专利名称：一种恒流源电路结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路结构，本发明尤其涉及一种IC恒流源的电路结构。
背景技术：
恒流源电路是一种输出电流保持恒定的电路。理想的恒流源电路应当具有输出电流不会随负载输出电压的变化而变、不因环境温度变化而变以及内阻无限大从而电流全部流出到外面的特性。为了使恒流源电路具有上述特性，必须使恒流源电路的输出级具有饱和的输出电流伏安特性。为此，通常要求恒流源电路的输入电压保持稳定，也即要求输入级必须是恒压源；而输出电阻尽量大，也即要求输出级是恒流源。通常情况下，将三极管适当连接成集成二极管的形式，使其具有指数形式的伏安特性或是抛物线形式上升的伏安特性。图1a和图1b示出了两种基本形式的恒流源电路。其中，图1a采用的是双极结晶体管结构，而图1b采用的是金属氧化物场效应晶体管结构。图1a和Ib所示的恒流源电路具有如图2所示的输入一输出伏安特性。从图2可以看出，图1a和图1b所示的恒流源电路在A端施加了正向电压但电压小于正向恒流起始电压Vk时，电压升高会使得B端电流也增加而与所施加的电压近似成线性关系。当电压继续升高时，流出B端的电流保持不变。当A当上施加的电压升高到Vb时，电流突然陡增而出现类似于雪崩二极管的特性。但是当电路处于反向偏压时，图1a和图1b所示的恒流源电路是不具有恒流源特性的。另外，由于当今的半导体电路通常制成集成电路形式，当图1a和图1b所示的恒流源电路做成集成电路时，它通常具有3个或以上的引脚端子。因此，三端子或三端子以上的恒流源电路装配相对比较复杂，使用不太方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种恒流源电路结构，这种恒流源电路只具有两个引脚端子。本发明的恒流源电路包含:第一晶体管；以及第二晶体管，其中，第一晶体管的源极和其栅极耦合，而第二晶体管的源极和其栅极耦合，其中，第一晶体管的漏极和第二晶体管的漏极互相耦合在一起，从而，由第一晶体管的源极和其栅极相耦合的端子以及第二晶体管的源极和其栅极相耦合的端子形成一个二端子元件。本发明的恒流源电路结构中，第一晶体管和第二晶体管是双扩散金属氧化物半导体(DMOS)场效应晶体管。本发明的恒流源电路结构中，第一晶体管和第二晶体管也可以是PN结型场效应晶体管(JFET)。
本发明的恒流源电路结构中，两个双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管具有对称的正反向伏安特性。本发明的恒流源电路结构中，两个PN结型场效应晶体管具有对称的正反向伏安特性。采用本发明的恒流源电路结构，装配简单，使用方便。
图1a是现有技术中采用沟道型金属氧化物场效应晶体管构成的恒流源电路；图1b是现有技术中采用双极结晶体管构成的恒流源电路；其中，I 是A端中的参考电流，Ib是B端中的输出电流，Vcc是偏置电压，Ib是基极电流；
图2不出的是图la、lb所不现有技术的恒流源电路的输入/输出伏安特性；
图3a是本发明一种实施例采用耗尽型DMOS对称设计的双向恒流源电路示意 图3b是本发明一种实施例采用结场效应晶体管对称设计的双向恒流源电路；
图4是图3a和图3b所示本发明双向恒流源电路的输入/输出伏安特性；
图5是本发明的双向恒流源集成电路外形示意 图6是图3a或图3b所示两个耗尽型金属氧化物半导体(MOS)恒流源结构或两个结场效应晶体管恒流源结构的平面结构示意图；而
图7是两个耗尽型MOS恒流源结构单元的元胞的纵向结构示意图。
具体实施例方式下面参照附图，描述本发明的双向恒流源电路的结构。DMOS是一种由源极、漏极和栅极构成的双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管电路。它有两种类型。一种是垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管电路VDM0SFET(vertical double-diffused M0SFET);另一种是横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管电路 LDMOSFET (lateral double-diffused MOSFET)。DMOS的性能主要由它的导通电阻Rds(On)决定。导通电阻Rds(On)指的是DMOS工作时从漏极到源极的电阻。当Rds(on)很小时，恒流源电路将具有很优良的开关特性，从而会有较大的输出电流，使得电路具有较强的电流驱动能力。利用DMOS的这一特性，就制成了如图3a所示的耗尽型DMOS的恒流源电路。如图3a所示，将两个DMOS的漏极耦合起来。由于两个DMOS的漏极是相耦合的，所以如图3a所示的连接方法就构成了一种对称结构的DMOS恒流源电路。最好选择两个DMOS元件使其各自的伏安特性相同。这样就可以使得正反向的伏安特性具有完全的对称性。由于DMOS的漏一源导通电阻很小，因此，这种结构的DMOS恒流源电路就可以在正向偏压和反向偏压时，都可以具有很好的开关特性，从而在A端和B端都可以提供很好的恒流电流。这是因为，当在A端上加上反向偏压时，这相当于在B端上加上了正向偏压；而当在A端上加上正向偏压时，就相当于在B端上加上了反向偏压。因此，无论所加的偏压对一个晶体管来说是正向的还是反向的，都会改变两个晶体管中的一个的沟道区的厚度，从而使输出电流为恒定。
