度系数电流产生电路,其根据零温度系数的带隙基准电压和
正温度系数的第三电阻产生负温度系数的第二电流;电流混合电路,其将第一
电流和第二电流混合产生接近零温度系数的第三电流。

进一步的,所述带隙基准电压电路还包括NMOS晶体管MN1、MN2、PMOS
晶体管MP1、MP2和MP3,所述PMOS晶体管MP1、MP2和MP3的源极与电
源电压端相连,它们栅极互相连接,并与PMOS晶体管MP2的漏极相连,PMOS
晶体管MP1的漏极与NMOS晶体管MN1的漏极以及栅极相连,NMOS晶体管
MN1的源极与第一双极型晶体管的发射极相连,PMOS晶体管MP2的漏极与
NMOS晶体管MN2的漏极相连,NMOS晶体管MN2的源极与第一电阻的第二
连接端相连,NMOS晶体管MN2的栅极与NMOS晶体管MN1的栅极相连,
PMOS晶体管MP3的漏极与第二电阻的第二连接端相连,该PMOS晶体管MP3
就是所述第一镜像电路。

进一步的,所述第二镜像电路为PMOS晶体管MP4,该PMOS晶体管MP4
的源极接电源电压端,栅极与PMOS晶体管MP2的栅极相连,其漏极提供所述
第一电流。

进一步的,除了第三电阻,所述负温度系数电流产生电路还包括运算放大
器、PMOS晶体管MP5、PMOS晶体管MP6,其中运算放大器的第一输入端连
接所述带隙基准电压,第三电阻串联于运算放大器的第二输入端和接地端之间,
PMOS晶体管MP5的源极接电源电压端,其漏极与运算放大器的第二输入端相
连,其栅极与运算放大器的输出端相连,PMOS晶体管MP6的栅极和源极分别
与PMOS晶体管MP5的栅极和源极相连,所述PMOS晶体管MP6的漏极提供
所述第二电流。

进一步的,电流混合电路包括NMOS晶体管MN3和MN4,其中NMOS晶
体管MN3的栅极与NMOS晶体管MN4的栅极以及NMOS晶体管MN3的漏极
相连,NMOS晶体管MN3的MN4的源极与接地端相连,NMOS晶体管MN3
的漏极与PMOS晶体管MP6的漏极以PMOS晶体管MP5的漏极相连,NMOS
晶体管MN4的漏极提供所述第三电流。

进一步的,第一电阻、第二电阻和第三电阻都是正温度系数的。

与现有技术相比,本发明中将正温度系数的第一电流和负温度系数的第二
电流混合得到了接近零温度系数的第三电流,该电流基本不随外部的温度变化
而变化。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需
要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的
一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,
还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:

图1示出了本发明中的电流源电路在一个实施例中的电路图;

图2为本发明中的第一电流、第二电流和第三电流随温度的变化的曲线。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和
具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方
式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”
并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实
施例。除非特别说明,本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示
直接或间接电性相连,间接电性相连是指经由另外一个器件或电路电性相连。
本发明中的零温度系数不是指绝对的不随温度的变化而不变,而是指与随温度
的变化而变化的幅度很小,在其使用的领域,可以近似的看做不随温度的变化
而不变,因此在本文中有时也称用“接近零温度系数”这样的说法。

图1示出了本发明中的电流源电路100在一个实施例中的电路图。如图1
所示,所述电流源电路100,其包括带隙基准电压电路110、正温度系数电流产
生电路120、负温度系数电流产生电路130和电流混合电路140。

带隙基准电压电路110其包括第一双极型晶体管Q1、第二双型晶体管Q2、
第三双极型晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2和第一镜像电路。第一双极
型晶体管Q1的集电极和基极相连,第二双极型晶体管Q2的集电极和基极相连,
第三双极型晶体管Q3的集电极和基极相连。第一双极型晶体管Q1、第二双极
型晶体管Q2和第三双极型晶体管Q3的集电极互连后与接地端VSS相连。第一
电阻R1的第一连接端与第二双极型晶体管Q2的发射极相连,第二电阻R2的
第一连接端与第三双极型晶体管Q3的发射极相连。第一双极型晶体管Q1的发
射极至基极的压降等于第二双级型晶体管Q2的发射极至基极的压降与第一电
阻R1的压降的和,第一电阻R1和第二双级型晶体管Q2上流过的电流为正温
度系数的初始电流,第一镜像电路复制所述初始电流得到第一镜像电流,该第
一镜像电流流至第二电阻R2的第二连接端,该第一镜像电流经过第二电阻R2
和第三双极型晶体管Q3,并在第二电阻Q2的第二连接端得到零温度系数的带
隙基准电压Vbg。

正温度系数电流产生电路120其包括第二镜像电路,该第二镜像电路复制
复制所述初始电流得到具有正温度系数的第一电流I1。负温度系数电流产生电
路130根据零温度系数的带隙基准电压Vbg和正温度系数的第三电阻R3产生负
温度系数的第二电流I2。电流混合电路140将第一电流和第二电流按比例混合
产生接近零温度系数的第三电流I3。

