專利名稱：負溫度補償電流產(chǎn)生電路及溫度補償電流基準源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
負溫度補償電流產(chǎn)生電路及溫度補償電流基準源，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度補償電流產(chǎn)生電路及溫度補償電流基準源。
背景技術(shù)：
在模擬、數(shù)?；旌?、甚至純數(shù)字電路中都需要參考電流源，參考電流源的穩(wěn)定性直接決定了電路性能的優(yōu)劣。描述參考電流源穩(wěn)定性的指標主要有電源抑制比、溫度系數(shù)等。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)，即非常高的溫度穩(wěn)定性。
電流基準源的功能是向電路中其他功能模塊提供基準電流，是模擬集成電路中非常重要的功能模塊，常為振蕩器、濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換和精確的時間延遲模塊提供基準電流。對電流來說，在長金屬線上傳輸時沒有損失，而電壓則有損失，所以，在有長互連金屬線的模擬電路中，更傾向使用電流基準源。另外，如果電路采用電流模式，會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)工作時的準確性和穩(wěn)定性直接決定于電流源的溫度穩(wěn)定性。
公開號CN1340750A的專利文獻(申請?zhí)?0123710.1，發(fā)明名稱低溫度系數(shù)參考電流源產(chǎn)生電路)公開了一種低溫度系數(shù)參考電流源產(chǎn)生電路，主要包括一用于產(chǎn)生能帶間隙參考電壓源的電路，其提供一低溫度系數(shù)的能帶間隙參考電壓及一正溫度系數(shù)的電流；一電壓追隨器，是產(chǎn)生追隨該低溫度系數(shù)能帶間隙參考電壓的電壓，以驅(qū)動一具有正溫度系數(shù)的電阻，而產(chǎn)生一負溫度系數(shù)的電流；以及一電流鏡電路，以將該正溫度系數(shù)的電流及負溫度系數(shù)的電流作比例組合，而獲得一低溫度系數(shù)的參考電流。該技術(shù)方案實質(zhì)上采用了PTAT(與溫度成正比)的電流與IPTAT(與溫度成反比)的電流按比例相疊加的方式，來實現(xiàn)一階溫度補償，輸出基準電流，其原理示意圖如圖3所示。該技術(shù)方案經(jīng)計算機仿真，在-25℃～+75℃的范圍內(nèi)，輸出的基準電流變化為1.4％即140ppm，顯示其溫度特性并不是很好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種負溫度補償電流產(chǎn)生電路，通過電路結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)使其輸出電流的三階溫度系數(shù)為零，其一階和二階溫度系數(shù)小于零；同時本發(fā)明提供基于該負溫度補償電流產(chǎn)生電路的溫度補償?shù)幕鶞孰娏髟?，該基準電流源具有非常低的溫度系?shù)。
本發(fā)明所述電流基準源的溫度補償原理如圖1所示，先分別產(chǎn)生一支一階正溫度補償電流、一支二階正溫度補償電流和一支三階負溫度補償電流(其三階溫度系數(shù)為零，一階和二階溫度系數(shù)小于零)。其中，一階正溫度補償電流的溫度特性曲線為一條直線a，二階正溫度補償電流的溫度特性曲線為開口向上的二次曲線b，三階負溫度補償電流的溫度特性曲線為開口向下的二次曲線c(因為，通過電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)其三階溫度系數(shù)為零，所以溫度特性表現(xiàn)為二次曲線)。然后，將這三支溫度補償電流按一定比例疊加，得到輸出溫度特性曲線為d所示的高階溫度補償電流源。
本發(fā)明詳細技術(shù)方案如下一種負溫度補償電流產(chǎn)生電路，如圖4所示，由一個NMOS管M20、一個電阻R4和一個PNP三極管Q3組成，其特征在于，所述NMOS管M20的柵極通過電阻R4連接到PNP三極管Q3的發(fā)射極，其源極與PNP三極管Q3的基極和集電極共同接地；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數(shù))從NMOS管M20的柵極和電阻R4的連接點輸入，輸出電流IVBE(Tm)從NMOS管M20的漏極輸出；所述電阻R4和所述PNP三極管Q3滿足關(guān)系式Vg0-VBE(T0)T0-k(η-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極管Q3的BE結(jié)帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極管Q3的BE結(jié)電壓，R4為電阻R4的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數(shù)。
