专利名称：电流求差型复合补偿基准电流源的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，更进一步涉及模拟集成电路中的电流求差型复合补偿基准电流源，作为模拟电路和数模混合电路的重要部分，为其它电路模块如振荡器、滤波器、数模转换和精确的时间延迟模块提供稳定的基准电流。
背景技术：
在模拟、模数混合甚至纯数字电路中都需要基准电流源，基准电流源是集成电路中非常重要的功能模块。对于电流来说，在长金属线上传输时没有损失，而电压则有损失， 所以，在有长互连金属线的模拟电路中，更倾向使用电流基准源；另外，如果电路采用电流模式，会比采用电压模式能在更高的频率下工作，以提高电路的速度，但是，电流模式电路在大温度范围内工作时的准确性和稳定性直接决定于电流源的温度稳定性。为了满足电路在恶劣的外界温度环境下正常工作的要求，参考电流源必须具有非常小的温度系数。电子科技大学拥有的专利技术“高阶温度补偿CMOS电流基准源”(专利号ZL 200510021871. 2，授权公告号CN 100385363C)公开了一种高阶温度补偿CMOS电流基准源，主要包括一阶温度补偿电流产生电路，用于产生经过一阶温度补偿的电流；一阶温度补偿电流的高温段补偿电流产生电路，用于产生一阶温度补偿电流的高温段补偿电流；一阶温度补偿电流的低温段补偿电流产生电路，用于产生一阶温度补偿电流的低温段补偿电流；电流叠加电路，用于将一阶温度补偿电流产生电路、一阶温度补偿电流的高温段补偿电流产生电路和一阶温度补偿电流的低温段补偿电流产生电路所产生的三个电流进行叠加后输出与温度无关的电流。该方法虽然采用了在不同温度段利用PTAT(与温度成正比)的电流和CTAT(与温度成反比)的电流按比例叠加的方式来实现高阶温度补偿，输出基准电流，但仍然存在的不足一是基准电流源电路采用了放大器结构，使电路结构复杂化；二是在高温度段和低温度段内，分别有一支补偿电流产生电路闲置，使电路利用率低，造成基准电流源模块工作效率降低。电子科技大学拥有的专利技术“负温度补偿电流产生电路及温度补偿电流基准源”(专利号ZL 200610020154. 2，授权公告号CN 100373283C)公开了一种负温度补偿电流产生电路及温度补偿电流基准源，主要包括一阶正温度补偿电流产生电路，用于产生一阶正温度补偿电流；二阶正温度补偿电流产生电路，用于产生二阶正温度补偿电流；三阶负温度补偿电流产生电路，用于产生三阶负温度补偿电流；比例求和电路和输出电路，用于将一阶正温度补偿电流产生电路、二阶正温度补偿电流产生电路和三阶负温度补偿电流产生电路所产生的三个电流进行叠加后输出与温度无关的电流。该方法实现了基准电流较低的温度系数，但仍然存在的不足是低温度范围窄，只覆盖到-10°C，在低于-10°C时，温度系数迅速恶化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电流求差型复合补偿基准电流源，采用共源共栅电流镜结构，提高电源抑制比，简化电路结构，在两个温度段内，利用同一支路产生两种温度系数的补偿电流，提高电路利用率，提高模块工作效率，复合使用分段曲率补偿和高阶非线性温度补偿，使基准电流在更宽的温度范围内得到补偿，进一步减小温度系数，满足基准电流源性能指标的要求。为实现上述目的，本发明包括电流产生电路、电流镜像电路、第一级电流求差电路、第二级电流求差电路、第三级电流求差电路五部分；所述电流产生电路输出端连接电流镜像电路，电流镜像电路输入端接输入电流，输出端连接第一级电流求差电路和第三级电流求差电路，第一级电流求差电路输出端连接到第二级电流求差电路，第二级电流求差电路输出端连接到第三级电流求差电路。与现有技术相比本发明具有以下优点(1)本发明利用共源共栅电流镜结构，提供合适的电源抑制比，避免了现有技术中采用放大器电路造成的结构复杂的缺点，电路结构更简单。(2)本发明利用同一支电路在两个温度段产生不同的补偿电流，不存在现有技术中在高温段和低温段分别有一支补偿电流产生电路闲置，造成基准电流源模块工作效率低的缺点，提高电流源工作效率。(3)本发明利用分段曲率补偿和高阶非线性温度补偿复合应用的方法，克服现有技术中单一补偿方法温度范围窄造成补偿效果有限的缺点，使基准电流在更宽的温度范围内得到有效补偿。
图1为本发明电路的方框图；图2为本发明电路的电原理图。
