提供可调恒定电流的电流电路的制作方法

本公开主张2018/11/23申请的美国临时申请案第62/770,949号及2019/1/17申请的美国正式申请案第16/250,689号的优先权及益处，该美国临时申请案及该美国正式申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

本公开涉及一种集成电路，特别涉及一种提供可调恒定电流的电流电路。

背景技术：

在集成电路中，常看到诸如电阻器的电子元件的特性随着温度变化。而当集成电路设计成使用恒定电流输入或偏压电流信号时，则需采用恒定电流源。

许多电子电路被设计为与恒定电流源一起使用，举例来说，通常在使输入缓冲器电路、延迟电路及/或振荡器电路偏压时采用恒定电流源。传统恒定电流源采用使用多个放大器的带隙参考电路。然而，多个放大器消耗大量电力且占据电路中的显著空间。另外，对于不同的装置也会有提供可调恒定电流的需求。

上文的“现有技术”说明仅是提供背景技术，并未承认上文的“现有技术”说明公开本公开的标的，不构成本公开的现有技术，且上文的“现有技术”的任何说明均不应作为本公开的任一部分。

技术实现要素：

本公开实施例提供一种电流电路。该电流电路包含一带隙参考电路、多个电流镜电路以及一控制电路。该带隙参考电路经配置以提供一第一电流，其中该第一电流是基于一参考电压信号且独立于温度。所述多个电流镜电路耦合至该带隙参考电路以接收该参考电压信号，所述多个电流镜电路经配置以提供多个镜电流，所述多个镜电流是基于该参考电压信号。该控制电路经配置以控制从所述多个电流镜电路流出的电流。

本公开另一实施例提供一种电流电路。该电流电路包含一带隙参考电路、多个电流镜电路以及一可程序化开关装置。该带隙参考电路经配置以提供一第一电流，其中该第一电流是基于一参考电压信号且独立于温度，该带隙参考电路包含一放大器，该放大器具有一第一输入节点、一第二输入节点以及一输出节点，该输出节点提供该参考电压信号，该输出节点耦合至该第一输入节点及该第二输入节点以形成一反馈路径。所述多个电流镜电路耦合至该带隙参考电路以接收该参考电压信号，所述多个电流镜电路经配置以提供多个镜电流，所述多个镜电流是基于该参考电压信号。该可程序化开关装置耦合至所述多个电流镜电路并经配置以选择性地输出所述多个镜电流。

通过上述电流电路的配置，可提供恒定电流，且该恒定电流可依照需求调整。

上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，从而使下文的本公开详细描述得以获得较佳了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中技术人员应了解，可相当容易地利用下文公开的概念与特定实施例作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离权利要求所界定的本公开的精神和范围。

附图说明

参阅实施方式与权利要求合并考量附图时，可得以更全面了解本公开的公开内容，附图中相同的元件符号是指相同的元件。

图1是一电路图，例示本公开一些实施例的电流电路；

图2是一电路图，例示本公开一些实施例的电流电路的可程序化开关装置；

图3是一电路图，例示本公开一些实施例的电流电路；以及

图4是一图表，描绘本公开一些实施例的温度独立恒定电流源的输出电流。

符号说明

10带隙参考电路

12放大器

14输出晶体管

16a电阻器

16b电阻器

17电阻器

18a二极管

18b二极管

20电流镜电路

22输出电流

30控制电路

32开关电路

100电流电路

122正反馈环路

124负反馈环路

142节点

144输出信号

146反馈信号

202电流镜晶体管

300电流电路

302电流镜晶体管

310带隙参考电路

312放大器

314输出晶体管

316a电阻器

316b电阻器

317电阻器

318a晶体管

318b晶体管

320电流镜电路

322输出电流

330控制电路

321控制节点

322开关晶体管

323输入电阻器

325负载电阻器

1421第一分支

1422第二分支

3122正反馈环路

3124负反馈环路

3142节点

3143第一分支

3144输出信号

3145第二分支

3146反馈信号

r1电阻

r2电阻

vbe1电压

vbe2电压

vinp输入电压

vinn输入电压

vpp供应电压

vref参考电压

i-ptat与温度成比例相关的电流

i-ctat与温度成反比例相关的电流

i-stab输出电流

i-sum总输出电流

具体实施方式

本公开的以下说明伴随并入且组成说明书的一部分的附图，说明本公开实施例，然而本公开并不受限于该实施例。此外，可适当整合以下实施例以完成另一实施例。

“一实施例”、“实施例”、“例示实施例”、“其他实施例”、“另一实施例”等是指本公开所描述的实施例可包含特定特征、结构或是特性，然而并非每一实施例必须包含该特定特征、结构或是特性。再者，重复使用“在实施例中”一语并非必须指相同实施例，然而可为相同实施例。