一種負溫度補償電流產(chǎn)生電路，如圖5所示，由一個PMOS管M21、一個電阻R4和一個PNP三極管Q3組成，其特征在于，PNP三極管Q3的基極與集電極短接并與PMOS管M21的柵極相連，其發(fā)射極通過電阻R4與PMOS管M21的源極相連并接外接電源；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數(shù))從PNP三極管Q3的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管M21的漏極輸出，所述電阻R4和所述PNP三極管Q3滿足關(guān)系式Vg0-VBE(T0)T0-k(η-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極管Q3的BE結(jié)帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極管Q3的BE結(jié)電壓，R4為電阻R4的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數(shù)。
一種高階溫度補償電流基準源，如圖2所示，其特征在于，包括啟動電路、一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路、比例求和電路和輸出電路；所述啟動電路為一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路和比例求和電路提供啟動偏置電壓；所述一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個一階正溫度補償電流I(T)，其溫度特性曲線為一條直線；所述二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個二階正溫度補償電流I(T2)，其溫度特性曲線為一開口向上的二次曲線；所述三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個三階負溫度補償電流IVBE(Tm)，其溫度特性曲線為一開口向下的二次曲線(通過電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輸出補償電流IVBE(Tm)的三階溫度系數(shù)為零，所以溫度特性曲線為二次曲線)；所述比例求和電路將一階、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路和三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的一階、二階正溫度補償電流和三階負溫度補償電流進行按比例求和；所述輸出電路輸出經(jīng)高階溫度補償后的電流。
高階溫度補償電流基準源，具體電路結(jié)構(gòu)為圖6所示，包括啟動電路、一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路、比例求和電路以及輸出電路。
所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)。NMOS管MS2的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管MS2的柵極與PMOS管MS1的柵極相連接，同時連接運算放大器OP的輸出端；NMOS管MS2的漏極與PMOS管MS1的漏極相連接，同時連接PMOS管MS3和MS4的柵極；PMOS管MS3的漏極連接到PNP三極管Q2的發(fā)射級，PMOS管MS4的漏極連接NMOS管M13的漏極。
所述一階負溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極管管(Q1，Q2)和一個電阻R1和一個運算放大器OP。兩個PMOS管(M1，M2)構(gòu)成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)，PMOS管M1的漏極連到運算放大器OP的正輸入端，PMOS管M2的漏極連到運算放大器OP的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接并共同接地；PNP管Q1發(fā)射極通過電阻R1連接運算放大器OP的正輸入端；PNP管Q2發(fā)射極接電阻運算放大器的負輸入端。
所述二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻R2。PMOS管M12與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管M12的漏極與NMOS管M13的漏極連接，PMOS管M12的源極連接外接電源，M12的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；NMOS管M13的漏極與柵極連接同時連接NMOS管M14的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管M14的漏極連接電阻R2的一端，同時連接PMOS管M15的柵極；電阻R2的另一端與PMOS管M15的源極共同連接至外接電源，PMOS管M15的漏極連接輸出電路。
所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M18，M19)，一個NMOS管M20，一個PNP管Q3，兩個電阻(R3，R4)。NMOS管M20的柵極連接電阻R4，電阻R4的另一端連接PNP管Q3的發(fā)射極，把PNP管Q3的基極和集電極短接并與NMOS管M20的源極共同接地，NMOS管M20的漏極連接PMOS管M18的漏極；PMOS管M18為二極管連接方式，PMOS管M18的源極連外接電源；PMOS管M20的柵極連接電阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接PMOS管M19的漏極，PMOS管M19的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)，源極連外接電源。
