专利名称：具有带隙基准源功能的恒流源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种恒流源电路，特别是ー种具有带隙基准源功能的恒流源电路，它直接应用于微功耗低压差线性电源领域。
背景技术：
恒流源电路是低压差线性电源的核心単元，尤其是具有带隙基准性能的恒流源电路，应用于微功耗低压差线性电源。图I为传统微功耗低压差线性电源的电路框图，它由带隙基准源、误差放大器、PMOS调整管、恒流源电路、过/欠压保护、过/欠流保护等单元电路组成。恒流源电路给误差放大器、带隙基准源、过/欠压保护、过/欠流保护等提供偏置电流，是微功耗低压差线性电源的关键电路单元，恒流源电路提供的电流随电源电压、温度的变化值决定微功耗低压差线性电源的静态电流的变化值，如Widdlar微电流源的电流随电源电压的变化率大于10%，随温度的变化通常大于1800ppm/°C，不满足微功耗低压差线性电源的要求，因此，迫切需要有对电源电压、温度变化不敏感的恒流源电路。目前，恒流源电路的种类繁多，有Widdlar微电流源、使用热力学电压的偏置电流源、高精度恒流源等。这些恒流源电路中，其输出电流有的随电源电压变化大，有的温度系数较大，如它们的温度系数一般大于1800ppm/°C，不能满足对静态电流要求较高的微功耗低压差线性电源的要求。文献I (郑晓等，专利名称高精度恒流源电路，专利号 200910162724. 5)的高精度恒流源的电路图如图2所示。它通过引入负温度系数的电流 Iptat,改善了偏置电流的温度性能，其温度系数为125ppm/°C，但它的电流镜像电流中的ら、 I2要受电源电压的变化而波动，仍不能满足对静态电流要求较高的微功耗低压差线性电源的要求。
发明内容
本发明提供ー种具有带隙基准源功能的恒流源电路，以克服传统恒流源电路中的对电源电压变化敏感、温度系数较大的问题，以满足微功耗低压差线性电源的高性能要求。本发明解决上述技术问题所采取的技术方案在于，本发明的具有带隙基准源性能的恒流源电路含有ー种具有带隙基准源功能的恒流源电路，其特征在于含有—个带隙基准核単元，提供恒流源电流，包括三个NPN 管 Q1、Q2、Q5，三个 PNP 管 Q3、Q4、Q6，两个电容 C1、C2，六个电阻 R1、R2、R3、R4、
R5、R11和三个熔丝修调开关K1, K2, K3,其中，Q3的基极与Q4的基极、Q3的集电极连接，Q3的发射极与Q4的发射极、Q6的发射极、C1的上极板连接在一起，并与偏置输入点A相接，电容C1的下极板接地，Q2的集电极与Q3的集电极、Q1的集电极、Q4的集电极、Q6的基极、C2的上极板连接，C2的下极板接地， Q6的集电极接R11的a端，R11的b端接地，电阻R1的a端接Q2的发射极，R1的b端与Ql的发射极、R2的a端连接，K1的a端与R3的a端、R2的b端连接，K1的b端与R3的b端、K2的a端、R4的a端连接，K2的b端与R4的b端、K3的a端、R5的a端连接，K3的b端接R5的b 端，并接地，Q5的集电极与恒流源输出单元的M5漏极相接，Q5的基极接偏置输入点A，Q5的发射极与Q2的基板、Q1的基极连接，为带隙基准的输出端Vkef ；一个带隙基准偏置単元，提供偏置电流，包括四个PMOS 管 M1' M2、M3、M4,四个 NPN 管 Q7, Q8, Q9, Q10 和电阻 R6,其中，Ml的源极和衬底与电源Vrc相接，Ml的漏极为偏置输入点A，M2的源极和衬底与电源\c相接，M1的栅极与M2的栅极、M2的漏扱、Q8的发射极连接在一起，M4的漏极与 Q7的基板、Q8的基板、Q7的发射极连接在一起，Q8的发射极与Qltl的集电极、Q9的基极连接在一起；Q7的发射极与Q9的集电极、Qltl的基极连接，Q9的发射极接地，Q10的发射极接R6的 a端，R6的b端接地，M3的源极和衬底与电源V。。相接，M3的栅极、漏极接M4的源极，M4的衬底与电源Vcc相接，M4的栅极接地，M4的漏极接Q7的集电极；一个恒流源输出单元，输出恒流源电流，包括四个PMOS管M5、M6, M7, M8, ー个NPN管Q5,四个电阻R7、R8> R9> R10和三个熔丝修调开关 k4、k5、k6，其中，M5, M6, M7, M8的源极和衬底均与电源V。。