可调正负温度系数的恒流源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可调正负温度系数的恒流源及其调节方法，该恒流源包括第一恒流源（A1）、第二恒流源（A2）和加权减法运算电路（A3）；所述第一恒流源（A1）和第二恒流源（A2）的温度系数正负相反，所述第一恒流源（A1）和第二恒流源（A2）的输出端分别连接到加权减法运算电路（A3）的被减数输入端和减数输入端，所述加权减法运算电路（A3）通过调节第一恒流源（A1）和第二恒流源（A2）的加权系数，输出正负温度系数可调的恒定电流。本实用新型的恒流源能够方便的调节获得任意的正负温度系数。
【专利说明】可调正负温度系数的恒流源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可调正负温度系数的恒流源。
【背景技术】
[0002]传统理想恒流源定义为不随电压和温度变化的电流，电流值具有零温度系数。
[0003]图1所示的传统自激推挽式变换器电路中的启动电路采用的是电阻元件，即图中的第一电阻R101，这样流过电阻的启动电流几乎保持不变，这种方案会导致自激推挽式变换器具有低温启动难而高温短路易烧坏的缺点，而使得启动电流具有负温度特性就可以解决掉由温度带来的低温启动难而高温短路易烧坏的缺点。
[0004]专利申请号为201110200894.5就公开了一种用具有负温度特性恒流源取代自激推挽式变换器中的启动电阻元件，如图2-1所示，为了提高恒流源的负温度系数大小，该专利申请中使用了不易集成、且价格昂贵的热敏电阻。
[0005]为了解决热敏电阻不易集成的缺点，专利申请号为201310044913.9中提出来了一种应用性较强的，且提供了一种能够提高恒流源负温度系数的实施例电路，解决了传统的负温度系数恒流源(如图2-2所示)温度系数比较小的问题，但是提高恒流源负温度系数大小的方法并不是唯一的，且该专利申请中只涉及提高电流负温度系数大小的方法以及实施例，并没有涉及如何提高电流正温度系数大小的方法以及实施例。
[0006]鉴于集成电路工艺中的各个器件都是具有温度系数的，但是温度系数都不是很大，所以如果需要获得更大温度系数特性参数就需要通过特定方法才能实现获得特定温度系数参数的目的。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是提供一种可调正负温度系数的恒流源，通过简单的计算配比就可以得到任意所需正负温度系数的电流源，不仅改善了热敏电阻不易集成的缺点，同时本实用新型所涉及的方法不仅仅只是可以提高电流的负温度系数，同时也可以提高电流的正温度系数，并且本实用新型具有适用性广、实用性强的优点。
[0008]本实用新型实现上述目的的技术方案是:
[0009]一种可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述的可调正负温度系数恒流源包括第一恒流源、第二恒流源和加权减法运算电路；所述第一恒流源和第二恒流源的温度系数正负相反，所述第一恒流源和第二恒流源的输出端分别连接到加权减法运算电路的被减数输入端和减数输入端，所述加权减法运算电路通过调节第一恒流源和第二恒流源的加权系数，输出正负温度系数可调的恒定电流。
[0010]作为本实用新型的优选实施方式之一，所述第一恒流源和第二恒流源均为电流镜电路，该电流镜电路由左、右PMOS管，左、右NMOS管和第一电阻组成，其中，所述左、右PMOS管的源极相连并接电源端，栅极相连并连接到右PMOS管的漏极，所述左、右NMOS管的栅极相连接并连接到左NMOS管的漏极，左NMOS管的源极接接地端，右NMOS管的源极通过第一电阻连接到接地端，所述左PMOS管和左NMOS管的漏极相连接，所述右PMOS管和右NMOS管的漏极相连接并且该连接点作为电流镜电路的输出端；
[0011] 所述加权减法运算电路由第一、第二 PMOS管和第一、第二、第三、第四NMOS管组成，其中，所述第一、第二 PMOS管的源极相连并接电源端，所述第一、第二 NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第一 NMOS管的漏极，所述第三、第四NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第三NMOS管的漏极，所述第一 PMOS管与第一 NMOS管的漏极相连接，所述第二 PMOS管与第二、第三NMOS管的漏极相连接，所述第四NMOS管的漏极作为加权减法运算电路的输出端；