所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管M16的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；PMOS管M15本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管M15的柵極連接NMOS管M14的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端。
所述輸出電路包括一個NMOS管M11，其源極接地，其漏極和柵極互連并接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管<M15，M16，M17>)的漏極)，向外提供電流輸出。
高階溫度補償電流基準源，具體電路結(jié)構(gòu)為圖7所示，包括啟動電路、一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路、比例求和電路以及輸出電路。
所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)。NMOS管MS2的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管MS2的柵極與PMOS管MS1的柵極相連接，同時連接運算放大器OP的輸出端；NMOS管MS2的漏極與PMOS管MS1的漏極相連接，同時連接PMOS管MS3和MS4的柵極；PMOS管MS3的漏極連接到PNP三極管Q2的發(fā)射級，PMOS管MS4的漏極連接NMOS管M13的漏極。
所述一階負溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極管管(Q1，Q2)和一個電阻R1和一個運算放大器OP。兩個PMOS管(M1，M2)構(gòu)成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)，PMOS管M1的漏極連到運算放大器OP的正輸入端，PMOS管M2的漏極連到運算放大器OP的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接并共同接地；PNP管Q1發(fā)射極通過電阻R1連接運算放大器OP的正輸入端；PNP管Q2發(fā)射極接電阻運算放大器的負輸入端。
所述二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻R2。PMOS管M12與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管M12的漏極與NMOS管M13的漏極連接，PMOS管M12的源極連接外接電源，M12的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；NMOS管M13的漏極與柵極連接同時連接NMOS管M14的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管M14的漏極連接電阻R2的一端，同時連接PMOS管M15的柵極；電阻R2的另一端與PMOS管M15的源極共同連接至外接電源，PMOS管M15的漏極連接輸出電路。
所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路包括一個NMOS管M19，一個PMOS管M21，一個PNP管Q3，兩個電阻(R3，R4)。PNP三極管Q3的基極與集電極短接并與PMOS管M21的柵極相連，其發(fā)射極通過電阻R4與PMOS管M21的源極相連并接外接電源，其集電極通過電阻R3與NMOS管M19的漏極相連；NMOS管M19的源極接地，其柵極與NMOS管(M13、M14)的柵極相連；PMOS管M21的漏極接輸出電路；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數(shù))從PNP三極管Q3的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管M21的漏極輸出，所述電阻R4和所述PNP三極管Q3滿足關(guān)系式Vg0-VBE(T0)T0-k(η-1)qlnT=CR4,]]>
式中，Vg0為PNP三極管Q3的BE結(jié)帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極管Q3的BE結(jié)電壓，R4為電阻R4的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數(shù)。
所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管M16的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；PMOS管M15本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管M15的柵極連接NMOS管M14的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端。
所述輸出電路包括一個NMOS管M11，其源極接地，其漏極和柵極互連并接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管<M15，M16，M17>)的漏極)，向外提供電流輸出。
本發(fā)明所述的負溫度補償電流產(chǎn)生電路，根據(jù)輸入電流的一階溫度系數(shù)，通過調(diào)整電路參數(shù)，能夠輸出一種三階溫度系數(shù)為零，一階和二階溫度系數(shù)為負的補償電流。