连接在一起，M5, M6, M7, M8的栅极均与M5的漏极相接，与带隙基准核单元中Q5的集电极连接在一起，Q5的基极接偏置输入点A， Q5的发射极与R7的a端相接，M6的漏极输出恒流源电流IpM7的漏极输出恒流源电流I2，M8 的漏极输出恒流源电流ら，K4的a端、电阻R8的a端、电阻R7的b端连接在一起,K4的b端与R8的b端、K5的a端、R9的a端连接，K5的b端与R9的b端、K6的a端、Rltl的a端连接, K6的b端与R10的b端相接。有益效果本发明的具有带隙基准功能的恒流源电路，与传统恒流源电路相比，它具有以下特点I.本发明电路的带隙基准偏置単元中，通过调节NPN管Q9、Q1(i发射极面积比和R6 电阻值，来确定PMOS管M2的电流，通过仏12的镜像电流镜，使其提供的电流与电源电压无关，且受温度的变化影响很小。因此，本发明电路能提供对电源电压及温度均不敏感的偏置电流。2.本发明电路的带隙基核単元为恒流源输出单元的电阻R7提供基准电压VKEF，由带隙基核単元确定的电流Itl = Veef/R7,它与电源电压无关，通过使Vkef的温度系数与电阻R7 的温度系数相匹配，则可获得对温度不敏感的恒流源电流Itl,通过镜像电流镜映射的恒流源输出电流ら、12、I3具有Io同样的性能。因此，本发明电路的恒流源电流的输入电压在2. 7V 6V变化吋，电流变化的抑制比为60dB，在-55°C 125°C温度内，其静态电流的温度系数小于50ppm/°C，比文献I的温度系数降低一倍以上，能满足微功耗低压差线性电源的高性能要求。
图I为传统微功耗低压差的恒流源电路的电路框图；图2为文献I的高精度恒流源电路的电路框图；图3为本发明的具有带隙基准功能的恒流源电路的电路图。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
不仅限于下面的描述，现结合附图加以进ー步说明。本发明的具有带隙基准功能的恒流源电路的电路图如图3所示，本发明电路由带隙基准核単元、带隙基准偏置単元和恒流源输出单元组成。其中，带隙基准偏置単元为带隙基准核単元提供偏置电流，带隙基准核単元为恒流源输出单元提供基准电压，恒流源输出単元通过熔丝修调开关调整恒流源电流，达到控制整个电路静态电流的目的。在带隙基准核単元中，Q1, Q2的集电极分别作为误差放大器的反相端和同相端，通过Q4、Q6通路，控制Q5的发射极输出电压Vkef, QpQ2的面积比确定电阻R1两端的电压，确定带隙基准核単元的电流，可确定电阻R2上的电压降，结合Q1的正向压降Vbe，可得Q5的发射极输出电压Vkef的值。选择K1. K2、K3的通断以及R3、R4> R5值的选取，可对带隙基准的值进行调整。Q5是带隙基准的输出管，使带隙基准具有一定的电流输出能力。选择も、R2的阻值，结合Qp Q2的正向压降，就能得到一定温度系数的带隙基准电压VKEF。在带隙基准偏置单元中，由M1, M2、M3> M4, Q7, Q8, Q9, Q10, R6构成偏置单元，M1, M2为电流镜，M1为带隙基准源核即偏置输入点A提供偏置电流，而Q7、Q8> Q9> Q10> R6确定偏置单元偏置电流，Q9、Q10面积比确定电阻R6两端的电压降，结合R6的电阻的阻值即确定M2支路的偏置电流，M1偏置支路的偏置电流由M1与M2管子尺寸关系确定。Q7、Q8的基极连在一起结Q7的集电极，M3、M4为Q7、Q8提供偏置电流。在恒流源输出单元中，M5、M6、M7、M8构成镜像电流镜，M5, Q5, R7, R8, R9, R10以及熔丝开关K4、K5、K6构成恒流源输出单元的主控电流支路，Q5的发射极输出电压即Vkef以及电阻 R7确定恒流源主控支路的电流Itl,合理调整带隙基准输出电压Vkef的温度性能结合电阻R7 的温度系数，即可得到温度系数很小的恒流源电流I。，通过ル為、M8、M5的镜像电流镜，就可将I0镜像到I” 12、I3，设计了电阻r8、r9、r10以及熔丝开关K4、K5、K6对I0的值进行调整，这样当I。发生变化吋，I0的镜像电流I” 12、I3同时发生变化，从而达到控制整个电路静态电流变化的目的。本发明电路的具体结构和连接关系、作用关系与本说明书的发明内容部分相同， 此处不再重复。它的工作原理如下在带隙基准偏置单元中，设Q1(l、Q9发射极面积比为4，R6两端的电压为VX = Vt ln4，则流过电阻R6的电流为I6 = Vt In4/R。电流镜M1为带隙基准提供工作电流，根据M2 电流以及MpM2的尺寸可确定M1的电流。本发明电路中，M1沟道宽度为M2沟道宽度的3倍。带隙基准核単元中，Q2发射极面积设为Q1的8倍，R1两端的电压为Qp Q2的基极发射极电压差，R2的温度系数为正，而も的EB结电压的温度系数为负，则可得Q5发射极的输出电压即Vkef。R1两端的电压为VX = Vt ln8，流过化為的集电极电流为J1 = Vt Ir^R1，其中， Vt 为热敏电压VT = kt/q = 26mV ；则Q5 的发射极输出电压 Vkef 为