[0012]所述第一恒流源的输出端连接到第二 PMOS管的栅极，所述第二恒流源的输出端连接到第一 PMOS管的栅极；所述第一恒流源与第二恒流源的第一电阻的温度系数正负相反；所述第一恒流源的加权系数为流过所述第二 PMOS管与流过第一恒流源的第一电阻的电流之比，所述第二恒流源的加权系数则为流过所述第二 NMOS管与流过第二恒流源的第一电阻的电流之比。
[0013]上优选实施方式之一中，所述第一恒流源的第一电阻为N阱扩散电阻，且所述第二恒流源的第一电阻为多晶硅电阻，或者，所述第一恒流源第一电阻为多晶硅电阻，且所述第二恒流源的第一电阻为N阱扩散电阻。
[0014]作为本实用新型的优选实施方式之二，所述第一恒流源和第二恒流源均为恒流源电路，该恒流源电路由第一运算放大器，第三、四、五、六PMOS管，第五NMOS管和第二电阻组成，其中，所述第一运算放大器的同相输入端接入基准电压，反相输入端与第五NMOS管的源极相连，输出端连接到第五NMOS管的栅极，所述第五NMOS管的源极通过第二电阻接接地端，漏极连接到第五PMOS管的漏极，所述第五、六PMOS管的栅极相连并连接到第五PMOS管的漏极，第五PMOS管的源极与第三PMOS管的漏极相连接并连接到第三、四PMOS管的栅极，所述第三、四PMOS管的源极相连并接电源端，第四PMOS管的漏极与第六PMOS管的源极相连接，所述第六PMOS管的漏极作为恒流源电路的输出端；
[0015]所述加权减法运算电路由第六、七、八、九、十、十一、十二、十三NMOS管组成，所述第六、七NMOS管的栅极相连并连接到第六NMOS管的漏极，第六NMOS管的源极与第十NMOS管的漏极相连，所述第十、十一 NMOS管的栅极相连并连接到第十NMOS管的漏极，第十一NMOS管的漏极与第七NMOS管的源极相连接，所述第八、九NMOS管的栅极相连并连接到第八NMOS管的漏极，第八NMOS管的源极与第十二 NMOS管的漏极相连，所述第十二、十三NMOS管的栅极相连并连接到第十二 NMOS管的漏极，第十三NMOS管的漏极与第九NMOS管的源极相连接，所述第十、1、十二、十三NMOS管的源极相连并接接地端,所述第七、八NMOS管的漏极相连接，所述第九NMOS管的漏极作为加权减法运算电路的输出端；
[0016]所述第一恒流源的输出端连接到第七、八NMOS管的漏极连接点，所述第二恒流源的输出端连接到第六NMOS管的漏极，所述第一恒流源与第二恒流源的第二电阻的温度系数正负相反；所述第一恒流源的加权系数为流过所述第一恒流源的第四PMOS管与流过所述第一恒流源的第三PMOS管的电流之比，所述第二恒流源的加权系数则为流过所述第十一 NMOS管与流过所述第二恒流源的第三PMOS管的电流之比。
[0017]上述优选实施方式之二中，所述第一恒流源的第一电阻为N阱扩散电阻，且所述第二恒流源的第一电阻为多晶硅电阻，或者，所述第一恒流源的第一电阻为多晶硅电阻，且所述第二恒流源的第一电阻为N阱扩散电阻。
[0018]作为本实用新型的优选实施方式之三，所述第一恒流源为负温度系数电流源电路，且所述第二恒流源为具有正温度系数的电流镜电路；或者，所述第一恒流源为具有正温度系数的电流镜电路，且所述第二恒流源为负温度系数电流源电路；
[0019]其中，所述负温度系数电流源电路由第七PMOS管、第三电阻、第一三极管、第二三极管和第四电阻组成，所述第七PMOS管的源极接电源端，栅极与漏极相连接并且该连接点一路连接到第二三极管的集电极，另一路通过第三电阻连接到第二三极管的基极，所述第二三极管的基极与第一三极管的集电极相连，发射极与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的基极通过第四电阻与第一三极管的发射极相连接，并且第一三极管的发射极与第四电阻的连接点接接地端，所述第七PMOS管的栅极作为负温度系数电流源电路的输出端;
[0020]所述电流镜电路由左、右PMOS管，左、右NMOS管和第一电阻组成，其中，所述左、右PMOS管的源极相连并接电源端，栅极相连并连接到右PMOS管的漏极，所述左、右NMOS管的栅极相连接并连接到左NMOS管的漏极，左NMOS管的源极接接地端，右NMOS管的源极通过第一电阻连接到接地端，所述左PMOS管和左NMOS管的漏极相连接，所述右PMOS管和右NMOS管的漏极相连接并且该连接点作为电流镜电路的输出端，其中，所述第一电阻具有负温度系数；
