一种电流偏置电路的制作方法

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种电流偏置电路。

背景技术：

电流偏置一直是电流设计中一个必不可少的模块，它为放大器、比较器、电流镜电路、振荡电路等基础电路提供一个电流偏置，使这些模块可以正常工作。作为偏置的源头，电流偏置电路的精度成为其他电路精度的一个基础。

一般的电流偏置电路，以基准电压为参考电压，通过一个电压电流转换电路产生偏置电流，在转换过程中以基准电压与内置电阻的比值为偏置电流，基准电压相对温度变化可以做到较高的精度，但是由于内置电阻的相对温度变化使得偏置电流对温度存在着一个变化范围，减小这个变化范围从而使偏置电流与温度基本无关，对电流偏置电路和其他电路的精度有重要意义。

目前，在通过电压电流转换电路产生偏置电流的偏置电路中，一般通过带隙基准电路来实现电流的补偿，然而现有技术存在占用版图面积较大，功耗较大的问题。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是在实现电流补偿的同时，减小版图使用面积和降低电路功耗。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种电流偏置电路，所述电流偏置电路包括：

包括偏置电流产生电路和电流补偿电路，所述偏置电流产生电路包括内置电阻，所述偏置电流产生电路在所述内置电阻上产生具有第一温度系数的第一电流，所述电流补偿电路适于产生具有第二温度系数的第二电流，所述第二温度系数与所述第一温度系数相反，所述第二电流用于补偿所述第一电流以得到偏置电流。

