一种电流源的制作方法

1.本技术涉及电流输出技术领域，具体涉及一种电流源。


背景技术：

2.在任何系统电路中都需要电流源来提供偏置，而在高精度电路中需要高精度的电流源，即要保证在电源电压、温度变化以及工艺偏差下电流源最终输出的电流保持恒定，这样保证了电路的性能。而传统电流源的电路结构比较复杂、整体结构的面积较大、存在20％左右的较大工艺角偏差。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种电流源，以解决现有电流源的电路结构复杂、面积较大、存在较大的工艺角偏差的技术问题。
4.第一方面，本技术提供一种电流源，包括基准电压模块、零温漂电流产生模块和校准模块，其中，
5.所述基准电压模块，用于基于供电端输入的供电电压向所述零温漂电流产生模块生成基准电压，以使所述零温漂电流产生模块工作在零温漂电流区；
6.所述零温漂电流产生模块，用于在所述基准电压模块生成的基准电压下，工作在零温漂电流区，并向所述校准模块输出零温漂电流；
7.所述校准模块，用于对所述零温漂电流进行工艺角校准，以输出目标电流。
8.可选地，所述基准电压模块包括基准电压生成单元和工艺角补偿单元，其中，
9.所述基准电压生成单元，用于基于所述供电电压生成预基准电压；
10.所述工艺角补偿单元，用于对所述预基准电压进行工艺角补偿，得到所述基准电压。
11.可选地，所述基准电压生成单元包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管的栅极及所述第二mos管的源极均接地，所述第一mos管的源极与所述第二mos管的漏极电性连接，所述第一mos管的漏极与供电端电性连接，所述第二mos管的栅极与所述第二mos管的漏极短接，且所述第二mos管的栅极与所述工艺角补偿单元电性连接。
12.可选地，所述工艺角补偿单元为根据已知工艺角补偿系数设置的运放补偿电路。
13.可选地，所述零温漂电流产生模块包括第五mos管，所述第五mos管的栅极与所述基准电压模块电性连接，所述第五mos管的漏极与所述校准模块电性连接，所述第五mos管的源极接地。
14.可选地，所述校准模块包括电流镜构建单元和电流镜输出单元，其中，
15.所述电流镜构建单元，用于将所述零温漂电流产生模块输出的零温漂电流镜像到所述电流镜输出单元，以与所述电流镜输出单元搭建电流镜；
16.所述电流镜输出单元，包括多个电流镜输出模组，用于通过所述电流镜镜像过来的零温漂电流来使得每一所述电流镜输出模组产生相应的基准电流，以及根据当前所述电
流源的输出电流调整每一所述电流镜输出模组的工作状态，以输出所述目标电流。
17.可选地，所述电流镜构建单元包括第六mos管，所述第六mos管的漏极与所述零温漂电流产生模块电性连接，所述第六mos管的栅极与所述第六mos管的漏极短接，所述第六mos管的源极与供电端电性连接。
18.可选地，所述多个电流镜输出模组根据输出的基准电流的大小依次排序，且当前所述电流镜输出模组输出的基准电流为前一所述电流镜输出模组输出的基准电流的n倍，n为大于1的正整数。
19.可选地，所述电流镜输出单元还包括寄存器控制模组，所述寄存器控制模组包括多个寄存器输出通道，用于根据当前所述电流源的输出电流控制每一所述寄存器输出通道的输出电平。
20.可选地，所述电流镜输出模组包括反相器、第七mos管、第八mos管和第九mos管，所述反相器的输入端与一所述寄存器输出通道电性连接，所述反相器的输出端与所述第七mos管的栅极电性连接，所述第七mos管的源极与所述第六mos管的源极电性连接，所述第七mos管的漏极分别与所述第八mos管的源极及所述第九mos管的栅极电性连接，所述第八mos管的栅极与相应的所述寄存器输出通道电性连接，所述第八mos管的漏极与所述第六mos管的漏极电性连接，所述第九mos管的源极与所述第六mos管的源极电性连接，所述第九mos管的漏极与所述电流源的电流输出端电性连接。
21.在本技术中，其提供的电流源包括基准电压模块、零温漂电流产生模块和校准模块。其中，基准电压模块可基于供电端输入的供电电压向零温漂电流产生模块生成基准电压，以使零温漂电流产生模块工作在零温漂电流区。这样一来，零温漂电流产生模块便可在工作在零温漂电流区时，输出零温漂电流，以确保输出电流不随温度变化，同时，校准模块可对零温漂电流进行工艺角校准，以输出目标电流，进而使得本电流源完成更加精准的电流输出。可见，本技术的电流源的电路设计简单、可有效减少整体结构的面积、及降低工艺角带来的偏差。
附图说明
22.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其有益效果显而易见。
23.图1是本技术实施例提供的电流源的一种结构示意图。
