一种不受工艺影响的ptat电流源的制作方法
【专利摘要】一种不受工艺影响的PTAT电流源，包括一启动电路、一SS/TT/FF补偿电路、一SF/FS补偿电路、一输出电路，所述启动电路确保所述PTAT电流源在上电时，让所述PTAT电流源进入到正常的状态，所述SS/TT/FF补偿电路实现对SS/TT/FF工艺角的电流补偿，以确保在SS/TT/FF工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述SF/FS补偿电路实现对SF/FS工艺角的电流补偿，以确保在SF/FS工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述输出电路负责将所述SS/TT/FF补偿电路和所述SF/FS补偿电路产生的电流进行合并，以得到最终的电流输出。本实用新型采用的所有器件均为场效应管，以排除其他工艺器件的影响，可实现对SS/TT/FF/SF/FS工艺角的补偿，以保证所述PTAT电流源不受工艺角的影响，产生与工艺角无关的电流。
【专利说明】—种不受工艺影响的PTAT电流源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及PTAT电流源领域，更具体地涉及一种不受工艺影响的PTAT电流源。
【背景技术】
[0002]现有PTAT电流源一般为带隙基准产生的PTAT电流源，此电流源一般与电阻的工艺角相关，故会随着电阻的工艺角变化而变化，且偏差一般在±20%左右，而我们通常需要一种电流值恒定的PTAT电流源来对电路进行偏置，以减小电流源带来的对电路性能的影响，故现有的PTAT电流源无法满足需求。(其中工艺角为半导体器件在制造过程中，由于在同一块晶元上的位置差别，或者不同批次的晶元之间，其场效应管的参数会有所差异，称之为工艺角，一般分为SS、TT、FF、SF和FS五种工艺角。)
[0003]因此，有必要提供一种不随工艺角变化的PTAT电流源。
【发明内容】
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[0004]本实用新型的目的是提供一种与工艺角无关的PTAT电流源电路，该PTAT电流源电路实现对SS/TT/FF/SF/FS工艺角的补偿，以保证输出的PTAT电流源不受工艺的影响，产生与工艺角无关的电流。
[0005]为实现上述目的，本实用新型包括一启动电路、一 SS/TT/FF补偿电路、一 SF/FS补偿电路、一输出电路。所述启动电路负责确保所述PTAT电流源在上电时，让所述PTAT电流源进入到正常的状态，所述SS/TT/FF补偿电路实现对SS/TT/FF工艺角的电流补偿，以确保在SS/TT/FF工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述SF/FS补偿电路实现对SF/FS工艺角的电流补偿，以确保在SF/FS工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述输出电路负责将所述SS/TT/FF补偿电路和所述SF/FS补偿电路产生的电流进行合并，以得到最终的电流输出。
[0006]较佳的，所述SS/TT/FF补偿电路包括一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管。所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极与电源相连，所述第一场效应管的栅极和漏极与所述第三场效应管的源极相连，所述第二场效应管的栅极和漏极与所述第四场效应管的源极相连，所述第三场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极和漏极、所述第六场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的漏极、所述第八场效应管的栅极与所述第五场效应管的漏极共同连接，所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第九场效应管的栅极和漏极与所述第八场效应管的漏极共同连接，所述第五场效应管的源极、所述第六场效应管的源极、所述第九场效应管的源极与地线相接，所述第七场效应管的栅极和漏极、所述第八场效应管的源极相连，所述第七场效应管的源极与电源相连。
[0007]较佳的，所述第一场效应管、所述第二场效应管必须具备足够大的宽长比，以使所述第一场效应管、所述第二场效应管工作在亚阈值区。