另一种电路结构是用JFET (即PN结型场效应晶体管)构成的恒流源电路结构。这种结构的场效应晶体管的原理是在N型半导体基片上或者P型半导体基片上制作一对PN结及相应的金属电极。在这两个PN结之间形成有导电沟道，通过改变外加PN结的反向偏压，以改变PN结耗尽层的厚度，从而改变沟道区载流子的密度并进而控制通过沟道输出的电流。图3b示出了将两个JFET晶体管的漏极耦合起来后组成的一个恒流源电路的情况。与图3a示出的情况类似，图3b示出了对称结构的JFET恒流源电路的结构。最好选择两个JFET元件使其各自的伏安特性相同。这样就可以使得正反向的伏安特性具有完全的对称性。由于图3b示出的两个JFET是对称耦合的，所以当在A端上加上反向偏压时，可以改变左边那一个JFET的PN结的耗尽层厚度，从而改变左边那一个JFET的沟道区载流子的密度并进而控制通过其沟道输出的电流。而当在B端加上反向偏压时，可以改变右边那一个JFET的PN结的耗尽层厚度，从而改变右边那一个JFET的沟道区载流子的密度并进而控制通过其沟道输出的电流。因此，无论对哪一个晶体管来说所施加的偏压是正向的还是反向的，由于电路的对称结构，都将在所施加的电压足够大时，使正向和反向有恒定电流输出。图4示出的是图3a或图3b所示恒流源电路结构的输出伏安特性的示意图。图4中可以看出，无论在A端施加的是正向偏压还是反向偏压，电路输出的都是饱和电流。图4中，Vk是正向恒流起始电压；IP是正向恒定电流；VB是正向恒流结束电压；VKK是反向恒流起始电压；VBK是反向恒流结束电压；Ira是反向恒定电流！而乂!^是恒二极管反向电压。 如图4所示，当图3a或图3b所示的两个元件(1，2)的漏极耦合在一起时，如果施加在A端上的电压小于Vk，相当于在元件(I)上施加了一个正向电压，因而从B端输出的电流I与A上施加的电压近似成线性关系。当施加在A端上的正向电压继续升高时，元件(I)就进入饱和区，从而B端输出的电流维持使得元件(I)的饱和电流Ip不变。当施加在A端的电压升高到元件(I)的击穿电压时，B端的电流呈现出元件(I)出现雪崩电流，而使得电流突然陆增。由于本发明中元件(I)和(2)是对称设计的，因而当B端施加了电压时，在A端上出现的电流变化情况与上面是相同的。图6示出了图3a或图3b所示两个耗尽型金属氧化物半导体(MOS)恒流源结构或两个结场效应晶体管恒流源结构的平面结构示意图。图6中，区域(3)是金属铝层，区域(4)是介质层(如二氧化硅等)，中间的环形区域(A)、(B)是栅极和源极区域。图7是两个耗尽型MOS恒流源结构单元的元胞的纵向剖面结构示意图。从图7可以进一步了解本发明的耗尽型DMOS恒流源结构单元的元胞内部结构，其中，(5)是金属铝，
(6)是介质层(如SiO2), (7)是多晶层，(8)是栅氧化层，(9)是N+惨杂区，(10)是P —惨杂区，(11)是N—材料，(12)是装片底座。由于耗尽型DMOS为本领域技术人员公知的一种半导体器件，这里就不再赘述。采用本发明所得到的恒流源电路具有如图5所示的二端外形结构，从而使得电路变得简单，使用方便。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施例。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，还可以对本发明的上述实施例作某些修改和变更。实施例的描述仅仅是为了使本领域中的普通技术人员能够理解、实施本发明，不应当将本发明理解为仅仅限于所描述的实施例。本发明的保护范围由权利要求书所限定。
权利要求
1.一种恒流源电路结构，它包含: 第一晶体管；以及 第二晶体管， 其中，所述第一晶体管的源极和其栅极耦合，而所述第二晶体管的源极和其栅极耦合， 其中，所述第一晶体管的漏极和所述第二晶体管的漏极互相耦合在一起， 从而，由所述第一晶体管的源极和其栅极相耦合的端子以及所述第二晶体管的源极和其栅极相耦合的端子形成一个二端子元件。
2.如权利要求1所述的恒流源电路结构，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管是双扩散金属氧化物半导体(DMOS)场效应晶体管。
3.如权利要求1所述的恒流源电路结构，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管是PN结型场效应晶体管(JFET)。
4.如权利要求2所述的恒流源电路结构，其特征在于，两个双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管具有对称的正反向伏安特性。
5.如权利要求3所述的恒流源电路结构，其特征在于，两个PN结型场效应晶体管具有对称的正反向伏安特性。
全文摘要
本发明提供了一种恒流源电路结构，它包含第一晶体管；以及第二晶体管，第一晶体管的源极和其栅极耦合，第二晶体管的源极和其栅极耦合，第一晶体管的漏极和第二晶体管的漏极互相耦合在一起，从而，由第一晶体管的栅极和其栅极相耦合的端子以及第二晶体管的源极和其栅极相耦合的端子形成一个二端子元件。本发明的恒流源电路结构装配简单，使用方便。
文档编号G05F1/56GK103186154SQ20111045016
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者唐红祥, 张新, 计建新 申请人:无锡华润华晶微电子有限公司