24.图2是本技术实施例提供的电流源的基准电压模块的电路原理图。
25.图3是本技术实施例提供的电流源的校准模块的电路原理图。
具体实施方式
26.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
27.在任何系统电路中都需要电流源来提供偏置，而在高精度电路中需要高精度的电流源，即要保证在电源电压、温度变化以及工艺偏差下电流源最终输出的电流保持恒定，这
样保证了电路的性能。
28.而传统电流源的电路结构比较典型的有如下两种：一种为电流源产生模块，包括电流镜，第一、第二、第三三极管及第一电阻；第一三极管的集电极连接电流镜的第一端，第二三极管的集电极连接电流镜的第二端，第一三极管的基极连接第二三极管的基极及集电极，第一三极管的发射极经由第一电阻接地，第二三极管的发射极连接第三三极管的发射极，第三三极管的基极连接补偿模块的输出端，第三三极管的集电极接地。补偿模块，连接电源产生模块，产生一补偿信号使第一三极管发射极的温度系数特性与第一电阻的温度系数特性一致，进而在电流源产生模块中产生与温度无关的电流。缺点在于,如果用于超低功耗电路时，面积很大，而且工作电压范围小。另一种为由njfet，三极管npn1、npn2、npn3和npn4，三极管pnp1、pnp2和pnp3，电阻r1，r2和r3组成的电流源，njfet的漏极连接电源vcc，njfet的栅极接地，njfet的源极连接三极管npn1的基极和集电极以及三极管npn2的基极，三极管npn1的发射极连接三极管npn4的基极和三极管npn3的集电极，三极管npn3的发射极接地，三极管npn3的基极连接三极管npn2的发射极和三极管npn4的集电极，三极管npn4的发射极通过电阻r1接地，三极管npn2的集电极连接三极管pnp1的集电极和三极管pnp3的基极，三极管pnp3的发射极连接三极管pnp1的基极和三极管pnp2的基极，三极管pnp1的发射极通过电阻r2连接电源vcc，三极管pnp2的发射极通过电阻r3连接电源vcc，三极管pnp3的集电极接地，三极管pnp2的集电极为电流源电路的输出端，输出电流iout。njfet在vcc从2.5v至40v时候，其启动电流i0固定不变，电阻r1为可调正温度系数电阻，npn1与npn2的发射极面积个数乘积比为a1，npn4与npn3的发射极面积个数乘积比a2，a1*a2大于1，工艺调r1的温度系数就可以设计出零温漂的电流源电路。电流源基准电流ir大小完全取决于a1、a2及r1的阻值大小，电流源基准电流ir、电流源输出电流iout不会随vcc的变化而变化。缺点在于，超低功耗面积大，工艺角的影响比较大。
29.可见，传统电流源的电路结构比较复杂、整体结构的面积较大、且存在20％左右的较大工艺角偏差。基于此，有必要提供一种新的电流源解决方案，以解决现有电流源的电路结构复杂、面积较大、且存在较大的工艺角偏差的技术问题。
30.在一个实施例中，如图1所示，本实施例提供一种电流源100，包括基准电压模块110、零温漂电流产生模块120和校准模块130，其中，基准电压模块110用于基于供电端输入的供电电压vdd向零温漂电流产生模块120生成基准电压，以使零温漂电流产生模块120工作在零温漂电流区。零温漂电流产生模块120用于在基准电压模块110生成的基准电压下，工作在零温漂电流区，并向校准模块130输出零温漂电流。校准模块130用于对零温漂电流进行工艺角校准，以输出目标电流iref。
31.需要说明的是，本技术实施例所说的工艺角是指在生产过程中工艺的偏差导致器件特性不一致的情况，构成本电流源100的各器件的器件特性不一致均会给本电流源100造成工艺角带来的偏差。
32.在本技术实施例中，其提供的电流源100可通过基准电压模块110基于供电端输入的供电电压向零温漂电流产生模块120生成基准电压，以使零温漂电流产生模块120工作在零温漂电流区。这样一来，零温漂电流产生模块120便可在工作在零温漂电流区时，输出零温漂电流，以确保输出电流不随温度变化，同时，校准模块130可对该零温漂电流进行工艺角校准，以输出目标电流iref，进而使得本电流源100完成更加精准的电流输出，以降低工
艺角带来的偏差。同时，整个电流源100仅由简单的基准电压模块110、零温漂电流产生模块120与校准模块130三部分构成，整个电流源100的电路设计简单、可有效减少整体结构的面积。
33.在一些示例中，如图2所示，基准电压模块110包括基准电压生成单元112和工艺角补偿单元113，其中，基准电压生成单元112用于基于供电电压vdd生成预基准电压。工艺角补偿单元113用于对预基准电压进行工艺角补偿，得到基准电压vref。