[0008]较佳的，所述SF/FS补偿电路包括一第十场效应管、一第十一场效应管、一第十二场效应管、一第十三场效应管、一第十四场效应管。所述第十场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的源极与电源相连，所述第十场效应管的漏极、所述第十二场效应管的漏极与所述第十三场效应管的栅极共同连接，所述第十二场效应管的栅极、所述第十三场效应管的源极与所述第十四场效应管的源极共同连接，所述第十二场效应管的源极、所述第十四场效应管的栅极和漏极与地线相连，所述第十三场效应管的漏极与所述第十一场效应管的栅极和漏极相连，所述第十一场效应管的源极与电源相连。
[0009]较佳的，所述第十二场效应管与所述第十四场效应管的宽长比之比应等于工艺文件中P型场效应管的电子迁移率与N型场效应管的电子迁移率之比。
[0010]较佳的，所述输出电路包括一第十五场效应管、一第十六场效应管、一第十七场效应管、一第十八场效应管。所述第十五场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第十五场效应管的漏极、所述第十六场效应管的漏极、所述第十七场效应管的漏极和栅极、所述第十八场效应管的栅极共同连接，所述第十六场效应管的栅极与所述第十一场效应管的栅极相连，所述第十五场效应管的源极、所述第十六场效应管的源极与电源相连，所述第十七场效应管的源极、所述第十八场效应管的源极与地线相连，所述第十八场效应管的漏极与PTAT电流源的输出端相连。
[0011]较佳的，所述启动电路包括一第十九场效应管、一第二十场效应管、一第二十一场效应管、一第二十二场效应管、一第二十三场效应管、一第二十四场效应管。所述第十九场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第十九场效应管的源极与电源相连，所述第十九场效应管的漏极、所述第二十二场效应管的漏极和栅极、所述第二十三场效应管的栅极共同连接，所述第二十二场效应管的源极、所述第二十三场效应管的源极与地线相连，所述第二十三场效应管的漏极、所述第二十一场效应管的漏极和栅极、所述第二十场效应管的栅极、所述第二十四场效应管的栅极共同连接，所述第二十场效应管的漏极与所述第二十一场效应管的源极相连，所述第二十场效应管的源极与电源相连，所述第二十四场效应管的漏极与所述第八场效应管的栅极相连，所述第二十四场效应管的源极与地线相连。
[0012]相比现有技术，本实用新型采用的所有器件均为场效应管，以排除其他工艺器件的影响，可实现对SS/TT/FF/SF/FS工艺角的补偿，以保证所述PTAT电流源不受工艺角的影响，产生与工艺角无关的电流。
[0013]通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型一种与工艺角无关的PTAT电流源的电路图。
【具体实施方式】:
[0015]现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本实用新型采用的所有器件均为场效应管，以排除其他工艺器件的影响，可实现对SS/TT/FF/SF/FS工艺角的补偿，以保证所述PTAT电流源不受工艺角的影响，产生与工艺角无关的电流。
[0016]请参阅图1，本实用新型一种与工艺角无关的PTAT电流源较佳实现方式包括一启动电路、一 SS/TT/FF补偿电路、一 SF/FS补偿电路、一输出电路。所述启动电路负责确保所述PTAT电流源在上电时，让所述PTAT电流源进入到正常的状态，所述SS/TT/FF补偿电路实现对SS/TT/FF工艺角的电流补偿，以确保在SS/TT/FF工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述SF/FS补偿电路实现对SF/FS工艺角的电流补偿，以确保在SF/FS工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述输出电路负责将所述SS/TT/FF补偿电路和所述SF/FS补偿电路产生的电流进行合并，以得到最终的电流输出。所述SS/TT/FF补偿电路包括一第一场效应管Ml、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一第八场效应管M8、一第九场效应管M9。所述第一场效应管Ml的源极、所述第二场效应管M2的源极与电源VCC相连，所述第一场效应管Ml的栅极和漏极与所述第三场效应管M3的源极Vl相连，所述第二场效应管M2的栅极和漏极与所述第四场效应管M4的源极V2相连，所述第三场效应管M3的栅极、所述第四场效应管M4的栅极和漏极、所述第六场效应管M6的漏极V4共同连接，所述第三场效应管M3的漏极、所述第八场效应管M8的栅极与所述第五场效应管M5的漏极V5共同连接，所述第五场效应管M5的栅极、所述第六场效应管M6的栅极、所述第九场效应管M9的栅极和漏极与所述第八场效应管M8的漏极V3共同连接，所述第五场效应管M5的源极、所述第六场效应管M6的源极、所述第九场效应管M9的源极与地线GND相接，所述第七场效应管M7的栅极和漏极、所述第八场效应管M8的源极V6相连，所述第七场效应管M7的源极与电源VCC相连。所述SF/FS补偿电路包括一第十场效应管MlO、一第
