专利名称：电流基准电路的制作方法
技术领域：
示例实施例涉及电流基准电路，而且更具体地，涉及呈现有利的温度依赖性和电 压依赖性特性的电流基准电路。
背景技术：
通常包含在集成电路的模拟电路当中的偏压电路负责设置模拟电路的工作基准。 例如，充当恒流源的电流基准电路用于设置运算放大器的工作特性，例如直流(DC)工作特 性和交流(AC)工作特性。常规电流基准电路基本上受温度、电压(例如，电源电压)和制造过程变量的改变 的影响。同样地，常规电流基准电路中采用额外的电路减少诸如温度依赖性和电压依赖性 的影响。该额外的电路可以增加电流基准电路的尺寸和功耗。
发明内容
根据一些示例实施例，一种电流基准电路包括与绝对温度成比例(PTAT)电流产 生器、带隙基准电路、和电流复制电路。该PTAT产生器产生PTAT电流。该带隙基准电路基 于该PTAT电流产生基准电压，并通过从该PTAT电流中消去第一电流来产生第二电流。第 一电流具有零温度系数，而第二电流具有正温度系数。该电流复制电路基于该PTAT电流和 第二电流复制第一电流。一些实施例中，该电流基准电路可以进一步包括启动电路，其启动该PTAT电流产 生器、该带隙基准电路、和该电流复制电路。
通过结合附图和以下的详细描述，将更清楚地理解说明性的、非限制性的示例实 施例。图1是示出根据一些示例实施例的电流基准电路的框图；图2是示出根据示例实施例的电流基准电路的电路图；图3A是示出包含在图2的电流基准电路中的带隙基准电路的等效电路的电路 图；图3B是示出传统带隙基准电路的等效电路的电路图；图3C是用于描述带隙基准电路的操作的图；图4是示出与绝对温度成比例(PTAT)电流的配置的曲线图；图5是示出根据另一示例实施例的电流基准电路的电路图；图6是示出根据另一示例实施例的电流基准电路的电路图；图7是示出根据另一示例实施例的电流基准电路的电路图；图8是示出根据另外的示例实施例的电流基准电路的框图；图9是示出根据示例实施例的电流基准电路的电路图IOA是示出图2的电流基准电路的输出电流的变化的曲线图；图IOB是示出图6的电流基准电路的输出电流的变化的曲线图；以及图11是示出图2的电流基准电路的输出电流的变化和图6的电流基准电路的输 出电流的变化的曲线图。
具体实施例方式将参照其中示出实施例的附图更全面地描述各种示例实施例。然而，本发明概念 可以以许多不同的形式实现，而不应当被解读为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实 施例是为了使得本公开彻底和完整，并向本领域技术人员全面传达本发明概念的范围。本 申请全文中类似的引用数字指代类似的元素。不难理解，虽然这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元素，这些元素不应当 为这些术语所限制。这些术语是用于将一个元素与另一个元素区分开。例如，可以将第一 元素称为第二元素，以及，类似地，将第二元素称为第一元素，而不背离本发明构思的范围。不难理解，当元素被称为“连接到”或“耦接到”其他元素时，其可以直接连接到或 耦接到其他元素，或者可以存在居间元素。相反，当元素被称为“直接连接到”或“直接耦接 到”其他元素时，不存在中间元素。应当以类似的方式解释用于描述元素之间的关系的其他 单词(例如，“在…之间”与“直接在…之间”，“邻近”与“直接邻近”等)。这里使用的术语是用于描述具体实施例的目的，并非意在限制本发明概念。如这 里所使用的，单数形式“一”、“一个”、和“该”意在同样包含复数形式，除非上下文清楚地另 有指明。此外不难理解，术语“包括”和/或“包含”当在这里使用时，指定所述的特征、整 数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整 数、步骤、操作、元素、组件和/或其群体。除非另外限定，这里使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与本领域普通 技术人员通常理解的相同的含义。此外不难理解，诸如在常用词典中定义的术语应当被解 释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应当在理性化或过度形 式性的意义上解读，除非这里明确地这样说明。