专利名称：一种cmos集成电路中基准电流源产生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流源产生技术领域，特别涉及一种CMOS集成电路中基准电流源产生电路。
背景技术：
基准电流源是CMOS集成电路中非常重要的模块，基准电流源为CMOS集成电路提供电流偏置，因此，基准电流源的性能直接影响整个CMOS集成电路的性能。现有技术中，基准电流源的产生一般是采用双极型晶体管实现的带隙基准电路。带隙基准电路的工作原理是利用两个基射结电压的差(AVbe)的正温度系数和双极型晶体管的基极-发射极电压(Vbe)的负温度系数，以一定的比例相加和，即可将温度系数抵消，实现与温度无关的电压基准。因为其基准电压与硅的带隙电压差不多，因而称为带隙基准。带隙基准电路可以实现温度系数极低的基准电压参考，输出电压值基本稳定在
1.25V左右。而基准电流的产生一般是通过基准电压与电阻的比值来实现。使用片外电阻会增加焊盘(PAD)和分立器件的个数，而片内电阻一般具有温度系数。由于基准电压的实现与电阻的绝对阻值无关，所以可以得到基本不受温度影响的基准电压，但是由基准电压与电阻的比值实现的基准电流却受温度影响。因此，如何产生一个稳定的，低温度系数的片上基准电流参考源，是CMOS集成电路领域需要解决的重要问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种CMOS集成电路中基准电流源产生电路，能够产生稳定的，低温度系数的基准电流。本发明实施例提供一种CMOS集成电路中基准电流源产生电路，包括:电流产生模块、启动模块、基准电压产生模块和基准电流产生模块；所述启动模块，用于启动所述电流产生模块，当所述电流产生模块开始工作后，启动模块退出工作；所述电流产生模块，用于产生一个与绝对温度成正比的电流；所述基准电压产生模块，用于由所述与绝对温度成正比的电流结合具有负温度系数的PN结电压，产生一个与温度无关的基准电压；所述基准电流产生模块，用于由所述基准电压与正温度系数的电阻结合产生一个与绝对温度互补的电流，该与绝对温度互补的电流与所述与绝对温度成正比的电流结合产生一个与温度无关的基准电流。优选地，所述电流产生模块包括:第一PMOS管Ml、第二PMOS管M2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一运算放大器Al和第一电阻Rl ；
第一 PMOS管Ml和第二 PMOS管M2的源极均连接电源电压VCC，第一 PMOS管和第二 PMOS管的栅极相连并与第四节点相连；第一电阻的一端连接第二节点，第一电阻的另一端连接第三节点；第一晶体管Ql的基极和集电极均连接地，第一晶体管的发射极连接第一节点；第二晶体管Q2的基极和集电极均连接地，第二晶体管的发射极连接第三节点；第一运算放大器的同相输入端连接第二节点，第一运算放大器的反相输入端连接第一节点，第一运算放大器的输出端连接第四节点。优选地，所述启动模块包括:第一 NMOS管M3、第二 NMOS管M5、第三PMOS管M4和第二电阻R2 ；第三PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接第六节点，漏极连接第五节点；第一 NMOS管的源极接地，栅极连接第五节点，漏极连接所述第四节点；第二 NMOS管的源极接地，栅极连接第七节点，漏极连接所述第五节点；第二电阻的一端接地，另一端连接所述第六节点。优选地，所述基准电压产生模块包括:第四PMOS管M6、第三晶体管Q3和第三电阻R3 ；第四PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接所述第四节点，漏极连接所述第七节
占.
第三电阻的一端连接所述第七节点，另一端连接第八节点；第三晶体管的基极和集电极均接地，发射极连接所述第八节点。优选地，所述基准电流产生模块包括:第五PMOS管M7、第六PMOS管M10、第七PMOS管Ml1、第三NMOS管M8、第四NMOS管M9、第二运算放大器A2和第四电阻R4 ；第五PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接所述第四节点，漏极连接第九节点；第六PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接第十一节点，漏极连接第十节点；第七PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接所述第十一节点，漏极连接第十二节
占.
