专利名称：具有高阶温度补偿的电流源电路及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流源电路及系统，尤指一种结构简单且具有高阶温度补偿的电流源电路及系统。
背景技术：
带隙基准电路是利用一个与温度成正比的电压与二极管压降之和，二者温度系数相互抵消，实现与温度无关的电压基准。因为其基准电压与硅的带隙电压差不多，因而称为带隙基准。电流源电路通常采用的是带隙基准电路来产生电流源，使得电流源电路的面积很大，结构也较复杂，增加了芯片的成本，且产生的电流源会随着温度的变化而变化很大。图1为现有的一种具有一阶温度补偿的电流源电路，该电流源电路包括一第一场效应管Ml、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第五场效应管 M5、一第一偏置电流源II、一第二偏置电流源12及一输出端Vout，根据该电流源电路，可以推导出该第四场效应管M4工作于亚阈值区，流过该第四场效应管M4的电流为I44=I0*e ￥mmB =I0*e ，其中IO为常量，VGS为场效应管的栅源电压，VT = KT/q, K与q为物理常量，T为温度，由于阈值电压VTH与温度T成反比关系，故可知VTH/VT的温度系数可以相互抵消，即进行了一阶温度补偿，从而得到I44=I0*e 2 ；其中a为不带一阶温度特性的参数。为了使得产生的电流源随温度的变化尽可能小，有必要提供一种结构简单且具有高阶温度补偿的电流源电路及系统。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单且具有高阶温度补偿的电流源电路及系统。一种具有高阶温度补偿的电流源电路，所述具有高阶温度补偿的电流源电路包括一参考电压端、一与所述参考电压端相连的第一电源模块、一与所述参考电压端相连的第二电源模块、一与所述第二电源模块相连的控制模块、一与所述第一电源模块及所述控制模块相连的电流源输出模块及一与所述第二电源模块、所述控制模块及所述电流源输出模块相连的偏置电流源模块，所述控制模块包括一第一场效应管、一与所述第一场效应管相连的第二场效应管及一与所述第二场效应管相连的第三场效应管，所述偏置电流源模块包括一与所述第二场效应管相连的第一偏置电流源及一与所述第三场效应管相连的第二偏置电流源，所述电流源输出模块包括一与所述第三场效应管及所述第二偏置电流源相连的第四场效应管、一与所述第四场效应管相连的第五场效应管及一与所述第五场效应管相连的输出端，所述第一电源模块包括一与所述参考电压端相连的第一比较器、一与所述第一比较器及所述第四场效应管相连的第六场效应管、一与所述第六场效应管相连的第一电阻及一与所述第一电阻相连的第二电阻，所述第二电源模块包括一与所述参考电压端相连的第二比较器、一与所述第二比较器、所述第一场效应管及所述第二偏置电流源相连的第七场效应管、一与所述第七场效应管相连的第三电阻及一与所述第三电阻相连的第四电阻。
一种具有高阶温度补偿的电流源系统，所述具有高阶温度补偿的电流源电路包括一参考电压端、一与所述参考电压端相连的第一电源模块、一与所述参考电压端相连的第二电源模块、一与所述第二电源模块相连用于对所述电流源系统进行温度补偿的控制模块、一与所述第一电源模块及所述控制模块相连用于产生电流源的电流源输出模块及一与所述第二电源模块、所述控制模块及所述电流源输出模块相连用于给所述电流源系统提供需要工作电流的偏置电流源模块。相对现有技术，本发明具有高阶温度补偿的电流源电路及系统无需采用带隙基准电路即可产生高温度特性的电流源，结构简单，且易于实现。
图1为现有的具有一阶温度补偿的电流源电路的电路图。图2为本发明具有高阶温度补偿的电流源系统较佳实施方式的系统框图。图3为本发明具有高阶温度补偿的电流源电路较佳实施方式的电路图。