具体实施例方式以下参照附图对本发明做进一步的描述。参照图1，本发明包括电流产生电路、电流镜像电路、第一级电流求差电路、第二级电流求差电路、第三级电流求差电路五部分；所述电流产生电路输出端连接电流镜像电路， 电流镜像电路输入端接输入电流，输出端连接第一级电流求差电路和第三级电流求差电路，第一级电流求差电路输出端连接到第二级电流求差电路，第二级电流求差电路输出端连接到第三级电流求差电路。参照图2，电流产生电路中的三极管3和电阻4串联，输入基准电压接三极管3的基极，减去三极管3的BE结电压后落在电阻4上，产生负温度系数电流，从三极管3的集电极流出到电流镜像电路中的PMOS管2的漏极。电流镜像电路包括八个PMOS管，两个匪OS管。八个PMOS管中的PMOS管1和PMOS 管5源极接电源VDD，PM0S管1的栅极分别与其漏极和PMOS管5的栅极连接，PMOS管1和 PMOS管5的连接方式构成共源共栅电流镜的输入对管，PMOS管1的漏极接输入电流，输入电流为来自外部基准电压模块的负温度系数电流；八个PMOS管中的PMOS管1和PMOS管 16源极接电源VDD，PMOS管1的栅极分别与其漏极和PMOS管16的栅极连接，PMOS管1和 PMOS管16的连接方式构成共源共栅电流镜的输入对管，PMOS管16的漏极输出负温度系数电流到第三级电流求差电路；八个PMOS管中的PMOS管9的栅极分别与其漏极和PMOS管6 的栅极连接，PMOS管6的漏极接NMOS管7的漏极，PMOS管9的漏极接NMOS管10的漏极， PMOS管9的源极接PMOS管8的漏极，PMOS管8为二极管连接形式，源极接电源VDD，PMOS 管6 10的连接方式构成共源共栅器件偏置电压产生电路，产生偏置电压；八个PMOS管中的PMOS管2的栅极分别与其漏极和PMOS管11的栅极连接，其源极接电源VDD，PMOS管2 和PMOS管11的连接方式构成共源共栅电流镜的输入对管，PMOS管11的漏极输出电流到第一级电流求差电路；NMOS管7的栅极分别与其漏极和NMOS管10的栅极连接，两管的源极接地，NMOS管7和NMOS管10的连接方式构成电流镜。第一级电流求差电路包括一个PMOS管和一个NMOS管。PMOS管12栅极接共源共栅器件偏置电压，源极接PMOS管11的漏极，漏极接NMOS管13漏极；NMOS管13的栅极与电流镜像电路中的NMOS管7的栅极连接，源极接地，NMOS管13的镜像负温度系数电流与 PMOS管12的电流求差，生成第一级补偿电流，NMOS管13漏极输出第一级补偿电流。低温阶段，PMOS管12的电流大于PMOS管13的电流，产生的第一级补偿电流为两路电流的差值， 输出到第二级电流求差电路中；高温阶段，PMOS管12的电流小于PMOS管13的电流，由于通过三极管14的电流不能反向，流过PMOS管13的电流被强制拉低，维持两个MOS管电流相等，没有补偿电流流入第二级电流求差电路。电流求差电路中的三极管14和电阻15串联，三极管14的基极与其集电极连接， 射极接第三级电流求差电路中三极管19的基极，电阻15的电流与三极管14的电流求差， 生成第二级补偿电流，三极管14的射极输出第二级补偿电流。低温阶段，产生的第二级补偿电流为流过三极管14的电流与流过电阻15的电流的差值，输出到第三级电流求差电路中；高温阶段，第一级电流求差电路没有补偿电流输出到第二级电流求差电路，第二级电流求差电路产生的第二级补偿电流为流过电阻15的电流，输出到第三级电流求差电路，完成两段中不同温度系数的补偿。第三级电流求差电路包括一个PMOS管和四个NPN三极管。PMOS管17栅极接共源共栅器件偏置电压，源极接电流镜像电路中PMOS管16的漏极，漏极连接三极管18的集电极；四个NPN三极管中的三极管18基极分别与其集电极和三极管20的基极连接，射极接三极管19的集电极；三极管19的基极分别与其集电极和三极管21的基极连接，射极接地； 三极管21射极接地，集电极与三极管20的射极连接；四个三极管组成类似MOS管共源共栅电流镜结构的镜像电路；PMOS管17的电流与第二级电流求差电路输入的第二级补偿电流求差，生成的电流镜像到三极管21，三极管20的集电极输出基准电流。
权利要求
1.一种电流求差型复合补偿基准电流源，包括电流产生电路、电流镜像电路、第一级电流求差电路、第二级电流求差电路、第三级电流求差电路五部分；所述电流产生电路输出端连接电流镜像电路，电流镜像电路输入端接输入电流，输出端连接第一级电流求差电路和第三级电流求差电路，第一级电流求差电路输出端连接到第二级电流求差电路，第二级电流求差电路输出端连接到第三级电流求差电路。