为了使得本公开可被完全理解，以下说明提供详细的步骤与结构。显然，本公开的实施不会限制本领域中的技术人员已知的特定细节。此外，已知的结构与步骤不再详述，以免不必要地限制本公开。本公开的优选实施例详述如下。然而，除了实施方式之外，本公开亦可广泛实施于其他实施例中。本公开的范围不限于实施方式的内容，而是由权利要求定义。

图1是一电路图，例示本公开一些实施例的电流电路100。电流电路100通常包含带隙参考电路10、多个电流镜电路20以及控制电路30。在图1的实施例中，多个电流镜电路20被图解说明为使用p型场效应晶体管(pfet)，然而，将了解，包含与图1中所展示的电路不同的电路的电流镜电路20的其它实例可用于本发明的其它实施例中。

带隙参考电路10提供参考电压(vref)。在一些实施例中，带隙参考电路10可提供1.25v的参考电压。在图1的实施例中，带隙参考电路10包含放大器12、输出晶体管14、多个电阻器16a及16b以及多个二极管18a及18b。多个二极管18a及18b(电阻性元件)可展现温度相依性，例如具有基于温度而变化的电流。在一些实施例中，多个二极管18a及18b展现随温度增加而增加的电流。换句话说，多个二极管18a及18b的电阻值可表示负温度系数。在各种实施例中，放大器12可为运算跨导放大器(ota)或运算放大器(op-amp)。放大器12包含非反相⑴输入及反相㈠输入以及输出，且经配置以基于提供到非反相输入及反相输入的输入而提供输出。所属领域的技术人员将了解，利用运算放大器实施的实施例可进一步包含补偿元件，例如电容器。在图1的实施例中，输出晶体管14被图解说明为pfet，但其它晶体管可用于本公开的实施例中。

在所描绘实施例中，放大器12的输出耦合到输出晶体管14的栅极。输出晶体管14的源极耦合到供应电压vpp。输出晶体管14的漏极可耦合节点142(电流输出节点)且提供到输出信号144。在所描绘实施例中，节点142的第一分支1421提供反馈信号146，所述反馈信号可载运1.25v的恒定电压及与绝对温度成比例(“ptat”)的电流i-ptat(第一电流)。所属领域的技术人员将了解，i-ptat随温度增加而增加，如下文关于图2进一步详细地论述。

电流i-ptat可基于反馈信号146被提供到的元件而确定。在所描绘实施例中，反馈信号146被提供到正反馈环路122(第一电流路径)及负反馈环路124(第二电流路径)。正反馈环路122包含串联耦合到接地的两个电阻器16b及多个二极管18a及18b。电阻器16b可具有相关联电阻r1。电阻r1可表示正温度系数。放大器12的非反相输入耦合到正反馈环路122中的两个串联电阻器16b之间的节点且接收输入电压vinp。负反馈环路124包含串联耦合到接地的具有电阻值r1的电阻器16b及多个二极管18a及18b。放大器12的反相输入在电阻器16b与多个二极管18a及18b之间耦合到负反馈环路124且接收输入电压vinn。反馈信号146的电流i-ptat可基于欧姆定律而确定其中δv是vbe1和vbe2之间的差，vbe1和vbe2分别是多个二极管18a及18b的电压，且取决于多个二极管18a及18b的值。举例来说，如先前所论述，多个二极管18a及18b可展现随温度增加而增加的电流。因此，δv可与温度直接成比例(例如，v∝kt/q，其中k是玻尔兹曼常数，t是绝对温度，且q是电子电荷的量值)。因此，i-ptat也可与温度直接成比例(如首字母缩略词ptat所指示)。所属领域的技术人员将了解，图1中所描绘的带隙参考电路10仅被提供为实例，且在不背离本发明的范围的情况下可使用其它带隙参考电路。