本發(fā)明所述的高階溫度補償電流基準源，具有非常好的溫度穩(wěn)定性和非常低的溫度系數(shù)，可以應(yīng)用在電流模式電路、高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和有長金屬線的模擬集成電路中。其中圖6所述的電路實施方式在溫度-10℃～+150℃范圍內(nèi)，輸出的基準電流的溫度系數(shù)為0.7ppm/℃。


圖1本發(fā)明所述的高階溫度補償電流基準源的高階溫度補償原理示意圖。
圖2本發(fā)明所述的高階溫度補償電流基準源的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖3一階溫度補償電流發(fā)生器的溫度補償原理圖。
圖4本發(fā)明所述的負溫度補償電流產(chǎn)生電路的一種實現(xiàn)方式。
圖5本發(fā)明所述的負溫度補償電流產(chǎn)生電路的另外一種實現(xiàn)方式。
圖6本發(fā)明所述的一種溫度補償電流基準源電路圖。
圖7本發(fā)明所述的另一種溫度補償電流基準源電路圖。
圖8圖6所示的電流基準源電路的輸出電流的溫度特性圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本實用新型進行高階溫度補償?shù)?b>具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征進行詳細說明。
該電流基準源的高階溫度補償原理如圖1所示直線a是一階正溫度補償電流的溫度特性曲線，曲線b是二階正溫度補償電流的溫度特性曲線，曲線c是三階負溫度補償電流的溫度特性曲線。曲線d是將這三支溫度補償電流按一定比例疊加，得到的輸出電流溫度特性曲線?？紤]到各種集成電路中各種非理想效應(yīng)，曲線c最終不會是標準的直線，畫作直線只是用于原理說明。
下面對圖6所示的電流基準源的工作原理進行闡述。
圖6所示的電流基準源電路包括一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路、比例求和電路以及輸出電路。其中啟動電路其作用是保證電路在上電時工作在所期望的正常狀態(tài)。工作原理是電路剛接通電源時，MS1和MS2的柵極為高電位，從而MS3和MS4導(dǎo)通，所以，MS3和MS4的漏極為高電平，使Q1，Q2，M13和M14導(dǎo)通。當(dāng)電路進入平衡狀態(tài)后，由于MS1和MS2的柵極為低電位，MS3和MS4的柵極為高電位，所以MS3和MS4截止。
一階溫度補償電流發(fā)生器輸出一階溫度補償電流I(T)，運算放大器的作用是使PMOS管(M1，M2)的漏極電位相等，從而使得流過PMOS管(M1，M2)的電流相等。它是一個I(T)電流產(chǎn)生電路。
從圖中我們可以得到I(T)=IPTAT(T)=NVTlnMR1=NklnMqR1·T=C·T---(2)]]>其中，M＝A1/A2(A1，A2分別為Q1和Q2的發(fā)射極面積)，N＝(W/L)12/(W/L)1((W/L)1，(W/L)2，(W/L)12分別為M1，M2，M12的寬長比)，(W/L)1＝(W/L)2并且C=Nk1nMqR1.]]>二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路輸入電流為IPTAT，經(jīng)過由M13和M14所組成的電流鏡，流過電阻R2上的電流為IPTAT。由于IDS～VGS2～IPTAT2，所以晶體管M15流過的電流為I(T2)。于是我們可以得到以下等式I(T2)=Ids15=β(|VGS15|-|Vthp|)2=βR22·I2(T)-2βR2|Vthp|·I(T)+βVthp2---(3)]]>負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路如圖4、圖5所示，圖4和圖5分別是兩種實現(xiàn)方式，下面以圖4為例詳細說明其結(jié)構(gòu)和工作原理假設(shè)BJT晶體管集電極電流的溫度系數(shù)為IC∝Tx(x＝1)，在本文中VBE的表達式如下VBE(T)=Vg0-(TT0)·[Vg0-VBE(T0)]-(η-x)·(kTq)·ln(TT0)]]>=Vg0-[Vg0-VBE(T0)T0-k(η-x)q·lnT0]·T-[k(η-x)q]·TlnT]]>=a0-a1·T-a2·TlnT---(4)]]>其中，a0＝Vg0，a1=Vg0-VBE(T0)T0-k(η-x)qlnT,a2=k(η-x)q.]]>這里，x＝1，因為晶體管Q3的偏置電流正比于T(即I(T)＝IPTAT∝T)。a0，a1和a2的值均為常數(shù)。
式(4)中TlnT這一項可以用泰勒級數(shù)在Tr＝1處展開，我們可以得到T1nT≈12T2-12.]]>那么式(4)可以重新寫成VBE(T)=(a0+a22)-a1T-a22T2---(5)]]>在圖4中，VGS20(T)＝VBE(T)+R4.I(T)，IVBE(Tm)＝β[VGS20(T)-Vthn]2，將(2)式和(5)式分別代入上式，整理后我們可以得到IVBE(Tm)=β(a0+a22-Vthn)2-2β(a0+a22-Vthn)(a1-R4C)T-β[a2(a0+a22-Vthn)-(a1-R4C)2]T2]]>+βa2(a2-R4C)T3+a2β4T4]]>=b0-b1T-b2T2+βa2(a1-R4C)T3+a2β4T4---(6)]]>其中，b0=β(a0+a22-Vthn)2,b1=2β(a0+a22-Vthn)(a1-R4C),b2=β[a2(a0+a22-Vthn)-(a1-R4C)2]2.]]>在(6)式中，如果我們令“a1＝R4C”，則IVBE(Tm)的三階溫度系數(shù)為零。于是，我們通過圖4的電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一支三階溫度系數(shù)為零的負溫度系數(shù)電流(電流值隨溫度升高而減小)。