i场效应管Ml 1、一第十二场效应管M12、一第十三场效应管M13、一第十四场效应管M14。所述第十场效应管MlO的栅极与所述第七场效应管M7的栅极相连，所述第十场效应管MlO的源极与电源VC C相连，所述第十场效应管MlO的漏极、所述第十二场效应管M12的漏极与所述第十三场效应管M13的栅极共同连接，所述第十二场效应管M12的栅极、所述第十三场效应管M13的源极与所述第十四场效应管M14的源极V7共同连接，所述第十二场效应管M12的源极、所述第十四场效应管M14的栅极和漏极与地线GND相连，所述第十三场效应管M13的漏极与所述第十一场效应管Mll的栅极和漏极相连，所述第十一场效应管Mll的源极与电源VCC相连。所述输出电路包括一第十五场效应管M15、一第十六场效应管M16、一第十七场效应管M17、一第十八场效应管M18。所述第十五场效应管M15的栅极与所述第七场效应管M7的栅极相连，所述第十五场效应管M15的漏极、所述第十六场效应管M16的漏极、所述第十七场效应管M17的漏极和栅极、所述第十八场效应管M18的栅极共同连接，所述第十六场效应管M16的栅极与所述第十一场效应管Mll的栅极相连，所述第十五场效应管M15的源极、所述第十六场效应管M16的源极与电源VCC相连，所述第十七场效应管M17的源极、所述第十八场效应管M18的源极与地线GND相连，所述第十八场效应管M18的漏极与PTAT电流源的输出端Iptat相连。所述启动电路包括一第十九场效应管M19、一第二十场效应管M20、一第二 ^^一场效应管M21、一第二十二场效应管M22、一第二十三场效应管M23、一第二十四场效应管M24。所述第十九场效应管M19的栅极与所述第七场效应管M7的栅极相连，所述第十九场效应管M19的源极与电源相连，所述第十九场效应管M19的漏极、所述第二十二场效应管M22的漏极和栅极、所述第二十三场效应管M23的栅极共同连接，所述第二十二场效应管M22的源极、所述第二十三场效应管M23的源极与地线GND相连，所述第二十三场效应管M23的漏极、所述第二十一场效应管M21的漏极和栅极、所述第二十场效应管M20的栅极、所述第二十四场效应管M24的栅极共同连接，所述第二十场效应管M20的漏极与所述第二十一场效应管M21的源极相连，所述第二十场效应管M20的源极与电源VCC相连，所述第二十四场效应管M24的漏极与所述第八场效应管M8的栅极相连，所述第二十四场效应管M24的源极与地线GND相连。
[0017]对于SS/TT/FF补偿电路，现设定所述第一场效应管Ml的宽长比为(Wzl)1,,所述第二场效应管M2的宽长比为(W/L)2，且
[0018]K* (W/L) != (W/L) 2
[0019]设定所述第三场效应管M3的宽长比为(W/L)3，所述第四场效应管M4的宽长比为(w/L)4，且
[0020](ff/L) 3=m* (W/L) 4
[0021]设定所述第五场效应管M5、所述第六场效应管M6、所述第九场效应管M9、所述第十一场效应管Mll的宽长比相等，即流过的电流相等，现设定其流过的电流为Ic，则根据电流的基本平方律公式，且结合图1，则L为:
[0022]Ic=^up*Cox *(—):, *C I )
2L (I y /72)
[0023]其中AV为所述第一场效应管Ml的栅源电压Vesi与所述第二场效应管M2的栅源电压Ves2之差，gp
[0024]AV=VGS1-VGS2=V2-V`1
[0025]为了使所述第一场效应管Ml、所述第二场效应管M2工作在亚阈值区，现设定(W/1^和(W/L)2远大于(胃/1)3和(W/L)4，即让所述第一场效应管Ml、所述第二场效应管M2有足够大的宽长比，以保证所述第一场效应管Ml、所述第二场效应管M2工作在亚阈值区。根据场效应管亚阈值区的电流公式，得:
wIvrij, I
[0026]/1 = (7 W "exP(T^Tr)
[0027]/2 = ( ^ )2 * Idq * exp(^i)
[0028]其中Il为流过所述第一场效应管Ml的电流，12为流过所述第二场效应管M2的电流，Vt为与绝对温度成正比的常量，ζ为常数。由于所述第五场效应管Μ5、所述第六场效应管Μ6的宽长比相等，故Il与12相等，且
【权利要求】