[0021]所述加权减法运算电路由第一、第二 PMOS管和第一、第二、第三、第四NMOS管组成，其中，所述第一、第二 PMOS管的源极相连并接电源端，所述第一、第二 NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第一 NMOS管的漏极，所述第三、第四NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第三NMOS管的漏极，所述第一 PMOS管与第一 NMOS管的漏极相连接，所述第二 PMOS管与第二、第三NMOS管的漏极相连接，所述第四NMOS管的漏极作为加权减法运算电路的输出端，所述第二、一 PMOS管的栅极分别作为加权减法运算电路的被减数输入端和减数输入端。
[0022]本实用新型还可作以下改进:所述的可调正负温度系数恒流源还包括电流放大电路；所述电流放大电路的输入端与加权减法运算电路的输出端相连接，电流放大电路的输出端作为可调正负温度系数恒流源的输出端。
[0023]作为本实用新型电流放大电路的一种实施方式，所述电流放大电路为镜像电流源电路。
[0024]作为本实用新型电流放大电路的优选实施方式，所述电流放大电路包括第七、八PMOS管，第十四、十五、十六NMOS管、第二运算放大器和第五、六电阻，所述第十四、十五NMOS管的栅极相连并连接到第十四NMOS管的漏极，源极相连并接接地端，所述第十五NMOS管与第七PMOS管的漏极相连并连接到第七、八PMOS管的栅极，所述第七、八PMOS管的源极相连并接电源端，所述第八PMOS管的漏极一路连接到第二运算放大器的同相输入端，另一路通过第五电阻接接地端，所述第二运算放大器的反相输入端连接到第十六NMOS管的源极，输出端连接到第十六NMOS管的栅极，所述第十六NMOS管的源极通过第六电阻接接地端，所述第十四NMOS管的漏极作为电流放大电路的输入端，所述第十六NMOS管的漏极作为电流放大电路的输出端。
[0025]如图3-1所示,本实用新型的原理是通过较小负温度系数的电流(Complementaryto Absolute Temperature, CTAT)减去较小正温度系数的电流(Proportional to AbsoluteTemperature, PATA)以得到更大负温度系数的电流ICTAT—。，同理，也可以通过较小正温度系数的电流减去较小负温度系数的电流得到更大正温度系数电流IPATA—Q。
[0026]图3-2示出了本实用新型获得任意负温度系数的恒流源，其通过对负温度系数电流Ictat与正温度系数电Ipata进行加权组合，以得到更大负温度系数的电流ICTAT—O。下面对该恒流源的原理进行说明:
[0027]电流的温度系数计算公式为: [0029]Λ I为全温度范围内的最大电流差值，/为全温度范围内电流平均值，AT为温度范围。
[0030]电流Ictat的温度系数为TCIctat,而电流Ipata的温度系数为TCIptat。
[0031]本实用新型所述方法用于提高电流的正负温度系数，通过用负温度系数电流Ictat减去正温度系数电流Ipata就可以提高电流的负温度系数，而如果要得到指定的负温度系数就要通过两中不同特性电流的加权组合才能得到，同理，也可以提高正温度系数。
[0032]从公式(I)可以看出，当电流I的温度系数为TCI，那么K*I的温度系数不变，仍然会是TCI，其中系数K为放大倍 数。
[0033]下面就介绍这种通过加权来实现不同温度系数电流的方法。
[0034]图4中线性上升的直线代表具有任意正温度系数的电流，而线性下降的直线代表具有负温度系数的电流。
[0035]现在我们如果想要得到温度系数为TCIctatjj的电流ICTAT ()，Tmid为Tmin到Tmax之间的中间温度，中间温度Tniid下的瞬态电流为ICTAT—OTnid，可以通过对Ictat与Iptat进行加权计算来获取，具体做法下面有详细介绍。
[0036]根据图3所示示意图，通过如下公式可以得到中间温度Tmid下电流为Ictat OTmid。
[0037] [0038]其中的m与n为加权系数。
[0039]根据公式(I)可得Ictatjj的温度系数TCIctatjj的计算公式如下:
r _ mX Al,+nxAI2
[0040]7 L-1ctat 0 — T a
J0X^T
[0041]图4中的负温度都是理想线性的，中间温度Tniid下电流即为全温度范围内的电流平均值，所以J0可以用ICTAT—OTmid替代。
[0042] AT................................................................................................(4)[0043]而其中部分公式可以得到化简，如下所示:
[0044]
【权利要求】