至此，我們所需要的三支用于高階溫度補償?shù)碾娏鞫籍a(chǎn)生了，分別是I(T)、I(T2)和IVBE(Tm)。
比例求和電路中的PMOS管M16與一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路中的PMOS管M1構(gòu)成電流鏡，PMOS管M17與三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路中的PMOS管M18構(gòu)成電流鏡，PMOS管本身二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路的一部分，用于產(chǎn)生二階正溫度補償電流。顯然，根據(jù)電流疊加原理，流過NMOS管M11的電流可以表示為IREF(T)＝I(M11)＝I(T)+I(T2)+IVBE(Tm) (m≠3) (1)即，將(2)、(3)、(6)式代入(1)式，則電路輸出的基準電流可以寫成IREF(Tm)=(b0+βVthp2)+[(1-2βR2|Vthp|)C-b1]·T+(βR22C2-b2)·T2]]>+βa2(a1-R4C)·T3+a2β4·T4---(7)]]>因為a0，a1，a2和b0，b1，b2，C的值都是常數(shù)。所以，從(7)式可以看出，如果我們通過設(shè)定a0，a1，a2and b0，b1，b2，C的值可以將輸出基準電流的一階溫度系數(shù)、二階溫度系數(shù)和三階溫度系數(shù)去除(即溫度系數(shù)為零)。從而得到經(jīng)過高階溫度補償?shù)木哂蟹浅８叩臏囟确€(wěn)定性的電流基準源。
圖8所示是圖6所示的電路的輸出溫度特性曲線。經(jīng)HSPICE仿真驗證結(jié)果表明，當(dāng)溫度在-10℃～+150℃此種結(jié)構(gòu)的電流基準源輸出的溫度系數(shù)可以低至0.7ppm/℃。
權(quán)利要求
1.一種負溫度補償電流產(chǎn)生電路，由一個NMOS管(M20)、一個電阻(R4)和一個PNP三極管(Q3)組成，其特征在于，所述NMOS管(M20)的柵極通過電阻(R4)連接到PNP三極管(Q3)的發(fā)射極，其源極與PNP三極管(Q3)的基極和集電極共同接地；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數(shù))從NMOS管(M20)的柵極和電阻(R4)的連接點輸入，輸出電流IVBE(Tm)從NMOS管(M20)的漏極輸出；所述電阻(R4)和所述PNP三極管(Q3)滿足關(guān)系式Vg0-VBET0-k(η-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極管(Q3)的BE結(jié)帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極管(Q3)的BE結(jié)電壓，R4為電阻(R4)的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數(shù)。
2.一種負溫度補償電流產(chǎn)生電路，由一個PMOS管(M21)、一個電阻(R4)和一個PNP三極管(Q3)組成，其特征在于，PNP三極管(Q3)的基極與集電極短接并與PMOS管(M21)的柵極相連，其發(fā)射極通過電阻(R4)與PMOS管(M21)的源極相連并接外接電源；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數(shù))從PNP三極管(Q3)的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管(M21)的漏極輸出，所述電阻(R4)和所述PNP三極管(Q3)滿足關(guān)系式Vg0-VBE(T0)T0-k(η-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極管(Q3)的BE結(jié)帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極管(Q3)的BE結(jié)電壓，R4為電阻(R4)的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數(shù)。
3.一種高階溫度補償電流基準源，其特征在于，包括啟動電路、一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路、比例求和電路和輸出電路；所述啟動電路為一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路和比例求和電路提供啟動偏置電壓；所述一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個一階正溫度補償電流I(T)，其溫度特性曲線為一條直線；所述二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個二階正溫度補償電流I(T2)，其溫度特性曲線為一開口向上的二次曲線；所述三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個三階負溫度補償電流IVBE(Tm)，其