专利名称：一种完全兼容标准cmos工艺的低温度系数电流源的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种完全兼容标准CMOS工艺的新型低 温度系数电流源。
背景技术：
电流源是CMOS集成电路中非常重要的基本电路之一，它为芯片中其它模块提供 正常工作所必需的偏置电流，因此它的性能也很大程度上影响了整个芯片的性能。与温度 无关的电流源广泛应用于模数转换器、数模转换器、Viterbi解码器中。目前，多数应用的电流源温度系数较高，大于IOOOppm/°C，不能满足高精度电路对 参考电流源的要求。虽然近年来出现了一些能够实现低温度系数的电流源，但是它们通常 来源于双极型带隙基准，结构比较复杂，占用面积大，制造成本高；有些甚至需要在BiCMOS 的工艺下实现，不能与标准CMOS工艺兼容。所以，如何设计得到一种结构简单、性能稳定、占用芯片面积小，温度系数低、完全 与标准CMOS工艺兼容的恒定电流参考源是CMOS高性能集成电路设计领域需要解决的一项
重要课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种兼容标准CMOS工艺的新型温度补偿电流 源，以克服现有电流源面积大、电流随温度变化明显、制造工艺成本高的缺点，迎合当今电 子产品对模拟电流源的要求。本发明提出的兼容标准CMOS工艺的温度补偿电流源，由2个PMOS管4、5，4个NMOS 管1、2、3、6，补偿电阻7，运算放大器8经电路连接构成；其中，PMOS管4、5，NMOS管1、2、3、 6，补偿电阻7为电流源的主体电路，利用电阻、迁移率、阈值电压的不同温度系数实现电流 源的温度补偿；运算放大器具有很高的增益，以保证运算放大器的输入端所连接的节点电 压相同。本发明中，温度补偿电流源的主体电路由PMOS管4、5，NM0S管1、2、3、6，补偿电阻 7经电路连接构成；其中，PMOS管4、5的源极接电源，栅极与运算放大器8的输出端28相 连接，补偿电阻7的一端与PMOS管4的漏极相连，另一端与连接成二极管形式的匪OS管1 的栅极相连，NMOS管1、2、3的源极均接地，NMOS管2的漏极与PMOS管5的漏极、NMOS管6 的栅极连接在一起，NMOS管6的漏极接电源，源极与连接成二极管形式的NMOS管3相连。本发明中，PMOS管4、5，NMOS管1、2、3、6均工作在饱和区，其中，NMOS管2、3的尺 寸相同，PMOS管4、5的尺寸相同，以保证三条支路的电流相等，并在版图设计中保证NMOS管 1、2的阈值电压相差较小，以满足实现温度补偿电流源的基本条件，NMOS管1的尺寸较大以 满足整体环路的稳定要求。本发明中，应用运算放大器8保证节点9、10电压相等，它由PMOS管11 17，NMOS 管19 24，电阻18、26，补偿电容25经电路连接构成；其中，NMOS管19、20连接成电流镜的形式，PMOS管11 14连接成共源共栅电流镜的模式，电阻26连接在PMOS管12的源极 与地之间，它们共同组成了放大器的偏置电路；NMOS管21镜像NMOS管20的电流，为运算放 大器的第一级提供尾电流源，NMOS管23、24构成差分输入对形式，PMOS管15、16为差分输 入管的电流镜负载；PMOS管17作为第二级运放的输入管，它的栅极与第一级运放的输出端 27相接，NMOS管22的漏极与PMOS管17的漏极相连，作为PMOS管17的负载，电阻18与电 容25串联在第一级运放的输出端与第二级运放的输出端之间，形成密勒补偿，运放的输出 端28与PMOS管4、5的栅极连接在一起。其中，所有的MOS管均工作在饱和区，为了实现低 功耗、高增益的特点，MOS管的栅长大于1 μ m，偏置电流、MOS管的宽长比较小。
图1 一种兼容标准CMOS工艺的新型低温度系数电流源的电路实现。图2本发明中应用的运算放大器的电路实现。图中标号:1、2、3、6、19、20、21、22、23、24 为 NMOS 管，4、5、11、12、13、14、15、16、17 为PMOS管，7为补偿电阻，8为运算放大器，18为补偿电阻，25为补偿电容，26为偏置电阻， 9、10为运算放大器的输入端口，27为运算放大器第一级的输出端口，28为运算放大器的输 出端口。
具体实施例方式下面结合附图进一步描述本发明。图1所示为整个温度补偿电流源的电路实现。图中，PMOS管4、5，NMOS管2、3接 成电流镜的形式以保证三条之路的电流相等，运算放大器8有足够高的增益使得节点9、10 的电压相等，即得到电阻7的压降与NMOS管1的栅源电压之和等于NMOS管2、6的栅源电 压之和，通过这一等式关系，使得参考电流源能够利用电阻、MOS管迁移率、阈值电压的不同 温度系数实现温度补偿，从而得到一个温度系数较低的参考电流源。其中，PMOS管4、5的源 极接电源，栅极与放大器的输出端28相连接，补偿电阻7的一端与PMOS管4的漏极相连， 另一端与连接成二极管形式的NMOS管1的栅极相连，NMOS管1、2、3的源极均接地，NMOS管 2的漏极与PMOS管5的漏极、NMOS管6的栅极连接在一起，NMOS管6的漏极接电源，源极 与连接成二极管形式的NMOS管3相连。