專利名稱：應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集成電路的電流基準(zhǔn)，具體是一種應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路。
背景技術(shù)：
在集成電路中產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電流往往比較困難，因為在集成電路制造工藝中，通常是通過擴散或者是離子注入的方法來制造電阻器，這種電阻器具有某一特定的溫度系數(shù)，這意味著電阻值會隨著集成電路工作溫度的變化而改變。電阻值的溫度相關(guān)性導(dǎo)致基準(zhǔn)電流值隨溫度變化。為了克服上述基準(zhǔn)電流隨溫度變化的問題，可以采用外部電阻Rll和帶隙電壓基 準(zhǔn)Bandgap構(gòu)成一個與溫度無關(guān)的電流源，如圖I所示，MPlU MP12、MP13是相互匹配的電流鏡，電流鏡MNlI、電阻Rll和運算放大器OP構(gòu)成一個簡單電流源，電流由帶隙電壓基準(zhǔn)Bandgap電壓和外部電阻Rll決定。由于外部電阻Rll具有低溫度系數(shù)(TemperatureCoefficient，T. C.)和絕對值精確的優(yōu)點，因此可以產(chǎn)生精確的、與溫度無關(guān)基準(zhǔn)電流。但是需要一個額外的引腳和器件(外部電阻)，增加集成電路成本。另一種方法是在集成電路內(nèi)部采用低溫度系數(shù)的電阻代替外部電阻。但是在目前集成電路制造工藝中，低溫度系數(shù)的電阻，單位面積電阻值非常小，為了在芯片內(nèi)部得到微安級別的基準(zhǔn)電流，需要耗費大量的集成電路面積來制造該電阻，同樣會增加集成電路成本。而且低溫度系數(shù)電阻采用擴散工藝制造，其絕對值難以控制。因此，為了降低集成電路成本，非常需要在現(xiàn)有的集成電路制造工藝下，設(shè)計一個與溫度無關(guān)的電流基準(zhǔn)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流受溫度影響非常小。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路包括第六晶體管、第七晶體管、第八晶體管是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1:1 ;第九晶體管、第十晶體管是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1 ;第六晶體管發(fā)射極、第七晶體管發(fā)射極、第八晶體管發(fā)射極均接高電平，第六晶體管基極、第七晶體管基極和集電極、第八晶體管基極相連，第六晶體管集電極連接第一晶體管集電極，第一晶體管基極連接自身集電極，并連接第二晶體管基極，第二晶體管集電極接第七晶體管集電極，第八晶體管集電極連接第三晶體管集電極和第五晶體管基極，第五晶體管集電極接高電平，第五晶體管發(fā)射極連接第三晶體管基極和第四晶體管基極，第三晶體管基極和發(fā)射極之間連接第二電阻，第三晶體管發(fā)射極連接第九晶體管集電極，第九晶體管基極與自身集電極相連，并連接第十晶體管基極，第十晶體管集電極連接第四晶體管發(fā)射極，第四晶體管集電極產(chǎn)生溫度補償基準(zhǔn)電流；第一晶體管發(fā)射極、第九晶體管發(fā)射極、第十晶體管發(fā)射極接地，第二晶體管通過第一電阻接地。所述第六晶體管、第七晶體管、第八晶體管采用PMOS晶體管或PNP三極管。所述第一晶體管和第二晶體管是相互匹配的NPN三極管，其中第二晶體管的發(fā)射極面積是第一晶體管的8倍。所述第三晶體管和第四晶體管相互匹配，發(fā)射極面積比例是1:1。所述第九晶體管、第十晶體管是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1，第九晶體管、第十晶體管采用NMOS晶體管或NPN三極管。所述第一電阻采用高值多晶電阻，第二電阻采用P型離子注入電阻。本實用新型利用第一晶體管和第二晶體管的基極-射極電壓差值A(chǔ) Vbe產(chǎn)生正溫 度系數(shù)電壓，第一電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，正溫度系數(shù)電壓除以第一電阻得到正溫度系數(shù)電流。第三晶體管的基極-射極電壓Vbe具有負(fù)溫度系數(shù)，第二電阻具有正溫度系數(shù)，負(fù)溫度系數(shù)電壓除以正溫度系數(shù)電阻得到負(fù)溫度系數(shù)電流。正溫度系數(shù)電流和負(fù)溫度系數(shù)電流相加得到溫度補償基準(zhǔn)電流，再利用電流鏡將溫度補償基準(zhǔn)電流提供給其他電路使用。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型是一個產(chǎn)生溫度補償基準(zhǔn)電流的集成電路，該基準(zhǔn)電流在一定的溫度變化范圍內(nèi)(_40°C到130°C)變化非常微小。