溫度特性曲線為一開口向下的二次曲線；所述比例求和電路將一階、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路和三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的一階、二階正溫度補償電流和三階負溫度補償電流進行按比例求和；所述輸出電路輸出經(jīng)高階溫度補償后的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高階溫度補償電流基準源，其特征在于，所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)；NMOS管(MS2)的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管(MS2)的柵極與PMOS管(MS1)的柵極相連接，同時連接運算放大器(OP)的輸出端；NMOS管(MS2)的漏極與PMOS管(MS1)的漏極相連接，同時連接PMOS管(MS3和MS4)的柵極；PMOS管(MS3)的漏極連接到PNP三極管(Q2)的發(fā)射級，PMOS管(MS4)的漏極連接NMOS管(M13)的漏極；所述一階負溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極管管(Q1，Q2)和一個電阻(R1)和一個運算放大器(OP)；兩個PMOS管(M1，M2)構(gòu)成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)，PMOS管(M1)的漏極連到運算放大器(OP)的正輸入端，PMOS管(M2)的漏極連到運算放大器(OP)的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接并共同接地；PNP管(Q1)發(fā)射極通過電阻(R1)連接運算放大器(OP)的正輸入端；PNP管(Q2)發(fā)射極接電阻運算放大器的負輸入端；所述二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻(R2)；PMOS管(M12)與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管(M12)的漏極與NMOS管(M13)的漏極連接，PMOS管(M12)的源極連接外接電源，PMOS管(M12)的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；NMOS管(M13)的漏極與柵極連接同時連接NMOS管(M14)的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管(M14)的漏極連接電阻(R2)的一端，同時連接PMOS管(M15)的柵極；電阻(R2)的另一端與PMOS管(M15)的源極共同連接至外接電源，PMOS管(M15)的漏極連接輸出電路；所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M18，M19)，一個NMOS管(M20)，一個PNP管(Q3)，兩個電阻(R3，R4)；NMOS管(M20)的柵極連接電阻(R4)，電阻(R4)的另一端連接PNP管(Q3)的發(fā)射極，把PNP管(Q3)的基極和集電極短接并與NMOS管(M20)的源極共同接地，NMOS管(M20)的漏極連接PMOS管(M18)的漏極；PMOS管(M18)為二極管連接方式，PMOS管(M18)的源極連外接電源；PMOS管(M20)的柵極連接電阻(R3)的一端，電阻(R3)的另外一端連接PMOS管(M19)的漏極，PMOS管(M19)的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)，源極連外接電源；所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管(M16)的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；PMOS管(M15)本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管(M15)的柵極連接NMOS管(M14)的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端；所述輸出電路包括一個NMOS管(M11)，其源極接地，其漏極和柵極互連并接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管<M15，M16，M17>)的漏極)，向外提供電流輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高階溫度補償電流基準源，其特征在于，所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)；NMOS管(MS2)的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管(MS2)的柵極與PMOS管(MS1)的柵極相連接，同時連接運算放大器(OP)的輸出端；NMOS管(MS2)的漏極與PMOS管(MS1)的漏極相連接，同時連接PMOS管(MS3和MS4)的柵極；PMOS管(MS3)的漏極連接到PNP三極管(Q2)的發(fā)射級，PMOS管(MS4)的漏極連接NMOS管(M13)的漏極；所述一階負溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極管管(Q1，Q2)和一