具体实施例方式请参阅图2，本发明具有高阶温度补偿的电流源系统较佳实施方式包括一参考电压端、一与该参考电压端相连的第一电源模块、一与该参考电压端相连的第二电源模块、一与该第二电源模块相连的控制模块、一与该第一电源模块及该控制模块相连的电流源输出模块及一与该第二电源模块、该控制模块及该电流源输出模块相连的偏置电流源模块。请同时参阅图3，图3为本发明具有高阶温度补偿的电流源电路较佳实施方式的电路图。其中，该控制模块包括一第一场效应管Ml、一第二场效应管M2及一第三场效应管 M3 ；该偏置电流源模块包括一第一偏置电流源Il及一第二偏置电流源12 ；该电流源输出模块包括一第四场效应管M4、一第五场效应管M5及一输出端Vout ；该第一电源模块包括一第一比较器CMP1、一第六场效应管M6、一第一电阻Rl及一第二电阻R2 ；该第二电源模块包括一第二比较器CMP2、一第七场效应管M7、一第三电阻R3及一第四电阻R4。该参考电压端用于输入一参考电压VREF至该第一电源模块及该第二电源模块； 该第一电源模块用于给该电流源输出模块提供具有一阶正温特性的电压VCl ；该第二电源模块用于给该控制模块提供具有一阶正温特性的电压VC2 ；该控制模块用于对该具有高阶温度补偿的电流源系统进行温度补偿，使得产生的电流源随着温度的变化而变化很小；该偏置电流源模块用于给该具有高阶温度补偿的电流源系统提供需要的工作电流；该电流源输出模块用于产生电流源。本发明具有高阶温度补偿的电流源电路较佳实施方式的连接关系如下该第一比较器CMPl的一反相输入端与该第二比较器CMP2的一反相输入端共同连接该参考电压端， 用于接收该参考电压端输入的参考电压VREF。该第一比较器CMPl的一正相输入端与该第一电阻Rl的一端及该第二电阻R2的一端相连，该第二比较器CMP2的一正相输入端与该第三电阻R3的一端及该第四电阻R4的一端相连。该第六场效应管M6的栅极与该第一比较器 CMPl的一输出端相连，该第七场效应管M7的栅极与该第二比较器CMP2的一输出端相连。 该第六场效应管M6的源级与该第七场效应管M7的源级与一电源端VCC相连，该第六场效应管M6的漏极与该第一电阻Rl的另一端及该第四场效应管M4的源级相连，该第七场效应管M7的漏极与该第三电阻R3的另一端、该第一场效应管Ml的栅极、源级及该第二偏置电流源12的一端相连。该第二场效应管M2的栅极、源级及该第三场效应管M3的栅极共同连接该第一场效应管Ml的漏极，该第二场效应管M2的漏极与该第一偏置电流源Il的一端相连。该第三场效应管M3的源级与该第二偏置电流源12的另一端及该第四场效应管M4的栅极相连，该第四场效应管M4的漏极与该第五场效应管M5的栅极及漏极共同连接该输出端Vout。该第一偏置电流源Il的另一端、该第三场效应管M3的漏极、该第五场效应管M5 的源级、该第二电阻R2的另一端及该第四电阻R4的另一端共同连接一接地端GND。本发明具有高阶温度补偿的电流源电路及系统较佳实施方式的工作原理如下所述
首先设置该第一场效应管Ml、该第二场效应管M2及该第三场效应管M3的宽长相等，该第四场效应管M4的沟道长度L与该第一场效应管Ml、该第二场效应管M2及该第三场效应管M3相等，以使得该第一场效应管Ml、该第二场效应管M2、该第三场效应管M3及该第四场效应管M4的阈值电压相等。由图2所示的电路图可以得到 Vl = VC2 - VGSl - VGS2 ；
V2 = V1+VGS3 = VC2 - VGSl - VGS2+VGS3 ；
又因为 VGSl=VTH+0*111*K1/ (WfL)l ) ； VGS2=VTH+(2*I22*K1/ (WfL)2 ) w ； VGS3=VTH+(2*I33*K1/ (WfL)3 ) oj ；
其中VGS1、VGS2、VGS3分别为该第一场效应管Ml、该第二场效应管M2、该第三场效应管 M3的栅源电压，Kl为工艺常数，Κ1=μη*&)Χ，μη为电子迁移率，Cox为场效应管工艺的栅氧厚度，VTH为场效应管的阈值电压，111、122、133分别为流过该第一场效应管Ml、该第二