圖I是利用外部電阻和帶隙電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生溫度補償基準(zhǔn)電流的簡化示意圖。圖2是本實用新型具體實施方式
電路圖。圖3是本實用新型基準(zhǔn)電流溫度特性示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。本實用新型所設(shè)計的溫度補償電流基準(zhǔn)電路如圖2所示，Ikef是本實用新型所產(chǎn)生的溫度補償基準(zhǔn)電流。MP1、MP2、MP3是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1:1，其類型可以是PMOS晶體管，也可是PNP三極管；晶體管Ql和Q2是相互匹配的NPN三極管，其中Q2的發(fā)射極面積是Ql的8倍；電阻Rl采用溫度系數(shù)為-2341ppm/°C的高值多晶電阻；晶體管Q3和Q4相互匹配，發(fā)射極面積比例是I: I ;麗1、麗2是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是I: I，其類型可以是NMOS晶體管，也可是NPN三極管；電阻R2采用溫度系數(shù)為+1115ppm/ V的P型離子注入電阻；晶體管Q5為電阻R2提供偏置電流。具體連接關(guān)系為第六晶體管MPl發(fā)射極、第七晶體管MP2發(fā)射極、第八晶體管MP3發(fā)射極均接高電平VDD，第六晶體管MPl基極、第七晶體管MP2基極和集電極、第八晶體管MP3基極相連，第六晶體管MPl集電極連接第一晶體管Ql集電極，第一晶體管Ql基極連接自身集電極，并連接第二晶體管Ql基極，第二晶體管Q2集電極接第七晶體管MP2集電極，第八晶體管MP3集電極連接第三晶體管Q3集電極和第五晶體管Q5基極，第五晶體管Q5集電極接高電平VDD，第五晶體管Q5發(fā)射極連接第三晶體管Q3基極和第四晶體管Q4基極，第三晶體管Q3基極和發(fā)射極之間連接第二電阻R2，第三晶體管Q3發(fā)射極連接第九晶體管麗I集電極，第九晶體管麗I基極與自身集電極相連，并連接第十晶體管麗2基極，第十晶體管MN2集電極連接第四晶體管Q4發(fā)射極，第四晶體管Q4集電極產(chǎn)生溫度補償基準(zhǔn)電流Ikef ;第一晶體管Ql發(fā)射極、第九晶體管MNl發(fā)射極、第十晶體管MN2發(fā)射極接地，第二晶體管Q2通過第一電阻Rl接地。三極管Ql和Q2的差值電壓A Vbe在電阻Rl上產(chǎn)生正溫度系數(shù)電流I1,電流I1被電流鏡MPl復(fù)制，并送給Ql作為偏置電流，MP1、MP2、QU Q2、Rl構(gòu)成了一個自偏置結(jié)構(gòu)電流基準(zhǔn)，圖2省略了該類型電路所需要的上電啟動電路。晶體管MP3復(fù)制電流I1為三極管Q3提供集電極電流。三極管Q3的基極-射極電壓Vbe和電阻R2產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流12，三極管Q5為電阻R2提供偏置電流。兩種溫度系數(shù)極性相反的電流在晶體管MNl的漏極完成相加，通過電流鏡MN2得到一個經(jīng)過溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)電流IKEF。由于電流鏡MPl和MP2的作用，使得三極管Ql和Q2的集電極電流相等，Ql和Q2的差值電壓A Vbe可以表不成
(AQ、AVm=V7-In —·
V ^Qi y其中Vt=K是波爾茲曼常數(shù)，T是開爾文絕對溫度，q是電子電荷，AQ表示發(fā)射極面積，常溫TVT=26mV,因此 A VBE=26mV .1118=5411^ 室溫下< i =+0.087m ，將其換算成常用的ppm表示為+0087mV/ V /26mV=+3346ppm/ °C，表示A Vbe具有正溫度系數(shù)+3346ppm/ °C。電阻Rl的溫度系數(shù)為-2341ppm/ °C，電流I1的溫度系數(shù)是+3346ppm/°C - (_2341ppm/°C ) =+5687ppm/°C。硅三極管基極-射極電壓Vbe的溫度系數(shù)是dVm / dT =-2mV/ °C，常溫下VBE=600mV,將其換算成常用的ppm表示為_2mV/°C /600mV=-3333ppm/°C。電阻R2的溫度系數(shù)為 +1115ppm/°C，電流 I2 的溫度系數(shù)是 _3333ppm/°C -1115ppm/°C =_4448ppm/°C。IREF ~』.t (I + ^CJ1 ) T .,2(1 + iCA' )-Tcji +I2-Tcji =0，即可在得到電流值隨溫度變化非常小的基準(zhǔn)電流，假設(shè)需要設(shè)計Ikef=IOuA的電流基準(zhǔn)Ieef=I^I2=IOuA■ T1 /； = -I2 Tc k
