专利名称：电流产生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流基准设计技术，更具体地说，涉及一种提高电流基准的线
性调整率的与温度成正比(PTAT)的电流产生电路。
背景技术：
电压基准广泛的运用于模拟电路中，例如在LDO， ADC/DAC等等。它能 够准确的输出一个与输入电压和温度几乎无关的电压，电压基准与输入电压的 关系用线性调整率来衡量。具有高线性调整率的电压基准为宽输入电压范围的 设备提供了必不可少的保证。常用的电压基准基于电压模和电流模两种。电压 模利用两个稳定系数相反的电压，通过一定的加权因子相加而得到一个与温度 几乎无关的电压。而电流模则是利用两个稳定系数相反的电流，通过一定的加 权因子相加而得到一个与温度几乎无关的电流，再流经一个电阻而获得一个与 温度几乎无关的电压。
如图l所示的电路常被用来产生与温度成正比(PTAT)的电流。然而，输 入电压的变化对电流镜的镜像精度产生误差，使得这种PTAT电流产生源在线 性调整率上受到很大的限制。针对这种问题，如图2所示的共源共栅结构电流 镜被提出且被广泛的运用。共源共栅结构电流镜使得电流镜的输出电阻增大了 一个本征增益倍，有效地提高了电流镜的镜像精度，确保了其良好的线性调整 率。然而在较高电源Vcc电压的作用下，碰撞电离效应限制了共源共栅结构所
能达到的最大增益，这是因为它引入了一个由漏到衬底、而不是由漏到源的小 信号电阻。碰撞电离效应使得本来在低压工作时表现出来的良好线性调整率发 生恶化。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电流 产生电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种电流产生电路，包 括串联连接在电源Vcc和地之间的第一共源共栅电流镜电路和第二共源共栅电 流镜电路和 一用于抑制碰撞电离效应的过压降压器。
在本发明所述的电流产生电路中，所述过压降压器包括第一镜像电流器、 第二镜像电流器、开关管和至少两个二极管，其中，所述第一镜像电流器的第 一端连接于电源Vcc、第二端与所述镜像电流器的第一端连接、控制端连接于 所述第一共源共栅电流镜电路的第一输出端；所述第一镜像电流器的第二端连 接于所述开关管的控制端、控制端连接于所述第一共源共栅电流镜电路的第二 输出端；所述开关管的第一端连接于所述第一共源共栅电流镜电路的第一输出
端、第二端连接于所述第二共源共栅电流镜电路的第一输入端，所述开关管的 第一端和第二端之间串联连接有至少一个所述二极管，所述开关管的控制端和 地之间串联连接有至少一个所述二极管。
在本发明所述的电流产生电路中，所述开关管的第一端和第二端之间串联 连接有两个所述二极管。所述开关管的控制端和地之间串联连接有两个所述二 极管。
在本发明所述的电流产生电路中，所述第一、二镜像电流器是晶体管。所
述晶体管是N型金属氧化半导体晶体管或P型金属氧化半导体晶体管。
在本发明所述的电流产生电路中，所述开关管是晶体管或者场效应管。所 述单向导通器件是二极管或二极管连接的三极管。
本发明的有益效果是，能有效减小加在共源共栅器件上的漏源电压，从而 减小碰撞电离效应的影响，且不影响最低工作电压，保持电流镜结构的最大增 益，从根本上解决了由于碰撞电离对共源共栅的影响，从而改善了电流基准的 线性调整率。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是传统的PTAT电流产生电路的电路原理图2是传统改善型的PTAT电流产生电路的电路原理图3是本发明所述的电流产生电路的电路原理图4是图3中NodeA、 NodeB和NodeC随Vcc增加的电压波形图。
具体实施例方式
图2所示是传统的改善因电流镜的输出电阻不够大所导致的线性调整率差 所使用的共源共栅结构。这种结构在大部分的Vcc不是太高的情况下可以表现 出令人满意的性能。然而，随着Vcc的增大，承受绝大部分的电压应力的N型 MOS管100受到碰撞电离效应的影响渐渐变得严重。共源共栅结构的高增益被 限制，从而使得PTAT电流的线性调整率恶化。从图4中的NodeB波形我们知 道，图4中NodeB点的电压波形等同于图2中NodeC点的电压波形，当Vcc=6V 时，加在图2中的100漏源两端之间的电压差Vcc-IVthpl(Vthp为pMOSFET的 阈值电压)，大于5V。
图3所示是本发明提出的改善型PTAT电流产生电路的一个实施例，它在 传统PTAT电路的基础上集成过压降压器201，使得100漏源两端之间的电压 差得到一定幅度的压降，抑制了碰撞电离效应的影响。其包括串联连接在电源 Vcc和地之间的第一共源共栅电流镜电路1和第二共源共栅电流镜电路2和一 用于抑制碰撞电离效应的过压降压器201。
在本发明所述的集成过压降压器201的PTAT电流产生电路中，第一共源 共栅电流镜电路l包括第一晶体管96、第二晶体管97、第三晶体管98、第 四晶体管99;过压降压器201包括第一镜像电流器101、第二镜像电流器102、 开关管105和至少两个单向导通器件，其中，第一镜像电流器101的栅极连接 于第一晶体管96的栅极，第一镜像电流器101的漏极连接于电源Vcc，第一镜 像电流器101的源极连接于第二镜像电流器102的源极，第二镜像电流器102 的栅极连接于第三晶体管98的栅极，第二镜像电流器102的漏极连接于开关管 105的控制端，开关管105的第一端连接于第三晶体管98的漏极，开关管105 的第二端连接于所述第二共源共栅电流镜电路2的第一输入端，开关管105的 第一端和第二端之间串联连接有至少一个单向导通器件，开关管105的控制端 和地之间串联连接有至少一个单向导通器件。
