專利名稱：純mos結(jié)構高精度電流基準源及其產(chǎn)生方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高精度電流基準源及其產(chǎn)生方法，具體涉及一種主要元件為MOS 管的高精度電流基準源及其產(chǎn)生方法。
背景技術：
電流基準源被廣泛地應用于各種芯片中，為后續(xù)電路提供隨電源電壓和溫度變化比較小的一個基準電流。傳統(tǒng)技術的原理是利用二極管建立正溫度電流和負溫度電流，正溫度電流與負溫度電流同時流過一條通路從而產(chǎn)生一個不隨溫度變化的電流，將零溫度電流鏡像出去作為其他電路的輸入?yún)⒖茧娏?即需要的高精度電流基準源)。具體來說，目前通常用的基準電流源電路是使用二極管的結(jié)電壓VBE/R產(chǎn)生一個負溫度系數(shù)電流，加上ΔνΒΕ/R產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電流，形成一個零溫度系數(shù)電流。這種結(jié)構比較復雜，電路面積也比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種純MOS結(jié)構高精度電流基準源及其產(chǎn)生方法，以解決現(xiàn)有技術中電路復雜，占用面積較大，實現(xiàn)起來困難的問題。本發(fā)明的技術原理是利用耗盡型的MOS管的閾值電壓為負的特性，外加合適阻值的電阻，來產(chǎn)生負溫度系數(shù)電流，該負溫度系數(shù)電流與可調(diào)節(jié)的正溫度系數(shù)電流來相加， 產(chǎn)生零溫度系數(shù)電流。本發(fā)明的技術方案如下一種高精度電流基準源產(chǎn)生方法，包括以下步驟(1)正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流匯合；(2)對匯合形成的電流經(jīng)過鏡像輸出，該鏡像輸出分為兩個支路，其中一個支路即作為高精度電流基準源的輸出，同時另一個支路的電流作為自偏置電壓產(chǎn)生電路的輸入?yún)⒖茧娏鳎?3)所述自偏置電壓產(chǎn)生電路輸出偏置電壓，該偏置電壓通過壓控恒流源反饋控制正溫度系數(shù)電流，使得正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流匯合形成零溫度系數(shù)電流。上述步驟⑴中正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流均是利用耗盡型MOS管閾值電壓為負的特性形成。上述負溫度系數(shù)電流是采用耗盡型MOS管柵極直接接地，源極經(jīng)電阻接地的方式形成，其漏極電流的鏡像電流與正溫度系數(shù)電流匯合；所述正溫度系數(shù)電流是采用耗盡型 MOS管柵源短接的方式形成。上述步驟(3)中壓控恒流源為P型MOS管，該P型MOS管與形成正溫度系數(shù)電流的耗盡型MOS管串聯(lián)；所述偏置電壓通過調(diào)節(jié)該P型MOS管的柵極電壓從而控制該P型MOS 管的漏極電流即實現(xiàn)反饋控制正溫度系數(shù)電流。本發(fā)明還根據(jù)上述方法提供了一種純MOS結(jié)構高精度電流基準源，包括正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、零溫度系數(shù)電流鏡像電路和為這三個電路提供電源的直流電壓源，零溫度系數(shù)電流鏡像電路的鏡像電流引入端即所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路和負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路輸出的正、負溫度系數(shù)電流的匯合節(jié)點，零溫度系數(shù)電流鏡像電路的鏡像電流輸出即高精度電流基準源的輸出；所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路的溫度系數(shù)電流產(chǎn)生元件分別為第一耗盡型MOS管、第二耗盡型MOS管；所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路還包括自偏置電壓產(chǎn)生電路以及由其控制的壓控恒流源，所述壓控恒流源的輸出作為第一耗盡型MOS管的給定輸入，所述自偏置電壓產(chǎn)生電路的輸入?yún)⒖茧娏魅∽粤銣囟认禂?shù)電流鏡像電路。