图1是示出根据一些示例实施例的电流基准电路100的框图。参照图1，电流基准电路100包括与绝对温度成比例(PTAT)电流产生器110、带隙 基准电路130、和电流复制电路150。PTAT电流产生器110产生与绝对温度成比例(PTAT)电流IPTAT。带隙基准电路 130基于PTAT电流IPTAT产生基准电压，并通过从PTAT电流IPTAT中消去第一电流IZTC 来产生第二电流IPTC。第一电流IZTC具有零温度系数(ZTC)，而第二电流IPTC具有正温 度系数(PTC)。电流复制电路150基于PTAT电流IPTAT和第二电流IPTC复制第一电流 IZTC。电流复制电路150可以通过从PTAT电流IPTAT中减去第二电流IPTC来复制第一电 流 IZTC。如稍后将描述的，带隙基准电路130和电流复制电路150中的每一个可以以电流 镜结构连接到PTAT电流产生器110以复制PTAT电流IPTAT。电流复制电路150可以以电 流镜结构连接到带隙基准电路130以复制第二电流IPTC。例如，包含在PTAT电流产生器 110中的第一金属氧化物半导体(MOS)晶体管可以以电流镜(即，镜像连接)的形式连接到包含在带隙基准电路130中的第二 MOS晶体管。包含在PTAT电流产生器110中的第一 MOS晶体管可以以电流镜的形式连接到包含在电流复制电路150中的第三MOS晶体管。此 外，包含在带隙基准电路130中的第二 MOS晶体管可以以电流镜的形式连接到包含在电流 复制电路150中的第三MOS晶体管。图2是示出根据示例实施例的电流基准电路IOOa的电路图。参照图2，电流基准电路IOOa包括PTAT电流产生器110a、带隙基准电路130a、和 电流复制电路150a。该实施例的特定示例中，PTAT电流产生器IlOa包括第一 ρ型金属氧化物半导体 (PMOS)晶体管ΜΡ1、第二 PMOS晶体管ΜΡ2、第一 η型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管ΜΝ1、 第二 NMOS晶体管丽2、和第一电阻器Rl。第一 PMOS晶体管MPl具有连接到电源电压VDD 的第一电极(例如，源极)、连接到第一节点W的栅极、以及第二电极(例如，漏极)。第一 PMOS晶体管MPl的第二电极和栅极共同连接到第一节点W。第二 PMOS晶体管MP2具有 连接到电源电压VDD的第一电极(例如，源极)、连接到第一节点m的栅极、以及第二电极 (例如，漏极)。第一 NMOS晶体管丽1具有连接到第一 PMOS晶体管MPl的第二电极(即， 第一节点Ni)的第一电极(例如，漏极)、连接到第二节点N2的栅极、以及第二电极(例如， 源极)。第二 NMOS晶体管丽2具有连接到第二 PMOS晶体管MP2的第二端的第一电极(例 如，漏极)、连接到第二节点N2的栅极、以及连接到地电压的第二电极(例如，源极)。第 二 NMOS晶体管丽2的第一电极和栅极共同连接到第二节点N2。第一电阻器Rl连接在第 一 NMOS晶体管丽1的第二电极与地电压之间。由于第一和第二 PMOS晶体管MPl和MP2形 成电流镜结构，而且第一和第二 NMOS晶体管丽1和丽2形成另一个电流镜结构，PTAT电流 IPTAT分别流过两个电流路径。换句话说，PTAT电流IPTAT流过第二 NMOS晶体管MN2，而 且PTAT电流IPTAT还流过第一 NMOS晶体管丽1和第一电阻器Rl。该特定示例的带隙基准电路130a包括第三PMOS晶体管MP3、第三NMOS晶体管 丽3、第二电阻器R2、和第三电阻器R3。第三PMOS晶体管MP3以电流镜的形式连接到第一 PMOS晶体管MPl。第三PMOS晶 体管MP3具有连接到电源电压VDD的第一电极(例如，源极)、连接到第一节点m的栅极、 以及连接到第三节点N3的第二电极(例如，漏极)。第二电阻器R2连接在第三节点N3与 地电压之间。第三电阻器R3具有连接到第三节点N3的第一电极。第三NMOS晶体管丽3 具有连接到第三电阻器R3的第二电极的第一电极(例如，漏极)、连接到地电压的第二电极 (例如，源极)、以及栅极。第三NMOS晶体管MN3的第一电极和栅极共同连接到第三电阻器 R3的第二电极。