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Z2 5.6nA圖3顯示了電流I1具有正溫度系數(shù)，I2具有負(fù)溫度系數(shù)，兩個不同極性溫度系數(shù)電流相加可以得到溫度補償基準(zhǔn)電流IKEF。在常溫下可以得到IOuA的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電流，在-40°C到130°C溫度范圍內(nèi)，基準(zhǔn)電流Ikef變化小于±1. 28%。綜上所述，三極管Ql和Q2的基極-射極電壓差A(yù)Vbe在第一電阻Rl上產(chǎn)生正溫度系數(shù)的電流I1 ;第二電阻R2和三極管Q3并聯(lián)，Q3的基極-射極電壓Vbe在第二電阻R2上產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)電流I2 ；正溫度系數(shù)電流I1通過電流鏡MP3送給麗I，和負(fù)溫度系數(shù)電流
I2在MNl完成相加，最終得到經(jīng)過溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)電流IKEF。
權(quán)利要求1.應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其特征是，包括第六晶體管(MP1)、第七晶體管(MP2)、第八晶體管(MP3)是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1:1 ;第九晶體管(麗I)、第十晶體管(麗2)是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1 ;第六晶體管(MPl)發(fā)射極、第七晶體管(MP2)發(fā)射極、第八晶體管(MP3)發(fā)射極均接高電平(VDD)，第六晶體管(MPl)基極、第七晶體管(MP2)基極和集電極、第八晶體管(MP3)基極相連，第六晶體管(MPl)集電極連接第一晶體管(Ql)集電極，第一晶體管(Ql)基極連接自身集電極，并連接第二晶體管(Ql)基極，第二晶體管(Q2)集電極接第七晶體管(MP2)集電極，第八晶體管(MP3)集電極連接第三晶體管(Q3)集電極和第五晶體管(Q5)基極，第五晶體管(Q5)集電極接高電平(VDD)，第五晶體管(Q5)發(fā)射極連接第三晶體管(Q3)基極和第四晶體管(Q4)基極，第三晶體管(Q3)基極和發(fā)射極之間連接第二電阻(R2)，第三晶體管(Q3)發(fā)射極連接第九晶體管(MNl)集電極，第九晶體管(MNl)基極與自身集電極相連，并連接第十晶體管(麗2)基極，第十晶體管(麗2)集電極連接第四晶體管(Q4)發(fā)射極，第四晶體管(Q4)集電極產(chǎn)生溫度補償基準(zhǔn)電流(Ikef);第一晶體管(Ql)發(fā)射極、第九晶體管(麗I)發(fā)射極、第十晶體管(麗2)發(fā)射極接地，第二晶體管(Q2)通過第一電阻(Rl)接地。
2.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其特征是，所述第六晶體管(MPl )、第七晶體管(MP2)、第八晶體管(MP3)采用PMOS晶體管或PNP三極管。
3.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其特征是，所述第一晶體管(Ql)和第二晶體管(Q2)是相互匹配的NPN三極管，其中第二晶體管(Q2)的發(fā)射極面積是第一晶體管(Ql)的8倍。
4.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其特征是，所述第三晶體管(Q3)和第四晶體管(Q4)相互匹配，發(fā)射極面積比例是1:1。
5.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其特征是，所述第九晶體管(麗I)、第十晶體管(麗2)是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1，第九晶體管(麗I)、第十晶體管(麗2)采用NMOS晶體管或NPN三極管。
6.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，其特征是，所述第一電阻(Rl)采用高值多晶電阻，第二電阻(R2)采用P型離子注入電阻。
專利摘要本實用新型提供了一種應(yīng)用于集成電路的溫度補償電流基準(zhǔn)電路，它包括第六晶體管、第七晶體管、第八晶體管是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1:1；第九晶體管、第十晶體管是相互匹配的電流鏡，電流鏡比例是1:1；第一晶體管和第二晶體管是相互匹配的NPN三極管；第三晶體管和第四晶體管相互匹配；第一電阻采用高值多晶電阻，第二電阻采用P型離子注入電阻。正溫度系數(shù)電流和負(fù)溫度系數(shù)電流相加得到溫度補償基準(zhǔn)電流，再利用電流鏡將溫度補償基準(zhǔn)電流提供給其他電路使用。其優(yōu)點是本實用新型是一個產(chǎn)生溫度補償基準(zhǔn)電流的集成電路，該基準(zhǔn)電流在一定的溫度變化范圍內(nèi)(-40℃到130℃)變化非常微小。
文檔編號G05F3/26GK202583934SQ20122022629
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者譚在超, 朱勤為 申請人:無錫硅動力微電子股份有限公司