PMOS管4、5，NMOS管1、2、3、6均工作在饱和区，其 中，NMOS管2、3的尺寸相同，PMOS管4、5的尺寸相同，以保证三条支路的电流相等，并在版 图设计中保证NMOS管1、2的阈值电压相差较小，以满足温度补偿所需的假设条件，NMOS管 1的尺寸应较大以满足整体环路稳定的要求。图2所示为图1中运算放大器9的电路实现。图中NMOS管19、20连接成电流镜 的形式，PMOS管11 14连接成共源共栅电流镜的模式，电阻26连接在PMOS管12的源极 与地之间，它们共同组成了放大器的偏置电路；NMOS管21镜像NMOS管20的电流，为运算放 大器的第一级提供尾电流源，NMOS管23、24构成差分输入对形式，PMOS管15、16为差分输 入管的电流镜负载；PMOS管17作为第二级运算放大器的输入管与第一级运算放大器的输 出端27相接，匪OS管22作为PMOS管17的负载，电阻18与电容25串联在第一级运算放 大器的输出端与第二级运算放大器的输出端之间，形成密勒补偿，运算放大器的输出端28 与电流源主体电路中的PMOS管4、5的栅极连接在一起。其中，所有的MOS管均工作在饱和区，为了实现低功耗、高增益的特点，所有MOS管的栅长均大于1 μ m, MOS管的宽长比较小。本发明所实现的温度补偿电流源具有完全与标准CMOS工艺兼容、温度系数低，结 构简单，面积小，成本低等优点，适用于各种模拟电路、模数混合电路中。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下， 所作出的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种完全兼容标准CMOS工艺的低温度系数电流源，其特征在于由第四PMOS管(4)、 第四PMOS管(5)、第一、第二、第三、第六NMOS管(1、2、3、6)、补偿电阻(7)、运算放大器(8) 经电路连接构成；其中，运算放大器(8)具有很高的增益，以保证运算放大器的输入端所连 接的节点电压相同，第四PMOS管(4)、第四PMOS管(5)、第一、第二、第三、第六NMOS管(1、 2、3、6)、补偿电阻(7)组成电流源的主体电路，利用电阻、MOS管的迁移率和阈值电压的不 同温度系数实现电流源的温度补偿；其中第四PMOS管(4)、第四PMOS管(5)的源极接电源，栅极与运算放大器(8)的输出端(28) 相连接，补偿电阻(7)的一端与第四PMOS管(4)的漏极相连，另一端与连接成二极管形式 的第一 NMOS管(1)的栅极相连，第一、第二、第三NMOS管(1、2、3)的源极均接地，第二 NMOS 管(2)的漏极与第五PMOS管(5)的漏极以及第六NMOS管(6)的栅极连接在一起，第六NMOS 管(6)的漏极接电源，源极与连接成二极管形式的第三NMOS管(3)相连。
2.根据权利要求1所述的电流源，其特征在于电流源主体电路中，所有MOS管均工作在 饱和区，其中，第二、第三NMOS管(2、3)的尺寸相同，第四、第五PMOS管(4、5)的尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的电流源，其特征在于所述的运算放大器(8)由第十一 第 十七PMOS管(11 17)、第十九 第二十四NMOS管(19 对)、第一、第二电阻(18 J6)、补 偿电容(25)经电路连接构成；其中，第十九、第二十NMOS管(19、20)连接成电流镜的形式， 第十一 第十四PMOS管(11 14)连接成共源共栅电流镜的模式，第二电阻(26)连接在第 十二 PMOS管(12)的源极与地之间，它们共同组成运算放大器的偏置电路；第二十一 NMOS 管(21)镜像第二十NMOS管(20)的电流，为运算放大器的第一级提供尾电流源，第二十三、 第二十四NMOS管(23、24)构成差分输入对形式，第十五、第十六PMOS管(15、16)为差分输 入管的电流镜负载；第十七PMOS管(17)作为第二级运放的输入管，它的栅极与第一级运 放的输出端(27)相接，第二十二 NMOS管(22)作为第十七PMOS管(17)的负载，第一电阻 (18)与补偿电容(25)串联在第一级运放的输出端与第二级运放的输出端之间，形成密勒补 偿，运放的输出端(28)与第四、第五PMOS管(4、5)的栅极连接在一起。
全文摘要
本发明属集成电路技术领域，具体为一种完全兼容标准CMOS工艺的低温度系数电流源。它由四个NMOS管、两个PMOS管、一个补偿电阻和一个运算放大器组成。运算放大器的结构为传统的两级密勒补偿运算放大器，并自带偏置电路。高增益的运算放大器保证差分输入端的电压相同，其余的四个NMOS管、两个PMOS管和一个补偿电阻构成了温度补偿电流源的主体电路，利用电阻、MOS管的迁移率和阈值电压的不同温度系数实现了一种温度系数低、面积小、完全与标准CMOS工艺兼容的新型温度补偿电流源。
文档编号G05F1/567GK102129264SQ20111002115
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者周锋, 廖泽鑫, 成杨, 赵喆 申请人:上海圣芮沃科技发展有限公司, 复旦大学