第三NMOS管的源极接地，栅极和漏极相连并连接所述第九节点；第四NMOS管的源极接地，栅极连接所述第九节点，漏极连接所述第十节点；第二运算放大器的同相输入端连接所述第十节点，反相输入端连接所述第七节点，输出端连接所述第十一节点；第四电阻的一端连接所述第十节点，另一端接地。优选地，所述第四电阻为具有正温度系数的片上电阻。优选地，第二晶体管的发射极的面积是第一晶体管的发射极面积的N倍；第一PMOS管的宽长比和第二 PMOS管的宽长比相等。与现有技术相比，本发明具有以下优点:本发明提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，包括启动模块用于启动所述电流产生模块，当所述电流产生模块开始工作后，启动模块退出工作；电流产生模块产生一个与绝对温度成正比的电流；基准电压产生模块由所述与绝对温度成正比的电流结合具有负温度系数的PN结电压，产生一个与温度无关的基准电压；基准电流产生模块由所述基准电压与正温度系数的电阻结合产生一个与绝对温度互补的电流，该与绝对温度互补的电流与所述与绝对温度成正比的电流结合产生一个与温度无关的基准电流。本发明提供的电路，利用一个正温度系数的电流和一个负温度系数的电流结合产生与温度无关的基准电流。而现有技术中由基准电压与电阻的比值实现的基准电流却受温度的影响。
图1是本发明提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路实施例一示意图；图2是本发明提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路实施例二电路图；图3是本发明提供的基准电流随温度变化的仿真曲线图；图4是本发明提供的基准电流随电源电压变化的仿真曲线图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。参见图1，该图为本发明提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路实施例一示意图。本实施例提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，包括:电流产生模块10、启动模块20、基准电压产生模块30和基准电流产生模块40 ；所述启动模块20，用于启动所述电流产生模块10，当所述电流产生模块10开始工作后，启动模块20退出工作；由于电流产生模块10在上电时存在一个简并偏置点，处于此状态时，电流产生模块10中的晶体管的电流为0，加入启动模块20可以避免电流产生模块10进入此状态。所述电流产生模块10,用于产生一个与绝对温度成正比(PTAT, Proportional toAbsolute Temperature)的电流,记为Iptat ;需要说明的是，与绝对温度成正比即具有正温度系数； 所述基准电压产生模块30，用于由所述与绝对温度成正比的电流结合具有负温度系数的PN结电压(Vbe)，产生一个与温度无关的基准电压；即，该基准电压不随温度的变化而变化；所述基准电流产生模块40，用于由所述基准电压与正温度系数的电阻结合产生一个与绝对温度互补(CTAT, Complementary to Absolute Temperature)的电流，记为 Icm 该与绝对温度互补的电流与所述与绝对温度成正比的电流结合产生一个与温度无关的基准电流。需要说明的是，与绝对温度互补即具有负温度系数。本发明提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，包括启动模块用于启动所述电流产生模块，当所述电流产生模块开始工作后，启动模块退出工作；电流产生模块产生一个与绝对温度成正比的电流；基准电压产生模块由所述与绝对温度成正比的电流结合具有负温度系数的PN结电压，产生一个与温度无关的基准电压；基准电流产生模块由所述基准电压与正温度系数的电阻结合产生一个与绝对温度互补的电流，该与绝对温度互补的电流与所述与绝对温度成正比的电流结合产生一个与温度无关的基准电流。本发明提供的电路，利用一个正温度系数的电流和一个负温度系数的电流结合产生与温度无关的基准电流。而现有技术中由基准电压与电阻的比值实现的基准电流却受温度的影响。下面结合图2具体介绍本发明实施例提供的基准电流源产生电路的工作原理。参见图2，该图为本发明提供的CMOS集成电路中基准电流源产生电路实施例二电路图。本实施例提供的电流产生模块10包括:第一 PMOS管Ml、第二 PMOS管M2、第一晶体管Q1、第二晶体管 Q2、第一运算放大器Al和第一电阻Rl ；第一 PMOS管Ml和第二 PMOS管M2的源极均连接电源电压VCC，第一 PMOS管和第二 PMOS管的栅极相连并与第四节点4相连；第一电阻Rl的一端连接第二节点2，第一电阻Rl的另一端连接第三节点3 ；第一晶体管Ql的基极和集电极均连接地GND，第一晶体管Ql的发射极连接第一节点I ;第二晶体管Q2的基极和集电极均连接地GND，第二晶体管Q2的发射极连接第三节点3 ；第一运算放大器Al的同相输入端连接第二节点2，第一运算放大器Al的反相输入端连接第一节点1，第一运算放大器Al的输出端连接第四节点4。Q2的发射极面积是Ql的发射极面积的N倍，这样可以保证当Ql和Q2的电流相等时，两个管子的发射结电压不相等。Ml的宽长比和M2的宽长比相等，因此Ml和M2两个管子的电流相等，设流过的电流为I。由于Al的反馈作用，使得第一节点I和第二节点2的电压相等，因此:Vbei = VBE2+IXR1 公式(I)其中，Vbei和Vbe2分别为Ql和Q2的发射结电压，由公式⑴可得:
权利要求
1.一种CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，包括:电流产生模块、启动模块、基准电压产生模块和基准电流产生模块； 所述启动模块，用于启动所述电流产生模块，当所述电流产生模块开始工作后，启动模块退出工作； 所述电流产生模块，用于产生一个与绝对温度成正比的电流； 所述基准电压产生模块，用于由所述与绝对温度成正比的电流结合具有负温度系数的PN结电压，产生一个与温度无关的基准电压； 所述基准电流产生模块，用于由所述基准电压与正温度系数的电阻结合产生一个与绝对温度互补的电流，该与绝对温度互补的电流与所述与绝对温度成正比的电流结合产生一个与温度无关的基准电流。
2.根据权利要求1所述的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，所述电流产生模块包括:第一 PMOS管Ml、第二 PMOS管M2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一运算放大器Al和第一电阻Rl ； 第一 PMOS管Ml和第二 PMOS管M2的源极均连接电源电压VCC，第一 PMOS管和第二PMOS管的栅极相连并与第四节点相连； 第一电阻的一端连接第二节点，第一电阻的另一端连接第三节点； 第一晶体管Ql的基极和集电极均连接地，第一晶体管的发射极连接第一节点； 第二晶体管Q2的基极和集电极均连接地，第二晶体管的发射极连接第三节点； 第一运算放大器的同相 输入端连接第二节点，第一运算放大器的反相输入端连接第一节点，第一运算放大器的输出端连接第四节点。
3.根据权利要求2所述的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，所述启动模块包括:第一 NMOS管M3、第二 NMOS管M5、第三PMOS管M4和第二电阻R2 ； 第三PMOS管的源极连接所述NCC’栅极连接第六节点，漏极连接第五节点； 第一 NMOS管的源极接地，栅极连接第五节点，漏极连接所述第四节点； 第二 NMOS管的源极接地，栅极连接第七节点，漏极连接所述第五节点； 第二电阻的一端接地，另一端连接所述第六节点。
4.根据权利要求3所述的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，所述基准电压产生模块包括:第四PMOS管M6、第三晶体管Q3和第三电阻R3 ； 第四PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接所述第四节点，漏极连接所述第七节点； 第三电阻的一端连接所述第七节点，另一端连接第八节点； 第三晶体管的基极和集电极均接地，发射极连接所述第八节点。
5.根据权利要求4所述的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，所述基准电流产生模块包括:第五PMOS管M7、第六PMOS管MlO、第七PMOS管Ml 1、第三NMOS管M8、第四NMOS管M9、第二运算放大器A2和第四电阻R4 ; 第五PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接所述第四节点，漏极连接第九节点； 第六PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接第i^一节点，漏极连接第十节点； 第七PMOS管的源极连接所述VCC，栅极连接所述第i^一节点，漏极连接第十二节点； 第三NMOS管的源极接地，栅极和漏极相连并连接所述第九节点； 第四NMOS管的源极接地，栅极连接所述第九节点，漏极连接所述第十节点；第二运算放大器的同相输入端连接所述第十节点，反相输入端连接所述第七节点，输出端连接所述第十一节点； 第四电阻的一端连接所述第十节点，另一端接地。
6.根据权利要求5所述的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，所述第四电阻为具有正温度系数的片上电阻。
7.根据权利要求2所述的CMOS集成电路中基准电流源产生电路，其特征在于，第二晶体管的发射极的面积是第一晶体管的发射极面积的N倍；第一 PMOS管的宽长比和第二PMOS管的宽长 比相等。
全文摘要
本发明提供一种CMOS集成电路中基准电流源产生电路，包括启动模块用于启动电流产生模块，当电流产生模块开始工作后，启动模块退出工作；电流产生模块产生一个与绝对温度成正比的电流；基准电压产生模块由与绝对温度成正比的电流结合具有负温度系数的PN结电压，产生一个与温度无关的基准电压；基准电流产生模块由基准电压与正温度系数的电阻结合产生一个与绝对温度互补的电流，该与绝对温度互补的电流与绝对温度成正比的电流结合产生一个与温度无关的基准电流。本发明提供的电路，利用一个正温度系数的电流和一个负温度系数的电流结合产生与温度无关的基准电流。而现有技术中由基准电压与电阻的比值实现的基准电流却受温度的影响。
文档编号G05F3/30GK103163935SQ20111042758
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者姜宇, 郭桂良, 阎跃鹏 申请人:中国科学院微电子研究所