节点142的第二分支1422耦合到具有电阻值r2的电阻器17且耦合到接地。电阻r2可表示正温度系数。节点142的第二分支可提供与绝对温度互补(“ctat”)的电流i-ctat(第二电流)。电流i-ctat等于节点142处的电压(例如，1.25v)除以电阻器17的电阻(例如，r2)。在各种实施例中，电阻器17的电阻r2可经选择使得电流i-ctat具有与电流i-ptat相反的温度相依性。举例来说，i-ptat可随温度线性地增加(例如每100k，i-ptat增加0.1μa)。在此情形中，电阻器17经选择使得穿过电阻器17的电流i-ctat以相同速率减小(例如，每100k，i-ctat减小0.1μa)。在一个实施例中，电阻器17可具有电阻r2＝225kω。通过将电流i-ptat及i-ctat提供为具有相等且相反的温度相依性，输出信号144的电流(输出电流i-stab)可在变化的温度下保持恒定于i-stab处。即，随着温度增加，穿过反馈信号146的电流增加且穿过第二分支1422的电流以相同速率减小。因此，由于i-ptat和i-ctat的和(例如，离开节点142的总电流)随温度是恒定的，因此节点142的电流(例如，i-stab)也随温度是恒定的。

放大器12的输出节点还可耦合到多个电流镜电路20。多个电流镜电路20的每一者可具有耦合到供应电压vpp的源极且在漏极处提供输出电流22(iout)。在所描绘实施例中，电流镜晶体管202的漏极耦合至控制电路30。如此一来，电流镜电路20的输出电流可被控制电路30所控制以调整输出电流i-sum。在一些实施例中，控制电路30包含多个开关电路。在一些实施例中，开关电路是由晶体管所实现，该晶体管经配置以选择性地打开以输出对应的电流镜电路20的镜电流，进而调整输出电流i-sum。举例来说，假如想要输出电流i-sum为镜电流i-stab的n倍大，则可打开n个电流镜电路20以及其控制电路30中对应的开关电路。在一些实施例中，电流镜电路20的电流镜晶体管202与输出晶体管14匹配，例如具有相同的电子特性及表现。

在其它实施例中，电流镜晶体管202的通道大小(通道宽度(w)与通道长度(l)的比率)可相对于输出晶体管14的通道大小被调整以补偿输出电流22的电流与输出信号144的电流之间的差。在一些实施例中，多个电流镜电路20的通道大小可比输出晶体管14的通道大小大或小n倍以致使iout比i-stab大或小n倍。通过选择电阻器17的电阻r2以产生与电流i-ptat的温度可变性互补的电流i-ctat且将输出信号144的电流i-stab镜射到输出电流22的电流iout，电流电路100提供可被提供到需要恒定电流源的任何其它元件或电路的温度独立恒定电流输出。

图2是一电路图，例示本公开一些实施例的电流电路100的控制电路30。控制电路30包含多个开关电路32，其对应地耦合至多个电流镜电路20。在一些实施例中，开关电路32的每一者包含开关晶体管332，其具有经由输入电阻器323耦合至控制节点321的栅极以及经由负载电阻器325耦合至对应的电流镜电路20的电流镜晶体管202的漏极。因此，当低电压信号施加在控制节点321时，开关晶体管322操作在截止模式使得没有电流流经开关晶体管322的漏极-源极路径，即没有电流从对应的电流镜晶体管202流出并汇入输出电流i-sum。相对地，当高电压信号施加在控制节点321时，开关晶体管322操作在饱和模式使得电流流经开关晶体管322的漏极-源极路径，并使电流从对应的电流镜晶体管202流出并汇入输出电流i-sum。在一些实施例中，施加在开关晶体管332的控制节点321的信号是可程序化的。

图3是一电路图，例示本公开一些实施例的电流电路300。电流电路300可包含带隙参考电路310、多个电流镜电路320及控制电路330。带隙参考电路310可包含放大器312、输出晶体管314、具有电阻值r1的多个电阻器316a及316b以及多个晶体管318a及318b。在所描绘实施例中，放大器312将信号提供到输出晶体管314以及晶体管318a及318b。输出晶体管314可接收电压vpp，且基于放大器312的输出信号及电压vpp而将输出信号3144提供到节点3142。节点3142可耦合到第一分支3143及第二分支3145。第一分支可提供反馈信号3146，所述反馈信号可载运与绝对温度成比例的电流i-ptat。

反馈信号3146可提供到正反馈环路3122及负反馈环路3124中的电阻器316b。正反馈环路3122可包含串联耦合到晶体管318b的电阻器316b以及两个额外电阻器316b。正反馈环路3122可将信号vinp提供到放大器312的非反相输入。负反馈环路3124可包含串联耦合到晶体管318a的电阻器316b及电阻器316b。负反馈环路3124可将信号vinn提供到放大器312的反相输入。