1.一种可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述的可调正负温度系数恒流源包括第一恒流源(Al)、第二恒流源(A2)和加权减法运算电路(A3);所述第一恒流源(Al)和第二恒流源(A2)的温度系数正负相反，所述第一恒流源(Al)和第二恒流源(A2)的输出端分别连接到加权减法运算电路(A3)的被减数输入端和减数输入端，所述加权减法运算电路(A3)通过调节第一恒流源(Al)和第二恒流源(A2)的加权系数，输出正负温度系数可调的恒定电流。
2.根据权利要求1所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述第一恒流源(Al)和第二恒流源(A2)均为电流镜电路，该电流镜电路由左、右PMOS管，左、右NMOS管和第一电阻组成，其中，所述左、右PMOS管的源极相连并接电源端，栅极相连并连接到右PMOS管的漏极，所述左、右NMOS管的栅极相连接并连接到左NMOS管的漏极，左NMOS管的源极接接地端，右NMOS管的源极通过第一电阻连接到接地端，所述左PMOS管和左NMOS管的漏极相连接，所述右PMOS管和右NMOS管的漏极相连接并且该连接点作为电流镜电路的输出端； 所述加权减法运算电路(A3)由第一、第二 PMOS管和第一、第二、第三、第四NMOS管组成，其中，所述第一、第二 PMOS管的源极相连并接电源端，所述第一、第二 NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第一 NMOS管的漏极，所述第三、第四NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第三NMOS管的漏极，所述第一 PMOS管与第一 NMOS管的漏极相连接，所述第二 PMOS管与第二、第三NMOS管的漏极相连接，所述第四NMOS管的漏极作为加权减法运算电路(A3)的输出端； 所述第一恒流源(Al)的输出端连接到第二 PMOS管的栅极，所述第二恒流源(A2)的输出端连接到第一 PMOS管的栅极；所述第一恒流源(Al)与第二恒流源(A2)的第一电阻的温度系数正负相反；所述第一恒流源(Al)的加权系数为流过所述第二 PMOS管与流过第一恒流源(Al)的第一电阻的电流之比，所述第二恒流源(A2)的加权系数则为流过所述第二NMOS管与流过第二恒流源(A2)的第一电阻的电流之比。
3.根据权利要求2所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述第一恒流源(Al)的第一电阻为N阱扩散电阻`，且所述第二恒流源(A2)的第一电阻为多晶硅电阻，或者，所述第一恒流源(Al)的第一电阻为多晶硅电阻，且所述第二恒流源(A2)的第一电阻为N阱扩散电阻。
4.根据权利要求1所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述第一恒流源(Al)和第二恒流源(A2)均为恒流源电路，该恒流源电路由第一运算放大器，第三、四、五、六PMOS管，第五NMOS管和第二电阻组成，其中，所述第一运算放大器的同相输入端接入基准电压，反相输入端与第五NMOS管的源极相连，输出端连接到第五NMOS管的栅极，所述第五NMOS管的源极通过第二电阻接接地端，漏极连接到第五PMOS管的漏极，所述第五、六PMOS管的栅极相连并连接到第五PMOS管的漏极，第五PMOS管的源极与第三PMOS管的漏极相连接并连接到第三、四PMOS管的栅极，所述第三、四PMOS管的源极相连并接电源端，第四PMOS管的漏极与第六PMOS管的源极相连接，所述第六PMOS管的漏极作为恒流源电路的输出端； 所述加权减法运算电路(A3)由第六、七、八、九、十、十一、十二、十三NMOS管组成，所述第六、七NMOS管的栅极相连并连接到第六NMOS管的漏极，第六NMOS管的源极与第十NMOS管的漏极相连，所述第十、十一 NMOS管的栅极相连并连接到第十NMOS管的漏极，第十一NMOS管的漏极与第七NMOS管的源极相连接，所述第八、九NMOS管的栅极相连并连接到第八NMOS管的漏极，第八NMOS管的源极与第十二 NMOS管的漏极相连，所述第十二、十三NMOS管的栅极相连并连接到第十二 NMOS管的漏极，第十三NMOS管的漏极与第九NMOS管的源极相连接，所述第十、1、十二、十三NMOS管的源极相连并接接地端,所述第七、八NMOS管的漏极相连接，所述第九NMOS管的漏极作为加权减法运算电路(A3)的输出端； 所述第一恒流源(Al)的输出端连接到第七、八NMOS管的漏极连接点，所述第二恒流源(A2)的输出端连接到第六NMOS管的漏极，所述第一恒流源(Al)与第二恒流源(A2)的第二电阻的温度系数正负相反；所述第一恒流源(Al)的加权系数为流过所述第一恒流源(Al)的第四PMOS管与流过所述第一恒流源(Al)的第三PMOS管的电流之比，所述第二恒流源(A2)的加权系数则为流过所述第十一 NMOS管与流过所述第二恒流源(A2)的第三PMOS管的电流之比。
