专利名称：一种与电源无关的电流参考源的制作方法
技术领域：
本发明属于芯片设计领域，尤其在设计电流参考源时，可用以灵活调节各个相关
参数值的一种新型与电源无关的电流参考源。
背景技术：
目前的电压无关电流源电路常采用的电路技术都是Behzad Razavi所著的《模拟cmos集成电路设计》中第11章图11.3表示的电路(如图l所示)，以及相关的电流公式
<formula>formula see original document page 3</formula> 以上电路结构推导出的电流表达式说明为了获得很小的偏置电流，则需要把NMOS的宽长比增大，或者把电阻增大。增大NMOS的宽长比则意味着Ml、 M2的面积都得大大增加，或者大大增加电阻阻值，都意味着芯片面积的增加，这样就相应地意味着芯片产量的减小和成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供了 一种新型与电源无关的电流参考源，可以在获得很小偏置电流的情况下，让NMOS的面积不会改变，让电阻的面积也不会增加很多。
本发明的技术实施方案如下 —种与电源无关的电流参考源，其特征在于用于产生一种与电源无关的电流参考源，其电路结构为 至少包括一个电阻Rs和四个场效应管M1、M2、M3、M4形成的镜像电路，所述M1、M2为NMOS管，M3、M4为PMOS管；所述M3镜像的电流到M4， M3、M4的源极连接电源，M3、M4的漏极分别与M2、M1的漏极连接，M1的漏极、栅极与M2的栅极相连接，形成镜像的结构；
Ml的源极接地，M2的源极连接电阻Rs， Rs另一端连接地； 所述镜像电路外还设置有一条镜像的电流支路，至少一个场效应管M5组成，由M3将电流镜像到M5，M5为PMOS管；M5的源极连接电源，M5的栅极与M3、M4的栅极连接，M5的漏极连接到M2的源极，这样，多了一个支路的电流流入电阻RS。 把M3的电流镜像到M5，把镜像放大了 M倍(M的取值可以根据电流表达式灵活选取，但 一 般在几百以内)的电流注入电阻Rs，因此电流表达式
为<formula>formula see original document page 3</formula> °与Behzad Razavi所推导的<formula>formula see original document page 3</formula>比较，明显可以看出基于本发明的电流表达式在分母上
多了一个M参数，这个参数就是M3电流镜像到M5的相关倍数系数。这样，输出参考电流就不只是由宽长比和电阻决定，参数M也可以参与决定输出参考电流。在需要很小参考电流时，M的增加就避免了宽长比的增加或电阻的增加了 。或者说可以在NM0S宽长比、电阻和M值之间灵活调节，获得一个更好的平衡，实现需要的参考电流。 简单地说，就是电流表达式多了一个可调参数，让决定电流的可调自由度更大，设 计自由更大。 本发明的优点如下 本发明是对传统的与电源无关电流参考源电路进行了修改，推导出的电流公式多 了一个可调变量，这样，让决定参考电流的因素多了一个，设计起来更加自由；尤其值得关 注的是在需要很小参考电流的情况下，运用此公式可知，不用增加NMOS的宽长比和电阻阻 值，就可以在增加一个电流镜像支路的情况下轻松获得。
图1为传统的与电压无关电流源电路结构示意图
图2为本发明的结构示意图
图3为本发明的实施示意图
具体实施例方式
如图2所示，一种与电源无关的电流参考源，用于产生一种与电源无关的电流参 考源，其电路结构为 至少包括一个电阻Rs和四个场效应管M1、M2、M3、M4形成的镜像电路，所述M1、M2 为NM0S管，M3、M4为PM0S管；所述M3镜像的电流到M4， M3、M4的源极连接电源，M3、M4的 漏极分别与M2、M1的漏极连接，M1的漏极、栅极与M2的栅极相连接，形成镜像的结构；