2.根据权利要求1所述的电流求差型复合补偿基准电流源，其特征在于所述电流产生电路中的三极管⑶和电阻串联。
3.根据权利要求1所述的电流求差型复合补偿基准电流源，其特征在于所述电流镜像电路包括八个PMOS管、两个NMOS管；其中所述八个PMOS管中的PMOS管⑴和PMOS管(5)源极接电源VDD，PMOS管⑴的栅极分别与其漏极和PMOS管(5)的栅极连接，PMOS管⑴和PMOS管(5)的连接方式构成共源共栅电流镜的输入对管，PMOS管(1)的漏极接输入电流，输入电流为来自外部基准电压模块的负温度系数电流；所述八个PMOS管中的PMOS管⑴和PMOS管(16)源极接电源VDD，PMOS管⑴的栅极分别与其漏极和PMOS管(16)的栅极连接，PMOS管(1)和PMOS管(16)的连接方式构成共源共栅电流镜的输入对管，PMOS管(16)的漏极输出负温度系数电流到第三级电流求差电路；所述八个PMOS管中的PMOS管(9)的栅极分别与其漏极和PMOS管(6)的栅极连接， PMOS管(6)的漏极接NMOS管(7)的漏极，PMOS管(9)的漏极接NMOS管(10)的漏极，PMOS 管(9)的源极接PMOS管(8)的漏极，PMOS管(8)为二极管连接形式，源极接电源VDD，PMOS 管(6) (10)的连接方式构成共源共栅器件偏置电压产生电路，产生偏置电压；所述八个PMOS管中的PMOS管O)的栅极分别与其漏极和PMOS管(11)的栅极连接， 其源极接电源VDD，PMOS管( 和PMOS管(11)的连接方式构成共源共栅电流镜的输入对管，PMOS管(11)的漏极输出电流到第一级电流求差电路；所述NMOS管(7)的栅极分别与其漏极和NMOS管(10)的栅极连接，两管的源极接地， NMOS管(7)和NMOS管(10)的连接方式构成电流镜。
4.根据权利要求1所述的电流求差型复合补偿基准电流源，其特征在于所述第一级电流求差电路包括一个PMOS管和一个NMOS管；其中所述PMOS管(1 栅极接共源共栅器件偏置电压，源极接PMOS管(11)的漏极，漏极接 NMOS管(13)漏极；NMOS管(13)的栅极与电流镜像电路中的NMOS管(7)的栅极连接，源极接地，NMOS管(13)的镜像负温度系数电流与PMOS管(12)的电流求差，生成第一级补偿电流，NMOS管(1 漏极输出第一级补偿电流。
5.根据权利要求1所述的电流求差型复合补偿基准电流源，其特征在于所述第二级电流求差电路中的三极管(14)和电阻(1 串联，三极管(14)的基极与其集电极连接，射极接第三级电流求差电路中三极管(19)的基极，电阻(15)的电流与三极管(14)的电流求差，生成第二级补偿电流，三极管(14)的射极输出第二级补偿电流。
6.根据权利要求1所述的电流求差型复合补偿基准电流源，其特征在于所述第三电流求差电路包括一个PMOS管和四个NPN三极管；其中所述PMOS管(17)栅极接共源共栅器件偏置电压，源极接电流镜像电路中PMOS管(16)的漏极，漏极连接三极管(18)的集电极；所述四个NPN三极管中的三极管(18)基极分别与其集电极和三极管00)的基极连接，射极接三极管(19)的集电极；三极管(19)的基极分别与其集电极和三极管的基极连接，射极接地；三极管射极接地，集电极与三极管OO)的射极连接；四个三极管组成类似MOS管共源共栅电流镜结构的镜像电路；PMOS管(17)的电流与第二级电流求差电路输入的第二级补偿电流求差，生成的电流镜像到三极管(21)，三极管OO)的集电极输出基准电流。
全文摘要
本发明公开了一种电流求差型复合补偿基准电流源，包括电流产生电路、电流镜像电路、第一级电流求差电路、第二级电流求差电路、第三级电流求差电路五部分。电流产生电路输出端连接电流镜像电路，第一级电流求差电路与第三级电流求差电路输入端接电流镜像电路输出端，第一级电流求差电路输出端连接第二级电流求差电路，第二级电流求差电路输出端连接第三级电流求差电路。本发明能够简化基准电流源的拓扑结构，提高基准电流源的电路利用率，从而提高其工作效率，分段曲率补偿和高阶非线性温度补偿复合采用，实现对基准电流在更宽的温度范围内的有效补偿，适用大多数需要基准电流源的模拟和数字电路中。
文档编号G05F3/26GK102289244SQ201110168239
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者叶强, 来新泉, 苗苗, 许文丹, 赵阳 申请人:西安电子科技大学