在一个实施例中,所述带隙基准电压电路110还包括NMOS晶体管MN1、
MN2、PMOS晶体管MP1、MP2和MP3。所述PMOS晶体管MP1、MP2和
MP3的源极与电源电压端VDD相连,它们栅极互相连接,并与PMOS晶体管
MP2的漏极相连。PMOS晶体管MP1的漏极与NMOS晶体管MN1的漏极以及
栅极相连,NMOS晶体管MN1的源极与第一双极型晶体管Q1的发射极相连。
PMOS晶体管MP2的漏极与NMOS晶体管MN2的漏极相连,NMOS晶体管
MN2的源极与第一电阻的第二连接端相连,NMOS晶体管MN2的栅极与NMOS
晶体管MN1的栅极相连。PMOS晶体管MP3的漏极与第二电阻的第二连接端
相连,该PMOS晶体管MP3就是所述第一镜像电路。PMOS晶体管MP3与PMOS
晶体管MP2形成电流镜,其复制PMOS晶体管MP2流过的正温度系数的初始
电流。第一镜像电流流过正温度系数的第二电阻R2和第三双极型晶体管Q3,
其中带隙基准电压Vbg=VR2+VBEQ3,VbeQ3为负温度系数,VR2为正温度系数,
通过设置各个参数,可以确保Vbg为零温度系数。

所述第二镜像电路为PMOS晶体管MP4,该PMOS晶体管MP4的源极接
电源电压端,栅极与PMOS晶体管MP2的栅极相连,其漏极提供所述第一电流。

除了第三电阻R3,所述负温度系数电流产生电路130还包括运算放大器
OP1、PMOS晶体管MP5、PMOS晶体管MP6。其中运算放大器OP1的第一输
入端连接所述带隙基准电压Vbg,第三电阻R3串联于运算放大器OP1的第二输
入端和接地端VSS之间,PMOS晶体管MP5的源极接电源电压端VDD,其漏
极与运算放大器OP1的第二输入端相连,其栅极与运算放大器的输出端相连,
PMOS晶体管MP6的栅极和源极分别与PMOS晶体管MP5的栅极和源极相连,
所述PMOS晶体管MP6的漏极提供所述第二电流。

所述电流混合电路140包括NMOS晶体管MN3和MN4,其中NMOS晶体
管MN3的栅极与NMOS晶体管MN4的栅极以及NMOS晶体管MN3的漏极相
连,NMOS晶体管MN3的MN4的源极与接地端相连,NMOS晶体管MN3的
漏极与PMOS晶体管MP6的漏极以PMOS晶体管MP5的漏极相连,NMOS晶
体管MN4的漏极提供所述第三电流I3。

第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3都是正温度系数的,比如可以是
P+diffusion(P型掺杂)电阻。

在一个示例中,MP6和MP5的镜像比例为1:1,那么第二电流I2=Vbg/R3,
由于电阻R3是正温度系数的,比如TC1=1.19E-3,因此第二电流I2就是负温度
系数电流

(NTATcurrent),其中Vbg为零温度系数的带隙基准电压。

如图1所示的,流过电阻R1的初始电流Iin,初始电流Iin=(VBEQ1-VBEQ2)/R1,
其中VBEQ1是第一双极型晶体管Q1的发射极至基极电压,VBEQ2是第二双极型
晶体管Q2的发射极至基极电压,第一双极型晶体管Q1的发射极和第二双极型
晶体管Q2的发射极的面积不同,因此两者的VBE不同。其中(VBEQ1-VBEQ2)/R1=
Vt*lnn/R1=(K*T/Q)*lnn/R1,只要通过设计n的值可以使(K/Q)*lnn的正温度系
数大于电阻R1的正温度系数,即可得到正温度系数的初始电流。通过镜像复制
就可以得到正温度系数的第二电流I2(PTATcurrent)。其中K为玻尔兹曼常数,
T为绝对温度,Q为电子电荷量。通过将第一电流I1和第二电流I2按一定比例
相加,即可得到零温度系数的第三电流I3(constantcurrent)。即I3=I1*M+I2*N,M
和N是比例系数。

图2为图1中的第一电流、第二电流和第三电流随温度的变化的曲线。

图2中的(a)部分中示意出了第一电流的温度曲线C1,其中在温度从-40
度至120度,第一电流C1的波动从16uA到26uA,图2中的(b)部分中示意
出了第二电流的温度曲线C2,其中在温度从-40度至120度,第二电流C2的波
动从62uA到54uA,图2中的(a)和(b)中的Y坐标中的负号,只是表示电
流的方向,电流的大小以绝对值为准,图2中的(c)部分中示意出了第三电流
的温度曲线C3,其中在温度从-40度至120度,第三电流C3的波动从78.7uA
到79.1uA,波动范围非常小,接近零温度系数。

需要指出的是,熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任
何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地,本发明的权利要求的范
围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

关 键 词:
电流 电路
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