PTAT电流IPTAT流过连接在第三PMOS晶体管MP3的第二电极与第三节点 N3之间的支路。由于第一 PMOS晶体管MPl和第三PMOS晶体管MP3形成电流镜结构，所以 PTAT电流IPTAT流过第三PMOS晶体管MP3，其在第三节点N3处被划分为第一电流IZTC和 第二电流IPTC。换句话说，第一电流IZTC流过第二电阻器R2，而第二电流IPTC流过第三 电阻器R3。该特定示例的电流复制电路150a包括第四PMOS晶体管MP4、第四NMOS晶体管 MN4、第五NMOS晶体管MN5、和第六NMOS晶体管MN6。第四PMOS晶体管MP4以电流镜的形式连接到第一 PMOS晶体管MPl。第四PMOS晶 体管MP4具有连接到电源电压VDD的第一电极(例如，源极)、连接到第一节点m的栅极、以及连接到第四节点N4的第二电极(例如，漏极)。第四NMOS晶体管MN4具有连接到第 四节点N4的第一电极(例如，漏极)、连接到第三NMOS晶体管丽3的栅极的栅极、以及连 接到地电压的第二电极(例如，源极)。第五NMOS晶体管丽5具有连接到第四节点N4的 第一电极(例如，漏极)、连接到地电压的第二电极(例如，源极)、以及栅极。第五NMOS晶 体管丽5的第一电极和栅极共同连接到第四节点N4。第六NMOS晶体管MN6具有第一电极 (例如，漏极)、连接到第五NMOS晶体管丽5的栅极的栅极、以及连接到地电压的第二电极 (例如，源极)。由于第一 PMOS晶体管MPl和第四PMOS晶体管MP4形成电流镜结构，PTAT 电流IPTAT流过第四PMOS晶体管MP4，其在第四节点N4处被划分为第一电流IZTC和第二 电流IPTC。由于第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管MN4形成另一个电流镜结构，第二电 流IPTC流过第四匪OS晶体管MN4，于是第一电流IZTC流过第五NMOS晶体管丽5。第一电 流IZTC从第四节点N4流向第五NMOS晶体管丽5的第一电极。与第一电流IZTC基本上相 同的输出电流IOUT流过第六匪OS晶体管ΜΝ60图3A是示出包含在图2的电流基准电路IOOa中的带隙基准电路130a的等效电 路的电路图。图3B是示出传统带隙基准电路的等效电路的电路图。图3C是用于描述带隙 基准电路的操作的图。图4是示出PTAT电流的配置的曲线图。参照图4，PTAT电流IPTAT 包括具有零温度系数(ZTC)的第一电流IZTC和具有正温度系数(PTC)的第二电流IPTC。以下，将参照图1至图4描述根据示例实施例的电流基准电路IOOa的操作。如果假定可以忽略MOS晶体管中的空间电荷区域中产生的电流的量，MOS晶体管 的沟道长度充分长，可以忽略MOS晶体管的表面状态的密度、以及MOS晶体管的表面势能的 改变，而且MOS晶体管的漏极到源极电压的电平充分高于热电压的电平，则在弱反转区域 中η沟道MOS晶体管的电流-电压(I-V)特性可以类似于双极结晶体管的I-V特性。例如， η沟道MOS晶体管的I-V特性可以由等式1表示。等式权利要求
一种电流基准电路，包括与绝对温度成比例(PTAT)电流产生器，被配置为产生PTAT电流；带隙基准电路，被配置为基于该PTAT电流产生基准电压，并被配置为通过从该PTAT电流中消去第一电流来产生第二电流，第一电流具有零温度系数，而第二电流具有正温度系数；以及电流复制电路，被配置为基于该PTAT电流和第二电流复制第一电流。
2.如权利要求1所述的电流基准电路，其中该带隙基准电路和该电流复制电路中的每 一个以电流镜结构连接到该PTAT电流产生器以复制该PTAT电流。
3.如权利要求2所述的电流基准电路，其中该电流复制电路以电流镜结构连接到该带 隙基准电路以复制第二电流。
4.如权利要求1所述的电流基准电路，其中该电流复制电路通过从该PTAT电流中减去 第二电流来复制第一电流。