权利要求
1.一种具有带隙基准源功能的恒流源电路，其特征在于含有一个带隙基准核单元，提供恒流源电流，包括三个 NPN 管 Q1' Q2, Q5,三个 PNP 管 Q3> Q4、Q6,两个电容 C1、C2，六个电阻 R1' R2、R3、R4、R5'R11和三个熔丝修调开关I、K2、K3,其中，Q3的基极与Q4的基极、Q3的集电极连接，Q3的发射极与Q4的发射极、Q6的发射极、C1的上极板连接在一起，并与偏置输入点A相接，电容C1的下极板接地，Q2的集电极与 Q3的集电极、Q1的集电极、Q4的集电极、Q6的基极、C2的上极板连接，C2的下极板接地，Q6的集电极接R11的a端，R11的b端接地，电阻R1的a端接Q2的发射极，R1的b端与Ql的发射极、R2的a端连接,K1的a端与R3的a端、R2的b端连接,K1的b端与R3的b端、K2的a端、 R4的a端连接，K2的b端与R4的b端、K3的a端、R5的a端连接，K3的b端接R5的b端,并接地，Q5的集电极与恒流源输出单元的M5漏极相接，Q5的基极接偏置输入点A，Q5的发射极与Q2的基极、Q1的基极连接，为带隙基准的输出端Vkef ；一个带隙基准偏置单元，提供偏置电流，包括四个 PMOS 管 M1' M2、M3、M4,四个 NPN 管 Q7, Q8、Q9、Q10 和电阻 R6,其中，Ml的源极和衬底与电源V。。相接，Ml的漏极为偏置输入点A，M2的源极和衬底与电源V。。相接，M1的栅极与M2的栅极、M2的漏极、Q8的发射极连接在一起，M4的漏极与Q7的基极、Q8的基极、Q7的发射极连接在一起，Q8的发射极与Qltl的集电极、Q9的基极连接在一起；Q7的发射极与Q9的集电极、Qltl的基极连接，Q9的发射极接地，Qltl的发射极接R6的a端， R6的b端接地，M3的源极和衬底与电源V。。相接，M3的栅极、漏极接M4的源极，M4的衬底与电源Vcc相接，M4的栅极接地，M4的漏极接Q7的集电极；一个恒流源输出单元，输出恒流源电流，包括四个PMOS管M5、M6、M7、M8, 一个NPN管Q5,四个电阻R7、R8, R9, R10和三个熔丝修调开关 、Kg，其中，M5、M6、M7、M8的源极和衬底均与电源V。。连接在一起，M5, M6, M7, M8的栅极均与M5 的漏极相接，与带隙基准核单元中Q5的集电极连接在一起，Q5的基极接偏置输入点A，Q5的发射极与R7的a端相接，M6的漏极输出恒流源电流I1, M7的漏极输出恒流源电流12，M8的漏极输出恒流源电流K4的a端、电阻R8的a端、电阻R7的b端连接在一起,K4的b端与 R8的b端、K5的a端、R9的a端连接，K5的b端与R9的b端、K6的a端、Rltl的a端连接，K6 的b端与Rltl的b端相接。
全文摘要
本发明涉及一种具有带隙基准功能的恒流源电路，它含有一个带隙基准核单元、一个带隙基准偏置单元和恒流源输出单元。带隙基准偏置单元为带隙基准核提供偏置电流，带隙基准核单元为恒流源输出单元提供一定温度系数的带隙基准电压，结合恒流源输出单元的熔丝修调结构可调整个恒流源支路的电流。通过调整带隙基准电压的温度系数与恒流源输出单元电阻的温度系数的匹配，得到对电源电压和温度不敏感的恒流源电流。本发明电路应用于微功耗低压差线性电源中，使低压差线性电源静态电流的温度系数小于50ppm/℃，对电源电压的抑制比大于60dB。本发明电路可应用于微功耗低压差的线性电源领域。
文档编号G05F1/56GK102591395SQ201210056409
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者李儒章, 胡刚毅, 胡永贵, 陈光炳 申请人:中国电子科技集团公司第二十四研究所