在本发明所述的电流产生电路中，开关管105的第一端和第二端之间串联 连接有两个单向导通器件。开关管105的控制端和地之间串联连接有两个单向 导通器件。该单向导通器件可是二极管或二极管连接的三极管。
在本发明所述的电流产生电路中，开关管105是晶体管或者场效应管。
具体工作原理如下
当Vcc <2 Vthn, (Vthn为nMOSFET 103， 104的阈值电压),NodeA约等于 Vcc;当Vcc>= 2Vthn, NodeA约为2Vthn。 NodeB约为Vcc-|Vthp|。根据106、107的导通情况，可分为以下两个工作区
当Vcc《3|Vthp|， 106、 107不通，NodeC等于NodeA-Vthn。 12全部从 NodeB流经105到达NodeC。此时100漏源两端之间的电压差为NodeA-Vthn， 小于等于vthn。
当Vc03IVthpl时，106、 107导通，NodeC等于NodeB-2Vthp。随着Vcc 的增大，NodeB跟着增大，NodeC的电压也跟着增大。栅源电压的减小和衬底 偏置效应的增加，使得105很快进入截至区。12全部从NodeB流经106、 107 到达NodeC。此时100漏源两端之间的电压差为Vcc-3|Vthp|。
从上面的分析可知，本发明中的过压降压器201有效的扩展了拥有良好线 性调整率的输入电压范围。在低电源电压时，12全部从NodeB流经105到达 NodeC，其等效电路与图2所示的结构相同；在高电源电压时，105不通，12 全部从NodeB流经106、 107到达NodeC，其等效电路相当于在100的漏端串
接了两个降压单向导通器件，使得ioo漏源两端之间的电压差降低了两倍单向
导通器件的导通电压，从而有效地抑制了碰撞电离的影响。需要指出的是，本 发明中的两处单向导通器件(103/104和106/107 )的个数可以根据实际运用 电源电压的大小和所使用MOS的碰撞电离效应的严重程度来选择。
权利要求
1、一种电流产生电路，包括串联连接在电源Vcc和地之间的第一共源共栅电流镜电路(1)和第二共源共栅电流镜电路(2)，其特征在于，还包括有一用于抑制碰撞电离效应的过压降压器(201)。
2、 根据权利要求1所述的电流产生电路，其特征在于，所述过压降压器 (201)包括第一镜像电流器(101)、第二镜像电流器(102)、开关管(105)和至少两个单向导通器件，其中，所述第一镜像电流器(101)的第一端连接于电源Vcc、第二端与所 述镜像电流器(102)的第一端连接、控制端连接于所述第一共源共栅电流镜电 路(1)的第一输出端；所述第一镜像电流器(102)的第二端连接于所述开关管(105)的控制端、 控制端连接于所述第一共源共栅电流镜电路(1)的第二输出端；所述开关管(105)的第一端连接于所述第一共源共栅电流镜电路(1)的第 一输出端、第二端连接于所述第二共源共栅电流镜电路(2)的第一输入端，所述开关管(105)的第一端和第二端之间串联连接有至少一个所述单向导 通器件，所述开关管(105)的控制端和地之间串联连接有至少一个所述单向导通器件。
3、 根据权利要求2所述的电流产生电路，其特征在于，所述开关管(105) 的第一端和第二端之间串联连接有两个所述单向导通器件(106、 107)。
4、 根据权利要求2所述的电流产生电路，其特征在于，所述开关管(105) 的控制端和地之间串联连接有两个所述单向导通器件(103、 104)。
5、 根据权利要求2所述的电流产生电路，其特征在于，所述第一镜像电流 器(101)和第二镜像电流器(102)是晶体管。
6、 根据权利要求5任意所述的电流产生电路，其特征在于，所述晶体管是 N型金属氧化半导体晶体管。
7、 根据权利要求5任意所述的电流产生电路，其特征在于，所述晶体管是 P型金属氧化半导体晶体管。
8、 根据权利要求2 7中任何一项所述的电流产生电路，其特征在于，所 述开关管(105)是晶体管或者场效应管。
9、 根据权利要求2 7中任何一项所述的电流产生电路，其特征在于，所 述单向导通器件是二极管或二极管连接的三极管。
全文摘要
本发明涉及一种集成过压降压器的与温度成正比(PTAT)电流产生电路，包括串联连接在电源Vcc和地之间的第一共源共栅电流镜电路和第二共源共栅电流镜电路和一用于抑制碰撞电离效应的过压降压器。实施本发明的电流产生电路能有效减小加在共源共栅器件上的漏源电压，从而减小碰撞电离效应的影响，且不影响最低工作电压，保持电流镜结构的最大增益，从根本上解决了由于碰撞电离对共源共栅的影响，从而改善了电流基准的线性调整率。
文档编号G05F3/16GK101359232SQ20071007537
公开日2009年2月4日 申请日期2007年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者许如柏, 谭润钦, 谷文浩 申请人:辉芒微电子(深圳)有限公司