34.需要说明的是，基准电压模块110的作用在于基于供电端输入的供电电压向零温漂电流产生模块120生成预设电压值的基准电压vref，因而其具体实现形式，可不限于图2所示。
35.在一些示例中，如图2所示，基准电压生成单元112包括第一mos管m1和第二mos管m2，第一mos管m1的栅极及第二mos管m2的源极均接地，第一mos管m1的源极与第二mos管m2的漏极电性连接，第一mos管m1的漏极与接供电端电性连接(以接入滤波处理后的供电电压vdd)，第二mos管m2的栅极与第二mos管m2的漏极短接，且第二mos管m2的栅极与工艺角补偿单元113电性连接。
36.需要说明的是，第一mos管m1为零阈值型mos器件，第二mos管m2为普通型mos器件。第一mos管m1的栅极接地可以保证第一mos管m1工作在饱和区，使得第二mos管m2的驱动电压vgs＝vth(阈值电压)+vod(过驱动电压)，由于工艺角的变化会引起第二mos管m2的阈值电压vth的变化(这个变化量为δvth)，从而让第二mos管m2的驱动电压vgs也跟着工艺角变化。由于基准电压生成单元112由第二mos管m2的栅极引出输出电压，因而，第二mos管m2的驱动电压vgs即为基准电压生成单元112生成的预基准电压，可见，基准电压生成单元112生成的预基准电压是会随着工艺角变化的，因而，不能直接作为零温漂电流产生模块120工作在零温漂电流区的基准电压。还需通过工艺角补偿单元113来对预基准电压进行工艺角补偿，得到的基准电压vref才可作为零温漂电流产生模块120工作在零温漂电流区的基准电压。
37.在一些示例中，工艺角补偿单元113具体为根据已知工艺角补偿系数设置的运放补偿电路。设置工艺角补偿单元113时，可先通过软件对基准电压生成单元112生成的预基准电压进行仿真操作确定工艺角补偿系数f，然后根据已知工艺角补偿系数设置运放补偿电路，得到工艺角补偿单元113，经工艺角补偿单元113补偿后输出的基准电压vref＝vgs2*f,使得在不同工艺角下零温漂电流产生模块120都工作在零温漂电流区。运放补偿电路可通过多个运算放大器构成，以组合得到与已知工艺角补偿系数相同的放大系数。
38.在一些示例中，如图2所示，为避免供电端的杂波干扰，确保供电电压vdd的稳定性能，基准电压模块110还包括滤波处理单元111，滤波处理单元111用于对供电端输入的供电电压vdd进行滤波处理。与之同时，基准电压生成单元112重新用于基于滤波处理后的供电电压vdd生成预基准电压。基准电压模块110重新用于对供电端输入的供电电压vdd进行滤波处理后，基于滤波处理后的供电电压vdd向零温漂电流产生模块120生成基准电压，使得零温漂电流产生模块120工作在零温漂电流区。
39.在一些示例中，如图2所示，滤波处理单元111包括第三mos管m3和第四mos管m4，第三mos管m3的栅极及第四mos管m4的栅极均与第一mos管m1的漏极电性连接，第三mos管的漏极与源极、以及第四mos管的漏极与源极均接地。以通过第三mos管m3与第四mos管m4的配
合，在供电端输入的供电电压vdd提供给基准电压生成单元112前进行滤波处理，以去除供电端的杂波干扰，确保供电电压vdd的稳定性能。
40.需要说明的是，第三mos管m3为零阈值型mos器件，第四mos管m4为普通型mos器件。
41.在一些示例中，零温漂电流产生模块120包括第五mos管m5，第五mos管m5的栅极与基准电压模块110电性连接，第五mos管m5的漏极与校准模块130电性连接，第五mos管m5的源极接地。第五mos管m5的漏极电流在阈值电压vth附近有一个零温漂电流区，就是说温度变化(具体为-40℃～125℃)不会引起漏极电流的变化，这是cmos工艺下mos器件的固有特性。因而，零温漂电流产生模块120利用第五mos管m5的栅极电性连接基准电压模块110，使之在基准电压模块110生成的基准电压下，工作在零温漂电流区，进而通过第五mos管m5的漏极给校准模块130输出一个零温漂电流。
42.需要说明的是，由于工艺角等因素的存在，第五mos管m5工作在零温漂电流区，其漏极输出的零温漂电流并不一定为电流源100想要的目标电流iref，因而，还需通过校正模块130对其进行工艺角校准，以输出目标电流iref。
43.在一些示例中，如图3所示，校准模块130包括电流镜构建单元131和和电流镜输出单元132，其中，电流镜构建单元131用于将零温漂电流产生模块120输出的零温漂电流镜像到电流镜输出单元132，以与电流镜输出单元132搭建电流镜。电流镜输出单元132包括多个电流镜输出模组1321，具体用于通过该电流镜镜像过来的零温漂电流来使得每一电流镜输出模组1321产生相应的基准电流，以及根据当前电流源100的输出电流调整每一电流镜输出模组1321的工作状态，以输出目标电流iref。这样一来，校准模块130可对该零温漂电流进行工艺角校准，以输出目标电流iref，进而使得本电流源100完成更加精准的电流输出，以降低工艺角带来的偏差。