场效应管M2、该第三场效应管M3的电流，(W f rh、(W/ L)2、(W /1)3分别为该第一场效应管Ml、该第二场效应管M2、该第三场效应管M3的宽长比。因此， V2=VC2-(VTH+(2*I11*K1/ (WiL)l ) os )-
(VTH+(2*I22*K1/ (WfL)2 ) ) + (VTH+(2*I33*K1/ (,/i)3 )。J )；
其中，111 = 122 = 11=1，133 = 12=41，(WfL)1 = (WfL)2 = ( Τ/￡)3 ,则 V2 = VC2 - VTH;
则该第四场效应管M4的栅源电压VGS4 = VCl - VC2+VTH ；
设置VCDVC2，且VREF= aT+b，a、b为常数，即参考电压VREF与温度T成一次线性关系，
则
VCl=VREF*(Rl+R2)/R2=( aT+b)* (R1+R2) /R2; VC2=VREF*(R3+R4)/R4=( aT+b)* (R3+R4) /R4 ；
则该第四场效应管M4工作于饱和区，则流过该第四场效应管M4的电流为 I44=yn*Cox* (IVfL)4 * (VGS4—VTH) 3 /2=yn*Cox* ( Τ/￡)4 *(VC1_VC2) 2 /2;
(1)令(Rl+R2)/R2 = α，(R3+R4) /R4 = β，α、β 均为比例系数，则 VC1_VC2=( aT+b)*( α-β)(2)
将表达式( 代入表达式(1)，可得 I44=yn*Cox* (WfL)i *(aT+b) 2 α - β ) 2 /2 ；
另μ η= μ 0*τ "3/2 , μ 0为物理常量，则对144求T的导数可得
5Ι44/5Τ=μΟ* Cox* (WfL)4t *T _5'2 ( α-β) 2 * ( aT+b)* (aT_3b)/4;
由上式可以看出，上式的值非常小，即该具有高阶温度补偿的电流源电路及系统所产生的电流的温度系数非常小。由于流过该第四场效应管M4的电流即为本发明具有高阶温度补偿的电流源电路及系统产生的电流源，由此可见，本发明具有高阶温度补偿的电流源电路及系统的结构对输出的电流源进行了高阶温度补偿。本发明具有高阶温度补偿的电流源电路及系统可以产生具有低温度系数的电流源，经过验证，其输出电流在全温范围内(-40 125°C )的变化约为3%。，可见本发明具有高阶温度补偿的电流源电路及系统无需采用带隙基准电路即可产生高温度特性的电流源，结构简单，且易于控制。
权利要求
1.一种具有高阶温度补偿的电流源电路，其特征在于所述具有高阶温度补偿的电流源电路包括一参考电压端、一与所述参考电压端相连的第一电源模块、一与所述参考电压端相连的第二电源模块、一与所述第二电源模块相连的控制模块、一与所述第一电源模块及所述控制模块相连的电流源输出模块及一与所述第二电源模块、所述控制模块及所述电流源输出模块相连的偏置电流源模块，所述控制模块包括一第一场效应管、一与所述第一场效应管相连的第二场效应管及一与所述第二场效应管相连的第三场效应管，所述偏置电流源模块包括一与所述第二场效应管相连的第一偏置电流源及一与所述第三场效应管相连的第二偏置电流源，所述电流源输出模块包括一与所述第三场效应管及所述第二偏置电流源相连的第四场效应管、一与所述第四场效应管相连的第五场效应管及一与所述第五场效应管相连的输出端，所述第一电源模块包括一与所述参考电压端相连的第一比较器、一与所述第一比较器及所述第四场效应管相连的第六场效应管、一与所述第六场效应管相连的第一电阻及一与所述第一电阻相连的第二电阻，所述第二电源模块包括一与所述参考电压端相连的第二比较器、一与所述第二比较器、所述第一场效应管及所述第二偏置电流源相连的第七场效应管、一与所述第七场效应管相连的第三电阻及一与所述第三电阻相连的第四电阻。
2.如权利要求1所述的具有高阶温度补偿的电流源电路，其特征在于所述第一比较器的一反相输入端与所述第二比较器的一反相输入端共同连接所述参考电压端，所述第一比较器的一正相输入端与所述第一电阻的一端及所述第二电阻的一端相连，所述第二比较器的一正相输入端与所述第三电阻的一端及所述第四电阻的一端相连。