上述第一耗盡型MOS管采用柵源短接的結(jié)構，所述第二耗盡型MOS管柵極直接接地，源極經(jīng)電阻接地；所述負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路采用P型MOS管共源共柵結(jié)構做電流鏡像得到的第二耗盡型MOS管的漏極鏡像電流與所述第一耗盡型MOS管的源極電流匯合。上述壓控恒流源是一個P型MOS管，該P型MOS管的源極接所述直流電壓源，其柵極接所述自偏置電壓產(chǎn)生電路的偏置電壓輸出端，其漏極接所述第一耗盡型MOS管的漏極。自偏置電壓產(chǎn)生電路及其反饋接入形式也可采用其他的公知技術方案。上述零溫度系數(shù)電流鏡像電路包括并聯(lián)的多個鏡像電流支路，其中一個鏡像電流支路上設置有用以調(diào)節(jié)自偏置電壓的分壓電阻，該分壓電阻的負端作為偏置電壓輸出端與作為壓控恒流源的P型MOS管的柵極連接。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.主要元件采用MOS管，整個電路較之于傳統(tǒng)方案使用的元器件明顯減少。2、很簡便的方法得到一個零溫度系數(shù)的基準電流，并保持其高精度和高穩(wěn)定性。


圖1為現(xiàn)有技術和本發(fā)明涉及到的系統(tǒng)相關模型/元件標識圖；圖2為實現(xiàn)零溫度輸出電流的基本原理示意圖；圖3為傳統(tǒng)電流基準源電路結(jié)構示意圖；圖4為本發(fā)明的高精度電流基準源電路結(jié)構示意框圖。圖5為本發(fā)明純MOS結(jié)構高精度電流基準源電路簡圖。
具體實施例方式如圖4所示，正溫度電流與負溫度電流同時流過一條通路從而產(chǎn)生一個電流，將此電流鏡像出去作為自偏置電壓產(chǎn)生電路的輸入?yún)⒖茧娏?，從而產(chǎn)生偏置電壓；此偏置電壓通過壓控恒流源調(diào)節(jié)輸入正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生元件(第一耗盡型MOS管)的電流與其輸入電壓，從而調(diào)節(jié)正溫度系數(shù)電流的斜率。經(jīng)過調(diào)節(jié)的正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流流過一條通路，最終產(chǎn)生零溫度系數(shù)電流。本發(fā)明具體的純MOS結(jié)構高精度電流基準源電路如圖5所示，I1為正溫度系數(shù)電流，I5為負溫度系數(shù)電流，I6為I5的鏡像電流，I即為I1與I6匯合后得到零溫度系數(shù)電流， I3和I4為I的鏡像電流，對I3再次鏡像得到12，I1-I6電流支路的電源均為低壓直流電源 VDD。第二耗盡型MOS管M17的柵極直接接地，源極經(jīng)電阻R3接地，保證M17導通，R3也可以是可調(diào)電阻，使之取得適宜的斜率；第一耗盡型MOS管M15柵源短接，M18、M19、M20、 M21構成P管共源共柵結(jié)構。M1、M2等采用N管共源共柵使零溫度系數(shù)電流I鏡像至13、14 ；M7為二極管連接P 管結(jié)構形式，其源極通過R2連接VDD，通過R2調(diào)節(jié)M16的柵極電壓(自偏置電壓)；M3、M4、 M5、M6采用P管共源共柵結(jié)構，使I3再次鏡像得到I2 ；M8為二極管連接N管結(jié)構形式，其源極通過Rl接地，通過Rl也可調(diào)節(jié)Ml的柵極電壓(可作為控制I的另一自偏置電壓)。在圖5中，本發(fā)明純MOS結(jié)構高精度電流基準源在應用時，其輸出電流具有兩種模式一種為IBIAS_P，提供正向電流(需要負載自行接地)；另一種為IBIAS_N，提供負向電流(需要負載正端自行接電源正極)。
權利要求
1.一種高精度電流基準源產(chǎn)生方法，包括以下步驟(1)正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流匯合；(2)對匯合形成的電流經(jīng)過鏡像輸出，該鏡像輸出分為兩個支路，其中一個支路即作為高精度電流基準源的輸出，同時另一個支路的電流作為自偏置電壓產(chǎn)生電路的輸入?yún)⒖茧娏鳎?3)所述自偏置電壓產(chǎn)生電路輸出偏置電壓，該偏置電壓通過壓控恒流源反饋控制正溫度系數(shù)電流，使得正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流匯合形成零溫度系數(shù)電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的高精度電流基準源產(chǎn)生方法，其特征在于步驟(1)所述正溫度系數(shù)電流與負溫度系數(shù)電流均是利用耗盡型MOS管閾值電壓為負的特性形成。