個電阻(R1)和一個運算放大器(OP)；兩個PMOS管(M1，M2)構(gòu)成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)，PMOS管(M1)的漏極連到運算放大器(OP)的正輸入端，PMOS管(M2)的漏極連到運算放大器(OP)的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接并共同接地；PNP管(Q1)發(fā)射極通過電阻(R1)連接運算放大器(OP)的正輸入端；PNP管(Q2)發(fā)射極接電阻運算放大器的負輸入端；所述二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻(R2)；PMOS管(M12)與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管(M12)的漏極與NMOS管(M13)的漏極連接，PMOS管(M12)的源極連接外接電源，PMOS管(M12)的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；NMOS管(M13)的漏極與柵極連接同時連接NMOS管(M14)的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管(M14)的漏極連接電阻(R2)的一端，同時連接PMOS管(M15)的柵極；電阻(R2)的另一端與PMOS管(M15)的源極共同連接至外接電源，PMOS管(M15)的漏極連接輸出電路；所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產(chǎn)生電路包括一個NMOS管(M19)，一個PMOS管(M21)，一個PNP管(Q3)，兩個電阻(R3，R4)。PNP三極管(Q3)的基極與集電極短接并與PMOS管(M21)的柵極相連，其發(fā)射極通過電阻(R4)與PMOS管(M21)的源極相連并接外接電源，其集電極通過電阻(R3)與NMOS管(M19)的漏極相連；NMOS管(M19)的源極接地，其柵極與NMOS管(M13、M14)的柵極相連；PMOS管(M21)的漏極接輸出電路；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數(shù))從PNP三極管(Q3)的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管(M21)的漏極輸出，所述電阻(R4)和所述PNP三極管(Q3)滿足關(guān)系式Vg0-VBET0-k(η-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極管(Q3)的BE結(jié)帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極管(Q3)的BE結(jié)電壓，R4為電阻(R4)的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數(shù)；所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管(M16)的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產(chǎn)生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；PMOS管(M15)本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產(chǎn)生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管(M15)的柵極連接NMOS管(M14)的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端；所述輸出電路包括一個NMOS管(M11)，其源極接地，其漏極和柵極互連并接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管<M15，M16，M17>)的漏極)，向外提供電流輸出。
全文摘要
負溫度補償電流產(chǎn)生電路及溫度補償電流基準源，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度補償電流產(chǎn)生電路及溫度補償電流基準源。所述負溫度補償電流產(chǎn)生電路由一個MOS管、一個PNP三極管和一個電阻構(gòu)成，根據(jù)輸入電流的一階溫度系數(shù)，通過調(diào)整PNP三極管和電阻的參數(shù)，能夠輸出一種三階溫度系數(shù)為零，一階和二階溫度系數(shù)為負的補償電流。所述溫度補償電流基準源包括啟動電路、一階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、二階正溫度補償電流產(chǎn)生電路、三階負溫度補償電流產(chǎn)生電路、比例求和電路以及輸出電路。其實質(zhì)是將單元電路所產(chǎn)生的一階正溫度系數(shù)補償電流、二階正溫度系數(shù)補償電流和三階溫度系數(shù)為零的負溫度系數(shù)補償電流通過比例疊加，以實現(xiàn)非常低的溫度系數(shù)(可達0.7ppm/℃)。
文檔編號G05F3/08GK1811656SQ20061002015
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者盧楊, 張波, 李肇基 申請人:電子科技大學(xué)