第二分支3145可包含耦合到接地的具有电阻值r2的电阻器317。电阻r2可经选择使得穿过电阻器317的电流i-ctat与绝对温度互补。即，穿过电阻器317的电流i-ctat具有与反馈信号3146的温度相依性量值相等且方向相反的温度相依性。由于穿过第一分支3143及第二分支3145的电流i-ptat及i-ctat具有相等且相反温度相依性，因此穿过输出信号3144的电流i-stab可展示经降低温度相依性。

放大器312的输出信号还可耦合到多个电流镜电路20。多个电流镜电路20的每一者可具有电流镜晶体管302，其可具有耦合到供应电压vpp的源极且在具有电流iout的漏极处提供输出电流22(输出电流iout)。在所描绘实施例中，电流镜晶体管302的漏极耦合至控制电路330。如此一来，电流镜电路320的输出电流可被控制电路330所控制以调整输出电流i-sum。在一些实施例中，控制电路330包含多个开关电路，其耦合至对应的电流镜电路320以调整输出电流i-sum。举例来说，假如想要输出电流i-sum为镜电流i-stab的n倍大，则可打开n个电流镜电路320以及其控制电路330中对应的开关电路。

在一些实施例中，电流镜晶体管302可具有类似于输出晶体管314的通道长宽比，且电流镜电路320可提供具有电流i-sum的输出信号322。在一些实施例中，为了能够得到不同的输出电流i-sum，电流镜晶体管302的通道长宽比可以比输出晶体管314任意倍数的大或小。在一些实施例中，输出信号322的电流可镜射输出信号3144的电流。即，与传统电流源相比，电流i-sum可具有经降低温度相依性。在其它实施例中，电流镜电路320中的晶体管可具有相对于输出晶体管314的通道大小被调整的通道大小，使得输出信号322的电流镜射输出信号3144的电流。如上文关于图1所描述，输出信号322可提供到若干种电路中的任一者，包含输入缓冲器、振荡器电路、延迟电路或可受益于具有经降低温度相依性的信号的任何其它类型的电路。

图4是一图表，描绘本公开一些实施例的温度独立恒定电流源的输出电流。图4在水平轴上展示温度且在垂直轴上展示电流。如上文所描述，电流i-ptat与温度成比例相关，使得电流随温度增加而增加。电流i-ctat与温度成反比例相关，使得电流随温度增加而减小。i-ptat与i-ctat的温度相依性相等且相反，使得当将i-ptat与i-ctat加在一起时，产生温度独立恒定电流i-stab。温度独立恒定电流i-stab可提供到受益于使用温度独立恒定电流的任何电元件。

总结来说，在本公开的一些实施例中，通过上述电流电路的配置，可提供恒定电流，且该恒定电流可依照需求调整。

本公开实施例提供一种电流电路。该电流电路包含一带隙参考电路、多个电流镜电路以及一控制电路。该带隙参考电路经配置以提供一第一电流，其中该第一电流是基于一参考电压信号且独立于温度。所述多个电流镜电路耦合至该带隙参考电路以接收该参考电压信号，所述多个电流镜电路经配置以提供多个镜电流，所述多个镜电流是基于来自该带隙参考电路的该参考电压信号。该控制电路经配置以控制从所述多个电流镜电路流出的电流。

本公开另一实施例提供一种电流电路。该电流电路包含一带隙参考电路、多个电流镜电路以及一可程序化开关装置。该带隙参考电路经配置以提供一第一电流，其中该第一电流是基于一参考电压信号且独立于温度，该带隙参考电路包含一放大器，该放大器具有第一及第二输入节点以及一提供该参考电压信号的输出节点，且该放大器的输出节点是耦合至该放大器的第一及第二输入节点以形成一反馈路径。所述多个电流镜电路耦合至该带隙参考电路以接收该参考电压信号，所述多个电流镜电路经配置以提供多个镜电流，所述多个镜电流是基于来自该带隙参考电路的该参考电压信号。该可程序化开关装置耦合至所述多个电流镜电路并经配置以选择性地输出所述多个镜电流。

虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的精神与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多工艺，并且以其他工艺或其组合替代上述的许多工艺。

再者，本公开的范围并不受限于说明书中所述的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。本领域的技术人员可自本公开的公开内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质相同结果的现存或是未来发展的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，这些工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤包含于本公开的权利要求内。