5.如权利要求1所述的电流基准电路，其中该PTAT电流产生器包括第一 P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，具有连接到电源电压的第一电极，和共同 连接到第一节点的第二电极和栅极；第二 PMOS晶体管，具有连接到电源电压的第一电极，连接到第一节点的栅极，和连接 到第二节点的第二电极；第一 η型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，具有连接到第一节点的第一电极，和连接 到第二节点的栅极；第二NMOS晶体管，具有共同连接到第二PMOS晶体管的第二电极的第一电极和栅极，和 连接到地电压的第二电极；以及第一电阻器，连接在第一 NMOS晶体管的第二电极与地电压之间。
6.如权利要求5所述的电流基准电路，其中该带隙基准电路包括以电流镜的形式连接到第一 PMOS晶体管的第三PMOS晶体管，其具有连接到电源电压 的第一电极，连接到第一节点的栅极，和连接到第三节点的第二电极； 第二电阻器，连接在第三节点与地电压之间； 第三电阻器，具有连接到第三节点的第一电极；以及第三NMOS晶体管，具有共同连接到第三电阻器的第二电极的第一电极和栅极，和连接 到地电压的第二电极。
7.如权利要求6所述的电流基准电路，其中该电流复制电路包括第四PMOS晶体管，以电流镜的形式连接到第一 PMOS晶体管，该第四PMOS晶体管具有 连接到电源电压的第一电极，连接到第一节点的栅极，和连接到第四节点的第二电极；第四NMOS晶体管，具有连接到第四节点的第一电极，连接到第三NMOS晶体管的栅极的 栅极，和连接到地电压的第二电极；第五NMOS晶体管，具有共同连接到第四节点的第一电极和栅极，和连接到地电压的第 二电极；以及第六NMOS晶体管，具有连接到第五NMOS晶体管的栅极的栅极，和连接到地电压的第一 电极。
8.如权利要求1所述的电流基准电路，其中PTAT电流产生器、该带隙基准电路、和该电流复制电路中的每一个包括多个共极串联连接的MOS晶体管对。
9.如权利要求8所述的电流基准电路，进一步包括第一偏压电路，被配置为偏压包含在该PTAT电流产生器中的共极串联连接的MOS晶体 管对；以及第二偏压电路，被配置为偏压包含在该带隙基准电路和该电流复制电路中的共极串联 连接的MOS晶体管对。
10.如权利要求8所述的电流基准电路，进一步包括偏压电路，被配置为偏压包含在该PTAT电流产生器、该带隙基准电路、和该电流复制 电路中的共极串联连接的MOS晶体管对。
11.如权利要求8所述的电流基准电路，其中该PTAT电流产生器、该带隙基准电路、和 该电流复制电路中的每一个执行自偏压操作。
12.如权利要求1所述的电流基准电路，进一步包括启动电路，被配置为启动该PTAT电流产生器、该带隙基准电路、和该电流复制电路。
13.如权利要求12所述的电流基准电路，其中该启动电路包括第一 PMOS晶体管，具有连接到电源电压的第一电极，连接到地电压的栅极，和连接到 第一节点的第二电极；第一 NMOS晶体管，具有连接到第二节点的第一电极，连接到第一节点的栅极，和连接 到地电压的第二电极；以及第二 NMOS晶体管，具有连接到第一节点的第一电极，连接到第三节点的栅极，和连接 到地电压的第二电极。
14.如权利要求7所述的电流基准电路，进一步包括启动电路，被配置为启动该PTAT电流产生器、该带隙基准电路、和该电流复制电路。
15.如权利要求14所述的电流基准电路，其中该启动电路包括第五PMOS晶体管，具有连接到电源电压的第一电极，连接到地电压的栅极，和连接到 第五节点的第二电极；第七NMOS晶体管，具有连接到第一节点的第一电极，连接到第五节点的栅极，和连接 到地电压的第二电极；以及第八NMOS晶体管，具有连接到第五节点的第一电极，连接到第二节点的栅极，和连接 到地电压的第二电极。
全文摘要
一种电流基准电路包括与绝对温度成比例(PTAT)电流产生器、带隙基准电路、和电流复制电路。该PTAT电路产生器产生PTAT电流。该带隙基准电路基于该PTAT电流产生基准电压，并通过从该PTAT电流中消去第一电流来产生第二电流。第一电流具有零温度系数，而第二电流具有正温度系数。该电流复制电路基于该PTAT电流和第二电流复制第一电流。
文档编号G05F3/30GK101995901SQ20101026060
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者金亨来 申请人:三星电子株式会社