44.需要说明的是，本电流源100用于给一些电路提供预设电流值的工作电流，因而，目标电流iref即为本电流源100提供给相应电路且满足预设电流值的最终电流。
45.在一些示例中，如图3所示，电流镜构建单元131包括第六mos管m6，第六mos管m6的漏极与零温漂电流产生模块120电性连接，第六mos管m6的栅极与第六mos管m6的漏极短接，第六mos管m6的源极与供电端电性连接(以接入供电电压vdd)。这样一来，电流镜构建单元131通过第六mos管m6将零温漂电流产生模块120输出的零温漂电流镜像到电流镜输出单元132，以与电流镜输出单元132搭建电流镜。
46.在一些示例中，如图3所示，多个电流镜输出模组1321根据输出的基准电流的大小依次排序，且当前电流镜输出模组1321输出的基准电流为前一电流镜输出模组1321输出的基准电流的n倍，n为大于1的正整数。本技术的每一电流镜输出模组1321主要用于一基准电流的输出，不同的电流镜输出模组1321输出的基准电流的大小不同，一般为依据排序呈倍数递增，即当前电流镜输出模组1321输出的基准电流为前一电流镜输出模组1321输出的基准电流的n倍，n为大于1的正整数。n值一般优选为2，如当前电流镜输出模组1321输出的基准电流为0.1μa，则下一电流镜输出模组1321输出的基准电流为0.2μa，依次类推。电流镜输出单元132即可通过分别控制多个电流镜输出模组1321的工作状态，来组合输出满足预设电流值的目标电流iref。
47.在一些示例中，如图3所示，电流镜输出单元132还包括寄存器控制模组(未图示)，寄存器控制模组包括多个寄存器输出通道reg-ib《1》至reg-ib《a》，用于根据当前电流源
100的输出电流控制每一寄存器输出通道reg-ib《i》的输出电平，i为1-a的任一正整数，a为大于1的正整数，进而实现多个电流镜输出模组1321的工作状态的控制。当前电流源100的输出电流可通过片外测量所得或使用内部adc检测所得。
48.在一些示例中，如图3所示，每一电流镜输出模组1321包括反相器d1、第七mos管m7、第八mos管m8和第九mos管m9，反相器d1的输入端与一寄存器输出通道reg-ib《i》电性连接，反相器d1的输出端与第七mos管m7的栅极电性连接，第七mos管m7的源极与第六mos管m6的源极电性连接，第七mos管m7的漏极分别与第八mos管m8的源极及第九mos管m9的栅极电性连接，第八mos管m8的栅极与相应的寄存器输出通道reg-ib《i》电性连接，第八mos管m8的漏极与第六mos管m6的漏极电性连接，第九mos管的源极与第六mos管m6的源极电性连接，第九mos管m9的漏极与电流源的电流输出端电性连接。
49.工作时，若当前的电流镜输出模组1321连接的寄存器输出通道reg-ib《i》输出高电平时，则第八mos管m8关断，第七mos管m7开启，第九mos管m9的栅极电压被拉高，使得第九mos管m9截止无电流产生，即当前的电流镜输出模组1321不会输出相应的基准电流。而若当前的电流镜输出模组1321连接的寄存器输出通道reg-ib《i》输出低电平时，第八mos管m8开启，第七mos管m7关断，第九mos管m9正常工作，将流经第六mos管m6的零温漂电流镜像到第九mos管m9以产生相应的基准电流，此时，当前的电流镜输出模组1321可输出相应的基准电流。最终，电流镜输出单元132即可通过寄存器控制模组的多个寄存器输出通道reg-ib《1》至reg-ib《a》来分别控制多个电流镜输出模组1321的工作状态，组合输出目标电流iref，该目标电流iref不会随温度变化，且可尽量避免工艺角带来的偏差。
50.尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
51.即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
52.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本技术可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.在本技术中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述
为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。