3.根據(jù)權利要求2所述的高精度電流基準源產(chǎn)生方法，其特征在于所述負溫度系數(shù)電流是采用耗盡型MOS管柵極直接接地，源極經(jīng)電阻接地的方式形成，其漏極電流的鏡像電流與正溫度系數(shù)電流匯合；所述正溫度系數(shù)電流是采用耗盡型MOS管柵源短接的方式形成。
4.根據(jù)權利要求2所述的高精度電流基準源產(chǎn)生方法，其特征在于步驟C3)所述壓控恒流源為P型MOS管，該P型MOS管與形成正溫度系數(shù)電流的耗盡型MOS管串聯(lián)；所述偏置電壓通過調(diào)節(jié)該P型MOS管的柵極電壓從而控制該P型MOS管的漏極電流即實現(xiàn)反饋控制正溫度系數(shù)電流。
5.純MOS結(jié)構高精度電流基準源，包括正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、零溫度系數(shù)電流鏡像電路和為這三個電路提供電源的直流電壓源，零溫度系數(shù)電流鏡像電路的鏡像電流引入端即所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路和負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路輸出的正、負溫度系數(shù)電流的匯合節(jié)點，零溫度系數(shù)電流鏡像電路的鏡像電流輸出即高精度電流基準源的輸出；其特征在于所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路的溫度系數(shù)電流產(chǎn)生元件分別為第一耗盡型MOS管、第二耗盡型MOS管；所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路還包括自偏置電壓產(chǎn)生電路以及由其控制的壓控恒流源，所述壓控恒流源的輸出作為第一耗盡型MOS管的給定輸入，所述自偏置電壓產(chǎn)生電路的輸入?yún)⒖茧娏魅∽粤銣囟认禂?shù)電流鏡像電路。
6.根據(jù)權利要求5所述的高精度電流基準源，其特征在于所述第一耗盡型MOS管采用柵源短接的結(jié)構，所述第二耗盡型MOS管柵極直接接地，源極經(jīng)電阻接地；所述負溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路采用P型MOS管共源共柵結(jié)構做電流鏡像得到的第二耗盡型MOS管的漏極鏡像電流與所述第一耗盡型MOS管的源極電流匯合。
7.根據(jù)權利要求6所述的高精度電流基準源，其特征在于所述壓控恒流源是一個P 型MOS管，該P型MOS管的源極接所述直流電壓源，其柵極接所述自偏置電壓產(chǎn)生電路的偏置電壓輸出端，其漏極接所述第一耗盡型MOS管的漏極。
8.根據(jù)權利要求7所述的高精度電流基準源，其特征在于所述零溫度系數(shù)電流鏡像電路包括并聯(lián)的多個鏡像電流支路，其中一個鏡像電流支路上設置有用以調(diào)節(jié)自偏置電壓的分壓電阻，該分壓電阻的負端作為偏置電壓輸出端與作為壓控恒流源的P型MOS管的柵極連接。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種純MOS結(jié)構高精度電流基準源及其產(chǎn)生方法，以解決現(xiàn)有技術中電路復雜，占用面積較大，實現(xiàn)起來困難的問題。本發(fā)明中的純MOS結(jié)構高精度電流基準源電路利用耗盡型的MOS管的閾值電壓為負的特性，外加合適阻值的電阻，來產(chǎn)生負溫度系數(shù)電流，該負溫度系數(shù)電流與可調(diào)節(jié)的正溫度系數(shù)電流來相加，產(chǎn)生零溫度系數(shù)電流。本發(fā)明主要元件采用MOS管，整個電路較之于傳統(tǒng)方案使用的元器件明顯減少；應用很簡便的方法即得到一個零溫度系數(shù)的基準電流。
文檔編號G05F3/24GK102279616SQ20111007665
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者張啟東, 賈雪絨 申請人:山東華芯半導體有限公司