Ml的源极接地，M2的源极连接电阻Rs， Rs另一端连接地； 所述镜像电路外还设置有一条镜像的电流支路，至少一个场效应管M5组成，由M3 将电流镜像到M5，M5为PM0S管；M5的源极连接电源，M5的栅极与M3、M4的栅极连接，M5的 漏极连接到M2的源极，这样，多了一个支路的电流流入电阻RS。 把M3的电流镜像到M5，把镜像放大了 M倍(M的取值可以根据电流表达式灵活选 取，但一般在几百以内)的电流注入电阻Rs。参考Behzad Razavi所著的经典教材《模拟 cmos集成电路设计》中第11章图11.3表示的与电压无关电流源电路图以及式(11.4)所
表达的电流的公式7。"'-^J^^^T吖1-^)2的推导过程，本技术方案所涉及公
式的推导如下
2*/。", t, 2*/。", t,
+』=y;""^;~~^-^ + FtW2 + 7 , (1 + M)7 s ( 1 )
V jLl C (紐)w ' ■ = V屮C^ w 忽略体效应，有
2*/ , 1
,C。,(阔w # (2) 因此电流表达式为
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与Behzad Razavi所推导的<formula>formula see original document page 5</formula>比较，明显可以看
出基于本发明的电流表达式在分母上多了一个M参数，这个参数就是M3电流镜像到M5的 相关倍数系数。这样，输出参考电流就不只是由宽长比和电阻决定，参数M也可以参与决定 输出参考电流。在需要很小参考电流时，M的增加就避免了宽长比的增加或电阻的增加了。 或者说可以在NMOS宽长比、电阻和M值之间灵活调节，获得一个更好的平衡，实现需要的参 考电流。 简单地说，就是电流表达式多了一个可调参数，让决定电流的可调自由度更大，设 计自由更大。 当为了解决电阻工艺偏差带来的参考电流偏差，可以选择如图3所示的电路结构 形式解决这问题，即用三个电阻，这三个电阻分别对应当电阻corner为tt、 ff、 ss时的情 况。中测时根据测试结果来决定哪个电阻接地，这时其他两个电阻则悬空。这个结构带来 的问题就是电阻有三个，可能占的芯片版图面积比较大，这时，利用本发明的技术，就可以 有效减小电阻阻值，避免在芯片版图面积上付出多余的代价。
权利要求
一种与电源无关的电流参考源，其特征在于用于产生一种与电源无关的电流参考源，其电路结构为至少包括一个电阻Rs和四个场效应管M1、M2、M3、M4形成的镜像电路，所述M1、M2为NMOS管，M3、M4为PMOS管；所述M3镜像的电流到M4，M3、M4的源极连接电源，M3、M4的漏极分别与M2、M1的漏极连接，M1的漏极、栅极与M2的栅极相连接，形成镜像的结构；M1的源极接地，M2的源极连接电阻Rs，Rs另一端连接地；所述镜像电路外还设置有一条镜像的电流支路，至少一个场效应管M5组成，由M3将电流镜像到M5，M5为PMOS管；M5的源极连接电源，M5的栅极与M3、M4的栅极连接，M5的漏极连接到M2的源极，该支路的电流流入电阻RS。
2. 根据权利要求1所述的一种与电源无关的电流参考源，其特征在于M3的电流镜像到M5，把镜像放大了 M倍的电流注入电阻Rs，因此电流表达式为"、e;/z)/[^r(1—i)2，其中M的取值根据电流表达式中的各个参数匹配选取。
全文摘要
本发明公开了一种与电源无关的电流参考源，用于产生一种与电源无关的电流参考源，其电路结构至少包括一个电阻Rs和四个场效应管M1、M2、M3、M4形成的镜像电路，在镜像电路外还设置有一条镜像的电流支路，该支路的电流流入电阻RS；本发明是对传统的与电源无关电流参考源电路进行了修改，推导出的电流公式多了一个可调变量，这样，让决定参考电流的因素多了一个，设计起来更加自由；尤其值得关注的是在需要很小参考电流的情况下，运用此公式可知，不用增加NMOS的宽长比和电阻阻值，就可以在增加一个电流镜像支路的情况下轻松获得。
文档编号G05F1/56GK101739052SQ20091021637
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者刘辉 申请人:四川和芯微电子股份有限公司