1.一种不受工艺影响的PTAT电流源，包括一启动电路、一 SS/TT/FF补偿电路、一 SF/FS补偿电路、一输出电路，所述启动电路负责确保所述PTAT电流源在上电时，让所述PTAT电流源进入到正常的状态，所述SS/TT/FF补偿电路实现对SS/TT/FF工艺角的电流补偿，以确保在SS/TT/FF工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在偏差，所述SF/FS补偿电路实现对SF/FS工艺角的电流补偿，以确保在SF/FS工艺角下，所述PTAT电流源输出的电流不存在大的偏差，所述输出电路负责将所述SS/TT/FF补偿电路和所述SF/FS补偿电路产生的电流进行合并，以得到最终的电流输出。
2.如权利要求1所述的PTAT电流源，其特征在于:所述SS/TT/FF补偿电路包括一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管，所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极与电源相连，所述第一场效应管的栅极和漏极与所述第三场效应管的源极相连，所述第二场效应管的栅极和漏极与所述第四场效应管的源极相连，所述第三场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极和漏极、所述第六场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的漏极、所述第八场效应管的栅极与所述第五场效应管的漏极共同连接，所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第九场效应管的栅极和漏极与所述第八场效应管的漏极共同连接，所述第五场效应管的源极、所述第六场效应管的源极、所述第九场效应管的源极与地线相接，所述第七场效应管的栅极和漏极、所述第八场效应管的源极相连，所述第七场效应管的源极与电源相连。
3.如权利要求2所述的PTAT电流源，其特征在于:所述第一场效应管、所述第二场效应管必须具备足够大的宽长比，以使所述第一场效应管、所述第二场效应管工作在亚阈值区。
4.如权利要求1所述的PTAT电流源，其特征在于:所述SF/FS补偿电路包括一第十场效应管、一第十一场效应管、一第十二场效应管、一第十三场效应管、一第十四场效应管，所述第十场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的源极与电源相连，所述第十场效应管的漏极、所述第十二场效应管的漏极与所述第十三场效应管的栅极共同连接，所述第十二场效`应管的栅极、所述第十三场效应管的源极与所述第十四场效应管的源极共同连接，所述第十二场效应管的源极、所述第十四场效应管的栅极和漏极与地线相连，所述第十三场效应管的漏极与所述第十一场效应管的栅极和漏极相连，所述第十一场效应管的源极与电源相连。
5.如权利要求4所述的PTAT电流源，其特征在于:所述第十二场效应管与所述第十四场效应管的宽长比之比应等于工艺文件中P型场效应管的电子迁移率与N型场效应管的电子迁移率之比。
6.如权利要求1所述的PTAT电流源，其特征在于:所述输出电路包括一第十五场效应管、一第十六场效应管、一第十七场效应管、一第十八场效应管，所述第十五场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第十五场效应管的漏极、所述第十六场效应管的漏极、所述第十七场效应管的漏极和栅极、所述第十八场效应管的栅极共同连接，所述第十六场效应管的栅极与所述第十一场效应管的栅极相连，所述第十五场效应管的源极、所述第十六场效应管的源极与电源相连，所述第十七场效应管的源极、所述第十八场效应管的源极与地线相连，所述第十八场效应管的漏极与PTAT电流源的输出端相连。
7.如权利要求1所述的PTAT电流源，其特征在于:所述启动电路包括一第十九场效应管、一第二十场效应管、一第二十一场效应管、一第二十二场效应管、一第二十三场效应管、一第二十四场效应管，所述第十九场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连，所述第十九场效应管的源极与电源相连，所述第十九场效应管的漏极、所述第二十二场效应管的漏极和栅极、所述第二十三场效应管的栅极共同连接，所述第二十二场效应管的源极、所述第二十三场效应管的源极与地线相连，所述第二十三场效应管的漏极、所述第二十一场效应管的漏极和栅极、所述第二十场效应管的栅极、所述第二十四场效应管的栅极共同连接，所述第二十场效应 管的漏极与所述第二十一场效应管的源极相连，所述第二十场效应管的源极与电源相连，所述第二十四场效应管的漏极与所述第八场效应管的栅极相连，所述第二十四场效应管的源极与地线相连。
【文档编号】G05F1/46GK203595960SQ201320401256
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2013年7月5日
【发明者】不公告发明人 申请人:成都锐成芯微科技有限责任公司