5.根据权利要求4所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述第一恒流源(Al)的第一电阻为N阱扩散电阻，且所述第二恒流源(A2)的第一电阻为多晶硅电阻，或者，所述第一恒流源(Al)的第一电阻为多晶硅电阻，且所述第二恒流源(A2)的第一电阻为N阱扩散电阻。
6.根据权利要求1所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述第一恒流源(Al)为负温度系数电流源电路，且所述第二恒流源(A2)为具有正温度系数的电流镜电路；或者，所述第一恒流源(Al)为具有正温度系数的电流镜电路，且所述第二恒流源(A2)为负温度系数电流源电路； 其中，所述负温度系数电流源电路由第七PMOS管、第三电阻、第一三极管、第二三极管和第四电阻组成，所述第七PMOS管的源极接电源端，栅极与漏极相连接并且该连接点一路连接到第二三极管的集电极，另一路通过第三电阻连接到第二三极管的基极，所述第二三极管的基极与第一三极管的集电极相连，发射极与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的基极通过第四电阻与第一三极管的发射极相连接，并且第一三极管的发射极与第四电阻的连接点接接地端，所述第七`PMOS管的栅极作为负温度系数电流源电路的输出端； 所述电流镜电路由左、右PMOS管，左、右NMOS管和第一电阻组成，其中，所述左、右PMOS管的源极相连并接电源端，栅极相连并连接到右PMOS管的漏极，所述左、右NMOS管的栅极相连接并连接到左NMOS管的漏极，左NMOS管的源极接接地端，右NMOS管的源极通过第一电阻连接到接地端，所述左PMOS管和左NMOS管的漏极相连接，所述右PMOS管和右NMOS管的漏极相连接并且该连接点作为电流镜电路的输出端，其中，所述第一电阻具有负温度系数； 所述加权减法运算电路(A3)由第一、第二 PMOS管和第一、第二、第三、第四NMOS管组成，其中，所述第一、第二 PMOS管的源极相连并接电源端，所述第一、第二 NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第一 NMOS管的漏极，所述第三、第四NMOS管的源极相连并接接地端，栅极相连并连接到第三NMOS管的漏极，所述第一 PMOS管与第一 NMOS管的漏极相连接，所述第二 PMOS管与第二、第三NMOS管的漏极相连接，所述第四NMOS管的漏极作为加权减法运算电路(A3)的输出端，所述第二、一 PMOS管的栅极分别作为加权减法运算电路(A3)的被减数输入端和减数输入端。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述的可调正负温度系数恒流源还包括电流放大电路(A4);所述电流放大电路(A4)的输入端与加权减法运算电路(A3)的输出端相连接，电流放大电路(A4)的输出端作为可调正负温度系数恒流源的输出端。
8. 根据权利要求7所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述电流放大电路(A4)为镜像电流源电路。
9.根据权利要求7所述的可调正负温度系数的恒流源，其特征在于:所述电流放大电路(A4)包括第七、八PMOS管，第十四、十五、十六NMOS管、第二运算放大器和第五、六电阻，所述第十四、十五NMOS管的栅极相连并连接到第十四NMOS管的漏极，源极相连并接接地端，所述第十五NMOS管与第七PMOS管的漏极相连并连接到第七、八PMOS管的栅极，所述第七、八PMOS管的源极相连并接电源端，所述第八PMOS管的漏极一路连接到第二运算放大器的同相输入端，另一路通过第五电阻接接地端，所述第二运算放大器的反相输入端连接到第十六NMOS管的源极，输出端连接到第十六NMOS管的栅极，所述第十六NMOS管的源极通过第六电阻接接地端，所述第十四NMOS管的漏极作为电流放大电路(A4)的输入端，所述第十六NMOS管的漏极作为电流放大电路(A4)的输出端。
【文档编号】G05F1/567GK203376664SQ201320410704
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】曾正球 申请人:广州金升阳科技有限公司