可选地，所述电流补偿电路包括：第一比例电流获取电路、第二比例电流获取电路、相反温度系数引入电路和温度系数组合电路；

所述第一比例电流获取电路与所述偏置电流产生电路耦接，适于生成与所述第一电流成比例的第一镜像电流；

所述第二比例电流获取电路与所述偏置电流产生电路耦接，适于生成与所述第一电流成比例的第二镜像电流；

所述相反温度系数引入电路适于基于所述第一镜像电流向所述温度系数组合电路提供电压，所述电压的电压值的温度系数与所述第一电流的温度系数相反；

所述温度系数组合电路适于基于所述相反温度系数引入电路输出的电压产生所述第二电流，并将所述第二镜像电流和所述第二电流线性叠加以得到所述偏置电流。

可选地，所述第一比例电流获取电路包括第一pmos管；

所述第一pmos管的源极耦接电源，栅极与所述偏置电流产生电路耦接，漏极与所述相反温度系数引入电路耦接。

可选地，所述第二比例电流获取电路包括第二pmos管；

所述第二pmos管的源极耦接电源，栅极耦接至所述偏置电流产生电路，漏极作为所述第二比例电流获取电路的输出端，并与所述温度系数组合电路耦接。

可选地，所述相反温度系数引入电路包括：pnp管和第一电阻；

所述pnp管的发射极与所述第一比例电流获取电路的输出端耦接，基极与集电极耦接，集电极与所述第一电阻的第一端耦接；

所述第一电阻的第二端接地。

可选地，所述温度系数组合电路包括电流镜、第一nmos管和第二nmos管；

所述第一nmos管的栅极接收所述相反温度系数引入电路输出的电压，所 述第一nmos管的源极接地；

所述电流镜的输入端耦接所述第一nmos管的漏极，所述电流镜的输出端输出所述第二电流；

所述第二nmos管的漏极耦接所述电流镜的输出端，所述第二nmos管的栅极与漏极耦接，所述第二nmos管的源极接地。

可选地，所述电流镜包括：第四pmos管和第五pmos管；

所述第四pmos管的源极耦接电源，栅极与漏极耦接，漏极作为所述电流镜的输入端；

所述第五pmos管源极耦接电源，栅极与所述第四pmos管的栅极耦接，漏极与所述第二比例电流获取电路的输出端耦接。

可选地，所述偏置电流产生电路包括：放大器、内置电阻和第五pmos管；

所述放大器的反相输入端接收基准电压信号，正相输入端与所述第五pmos管的漏极耦接，输出端与所述第五pmos管的栅极耦接；

所述第五pmos管的源极耦接电源，漏极与所述内置电阻的第一端耦接；

所述内置电阻的第二端接地。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的技术方案提供一种电流偏置电路，包括偏置电流产生电路和电流补偿电路，所述偏置电流产生电路的内置电阻上产生具有第一温度系数的第一电流，通过设置电流补偿电路，使其产生具有第二温度系数的第二电流，而所述第二温度系数与所述第一温度系数相反，从而使第二电流补偿第一电流以产生与温度基本无关的偏置电流。相比现有技术，由于本发明实施例的技术方案基于偏置电流产生电路自身的内置电阻的温度系数来设计电流补偿电路，而不需要单独做一个带隙基准电路，避免使用设计带隙基准电路所需的多个pnp管和大电阻，进而节省版图占用面积和降低功耗。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种电流偏置电路的结构示意图；

图2是图1中所示的一种电流补偿电路的结构示意图；

图3是本发明实施例的另一种电流偏置电路的结构示意图。

具体实施方式

如前所述，目前在通过电压电流转换电路产生偏置电流的偏置电路中，一般通过带隙基准电路来实现电流的补偿，然而现有技术存在占用版图面积较大，功耗较大的问题。

本发明实施例的技术方案提供一种电流偏置电路，包括偏置电流产生电路和电流补偿电路，所述偏置电流产生电路的内置电阻上产生具有第一温度系数的第一电流，通过设置电流补偿电路，使其产生具有第二温度系数的第二电流，而所述第二温度系数与所述第一温度系数相反，从而使第二电流补偿第一电流以产生与温度基本无关的偏置电流。相比现有技术，由于本发明实施例的技术方案基于偏置电流产生电路自身的内置电阻的温度系数来设计电流补偿电路，而不需要单独做一个带隙基准电路，避免使用设计带隙基准电路所需的多个pnp管和大电阻，进而节省版图占用面积和降低功耗。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例中的一种自启动的偏置电流源电路的结构示意图。请参照图1所示，所述自启动的偏置电流源电路可以包括偏置电流产生电路1和电流补偿电路2。

所述偏置电流产生电路1包括内置电阻，所述偏置电流产生电路1在所述内置电阻上产生具有第一温度系数的第一电流，所述电流补偿电路2适于产生具有第二温度系数的第二电流，所述第二温度系数与所述第一温度系数相反，所述第二电流用于补偿所述第一电流以得到偏置电流。

在具体实施中，所述偏置电流产生电路1具有内置电阻，可以是一般的电压电流转换电路，也可以采用现有技术中任何其他适当的结构。

在具体实施中，所述内置电阻可以是负温度系数热敏电阻，也可以是正温度系数热敏电阻，在所述内置电阻上产生具有第一温度系数的第一电流。

所述电流补偿电路2与所述偏置电流产生电路1耦接，根据所述第一温度系数设计相应的电流补偿电路2，所述电流补偿电路2产生具有第二温度系数的第二电流，所述第二温度系数与所述第一温度系数相反，从而使得所述第一电流和所述第二电流叠加后得到的偏置电流基本与温度无关。

当所述内置电阻上的电压基本不变时，所述内置电阻上的电流随温度的变化主要取决于内置电阻本身虽温度的变化。本发明实施例通过设置所述电流补偿电路，基于已经存在的电流源进行补偿，具体而言，通过使所述电流补偿电路引入与所述第一温度系数相反的温度系数，也即产生温度系数与所述第一温度系数相反的第二电流，并将所述第二电流与内置电阻上的偏置电流叠加，使得温度系数相互抵消，得到与温度基本无关的偏置电流。

然而在现有技术中，通过设计带隙基准电路来进行电流补偿通常需要使用2至3个pnp管，以及2至3个大电阻，甚至可能需要使用放大器，这些器件在版图设计中均比较占用面积，不可避免会带来功耗的增加。对比现有技术可以得出，本发明实施例基于现有的电流源产生的电流，设计电流补偿电路产生与内置电阻上电流温度系数相反的电流，进而实现补偿偏置电流产生电路中的偏置电流，得到与温度基本无关的偏置电流，而实现上述电流补偿电路的设计中不再需要使用多个pnp管和大电阻等器件，因此可以减小版图使用面积和降低功耗。

本领域技术人员可以理解的是，在所述电流补偿电路2的具体实施中，设计所述电流补偿电路2产生的电流的温度系数需要对应参考所述偏置电流产生电路中内置电阻的温敏特性，使得内置电阻上电流的温度系数与所述电流补偿电路产生的电流的温度系数相反，以达到电流补偿的效果。