3.如权利要求2所述的具有高阶温度补偿的电流源电路，其特征在于所述第六场效应管的栅极与所述第一比较器的一输出端相连，所述第七场效应管的栅极与所述第二比较器的一输出端相连，所述第六场效应管的源级与所述第七场效应管的源级与一电源端相连，所述第六场效应管的漏极与所述第一电阻的另一端及所述第四场效应管的源级相连， 所述第七场效应管的漏极与所述第三电阻的另一端、所述第一场效应管的栅极、源级及所述第二偏置电流源的一端相连。
4.如权利要求3所述的具有高阶温度补偿的电流源电路，其特征在于所述第二场效应管的栅极、源级及所述第三场效应管的栅极共同连接所述第一场效应管的漏极，所述第二场效应管的漏极与所述第一偏置电流源的一端相连。
5.如权利要求4所述的具有高阶温度补偿的电流源电路，其特征在于所述第三场效应管的源级与所述第二偏置电流源的另一端及所述第四场效应管的栅极相连，所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的栅极及漏极共同连接所述输出端。
6.如权利要求5所述的具有高阶温度补偿的电流源电路，其特征在于所述第一偏置电流源的另一端、所述第三场效应管的漏极、所述第五场效应管的源级、所述第二电阻的另一端及所述第四电阻的另一端共同连接一接地端。
7.一种具有高阶温度补偿的电流源系统，其特征在于所述具有高阶温度补偿的电流源电路包括一参考电压端、一与所述参考电压端相连的第一电源模块、一与所述参考电压端相连的第二电源模块、一与所述第二电源模块相连用于对所述电流源系统进行温度补偿的控制模块、一与所述第一电源模块及所述控制模块相连用于产生电流源的电流源输出模块及一与所述第二电源模块、所述控制模块及所述电流源输出模块相连用于给所述电流源系统提供需要工作电流的偏置电流源模块。
8.如权利要求7所述的具有高阶温度补偿的电流源系统，其特征在于所述控制模块包括一第一场效应管、一与所述第一场效应管相连的第二场效应管及一与所述第二场效应管相连的第三场效应管，所述偏置电流源模块包括一与所述第二场效应管相连的第一偏置电流源及一与所述第三场效应管相连的第二偏置电流源，所述电流源输出模块包括一与所述第三场效应管及所述第二偏置电流源相连的第四场效应管、一与所述第四场效应管相连的第五场效应管及一与所述第五场效应管相连的输出端。
9.如权利要求8所述的具有高阶温度补偿的电流源系统，其特征在于所述第一电源模块包括一与所述参考电压端相连的第一比较器、一与所述第一比较器及所述第四场效应管相连的第六场效应管、一与所述第六场效应管相连的第一电阻及一与所述第一电阻相连的第二电阻。
10.如权利要求9所述的具有高阶温度补偿的电流源系统，其特征在于所述第二电源模块包括一与所述参考电压端相连的第二比较器、一与所述第二比较器、所述第一场效应管及所述第二偏置电流源相连的第七场效应管、一与所述第七场效应管相连的第三电阻及一与所述第三电阻相连的第四电阻。全文摘要
一种具有高阶温度补偿的电流源电路，包括一参考电压端、一第一电源模块、一第二电源模块、一控制模块、一电流源输出模块及一偏置电流源模块，所述控制模块包括一第一场效应管、一第二场效应管及一第三场效应管，所述偏置电流源模块包括一第一偏置电流源及一第二偏置电流源，所述电流源输出模块包括一第四场效应管、一第五场效应管及一输出端，所述第一电源模块包括一第一比较器、一第六场效应管、一第一电阻及一第二电阻，所述第二电源模块包括一第二比较器、一第七场效应管、一第三电阻及一第四电阻。本发明还提供一种具有高阶温度补偿的电流源系统。本发明结构简单，且易于控制。
文档编号G05F1/567GK102393783SQ20111031765
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者范方平 申请人:四川和芯微电子股份有限公司