下面结合图2和图3对所述电流偏置电路的具体实施进行详细的说明。

图2是图1中所示的一种电流补偿电路的结构示意图。参照图1和图2所示，所述电流补偿电路2可以包括：第一比例电流获取电路21、第二比例电流获取电路22、相反温度系数引入电路23和温度系数组合电路24。其中：

所述第一比例电流获取电路21与所述偏置电流产生电路1耦接，适于生成与所述第一电流成比例的第一镜像电流；

所述第二比例电流获取电路22与所述偏置电流产生电路1耦接，适于生成与所述第一电流成比例的第二镜像电流；

所述相反温度系数引入电路23适于基于所述第一镜像电流向所述温度系数组合电路24提供电压，所述电压的电压值的温度系数与所述第一电流的温度系数相反；

所述温度系数组合电路24适于基于所述相反温度系数引入电路23输出的电压产生所述第二电流，并将所述第二镜像电流和所述第二电流叠加以得到所述偏置电流。

在具体实施中，所述第一镜像电流可以与所述第一电流相等，也可以与所述第一电流成其他比例。同样地，所述第二镜像电路可以与所述第一电流相等，也可以与所述第一电流成其他比例。

在具体实施中，所述相反温度系数引入电路23可以包括pnp管和电阻，通过使用pnp管，可以产生呈现与第一温度系数相反的发射极电压，即引入与所述第一温度系数相反的第二温度系数。相应地，所述温度系数组合电路24基于所述相反温度系数引入电路23输出的电压产生的第二电流也具有第二温度系数，由于第二温度系数与第一温度系数相反，所述温度系数组合电路24将所述第二镜像电流和所述第二电流经线性叠加后，两者温度相关性可以相互抵消或至少部分抵消，以达到电流补偿的目的，使得叠加后得到偏置电流与温度基本无关。

需要注意的是，在将所述第二镜像电流和所述第二电流进行线性叠加时，可以通过设计所述温度系数组合电路来调节叠加的比例，以使得叠加后得到的偏置电流基本与温度无关。

图3是本发明实施例中的另一种电流偏置电路的结构示意图。下面参照图1至图3进行说明，所述电流偏置电路可以包括偏置电流产生电路1和电流补偿电路2。

在本实施例中，所述电流补偿电路2可以包括：第一比例电流获取电路21、第二比例电流获取电路22、相反温度系数引入电路23和温度系数组合电路24。

在本实施例中，所述偏置电流产生电路1可以包括：放大器a1、内置电阻r0和第五pmos管mp5；

所述放大器a1的反相输入端接收基准电压信号，正相输入端与所述第五pmos管mp5的漏极耦接，输出端与所述第五pmos管的栅极耦接；

所述第五pmos管mp5的源极耦接电源vdd，漏极与所述内置电阻r0的第一端耦接；

所述内置电阻r0的第二端接地。

所述电流补偿电路2可以包括：第一比例电流获取电路21、第二比例电流获取电路22、相反温度系数引入电路23和温度系数组合电路24。

在本实施例中，所述第一比例电流获取电路21可以包括第一pmos管mp1；

所述第一pmos管mp1的源极耦接电源vdd，栅极与所述偏置电流产生电路1耦接，漏极与所述相反温度系数引入电路23耦接，漏极作为所述第一比例获取电路21的输出端p1。

在本实施例中，所述第二比例电流获取电路22可以包括第二pmos管mp2；

所述第二pmos管mp2的源极耦接电源，栅极耦接至所述偏置电流产生电路1，漏极作为所述第二比例电流获取电路22的输出端p4，并与所述温度系数组合电路23耦接。

在本实施例中，所述相反温度系数引入电路23可以包括：pnp管mp6和第一电阻r1；

所述pnp管mp6的发射极与所述第一比例电流获取电路21的输出端p1耦接，基极与集电极耦接，集电极与所述第一电阻r1的第一端耦接；

所述第一电阻r1的第二端接地。

在本实施例中，所述温度系数组合电路23可以包括电流镜、第一nmos管mn1和第二nmos管mn2；

所述第一nmos管mn1的栅极接收所述相反温度系数引入电路23输出的电压，所述第一nmos管mn1的源极接地；

所述电流镜的输入端p2耦接所述第一nmos管mn1的漏极，所述电流镜的输出端p3输出所述第二电流；

所述第二nmos管mn2的漏极耦接所述电流镜的输出端p3，所述第二nmos管mn2的栅极与漏极耦接，所述第二nmos管mn2的源极接地。

在本实施例中，所述电流镜可以包括第四pmos管mp4和第五pmos管mp5；

所述第四pmos管mp4的源极耦接电源vdd，栅极与漏极耦接，漏极作为所述电流镜的输入端p3；

所述第五pmos管mp5源极耦接电源，栅极与所述第四pmos管mp4的栅极耦接，漏极与所述第二比例电流获取电路的输出端p4耦接。

在本实施例中，所有cmos管均采用高压管，所述第一电阻r1与所述内置电阻r0与温度的相关性一致。

下面用一实例对照本实施例说明补偿后偏置电流的计算过程，其中，假设基准电压为vref，第一比例电流获取电路获取的电流与所述第二比例获取电路获取的电流与所述内置电阻r0上的电流比例为1比1。

如图3所示，所述内置电阻r0上的偏置电流i5＝vref/r0，那么所述第一pmos管mp1从所述第五pmos管mp5处得到的电流为i1＝i5＝vref/r0，所述第二pmos管mp2的电流i2＝i5＝vref/r0，此时pnp管mp6发射极的电压为：

ve＝vbe+i1*r1＝vbe+vref*r1/r0(1)

其中，vbe为所述pnp管mp6基极与发射极间的电压，vref为基准电压，r1为第一电阻，r0为内置电阻。从式(1)可以看出，vref是一个基准电压，r0/r1仅与电阻的大小比例有关，与温度无关，所以ve相对温度的关系基本上由vbe来决定，可见所述相反温度系数引入电路23引入了与第一温度系数相反的第二温度系数。

ve即为所述相反温度系数引入电路23产生的电压，ve的大小决定了所述第一nmos管mn1的电流：

i11＝0.5*un*cox*2(ve-vt)²＝un*cox(ve-vt)²(2)

其中，un为电子迁移率，cox为单位面积的栅氧化层电容，ve为pnp管mp6发射极的电压，vt为pnp管mp6的夹断电压。而流经所述第三pmos管mp3的电流i3＝i11，所述第四pmos管mp4与所述第三pmos管mp3呈镜像电流，比例关系为a，所以流经所述第四pmos管的电流i4＝a*i3＝a*i11，所述第四pmos关上的电流i4即为所述电流补偿电路2产生的具有第二温度系数的所述第二电流。所述第二nmos管mn2的电流i22由两部分电流组成，一部分来自所述第四pmos管的电流i4，另一部分来自所述第二pmos管mp2的电流i2。所以所述第二nmos管上的电流i22推导如下：

i22＝i4+i2＝a*i11+vref/r0；

i22＝a*un*cox(ve-vt)²+vref/r0；

i22＝a*un*cox(vbe+vref*r1/r0-vt)²+vref/r0；(3)

上述(3)式中，i22即为补偿后的偏置电流，un为电子迁移率，cox为单位面积的栅氧化层电容。从(3)式可以看出，vref/r1呈现正温度系数，vbe+vref*r0/r1呈现正温度系数，调整a，可以使i22与温度基本无关。

从上述实例可以看出，本发明实施例通过设置电流补偿电路，其中，所述相反温度系数引入电路23产生具有第二温度系数的电压，进而在所述第一nmos管mn1上产生呈现第二温度系数的电流，经镜像结构电路得到具有第二温度系数的第二电流i4，所述第二电流i4与所述第二比例电流获取电路上的电流i2叠加，从而达到补偿偏置电流产生电路中内置电阻上的偏置电流的目的，通过调节镜像结构的电流比例a，可以使得补偿后的电流i22基本与温度无关。

相比现有技术，由于本发明实施例的技术方案基于偏置电流产生电路自身的内置电阻的温度系数来设计电流补偿电路，而不需要单独做一个带隙基准电路，避免使用设计带隙基准电路所需的多个pnp管和大电阻，进而节省版图占用面积和降低功耗。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。