一种电流基准电路的制作方法

实用新型涉及模拟、射频微电子电路技术领域，尤其是一种电流基准电路。

背景技术：

电压基准和电流基准是模拟集成电路中不可或缺的基本单元，基准电路对其他电路模块的性能有着很大的影响。对基准电路的最基本要求是PVT(工艺、电压、温度)无关。

电压基准的理论比较成熟，通常采用带隙结构，基准电压直接来源于硅的能带隙。实际上并不存在电流基准，它通常由带隙电压基准和一到两个电阻的组合来得到。这种方案主要存在以下一些问题：

1)带隙基准电路中往往会使用寄生三极管(bjt)，bjt需要消耗比较大的版图面积，此外，目前通用的cmos工艺中，bjt的模型往往很难建立，准确性不高，这不利于电路的设计。

2)通常的带隙基准电路比较复杂，一般都会使用运放。

3)通常的带隙基准电路为了得到比较好的性能，往往消耗比较大的功耗。

4)在目前集成电路工艺中，电阻的变化范围约为20％左右，影响电流基准的准确性、使电流基准受PVT的影响很大。

5)低功耗电路所需的基准电流很小，会使用较大的电阻，需要消耗比较大的版图面积。

技术实现要素：

为了解决提供随PVT变化很小的基准电流、减小电流基准电路的复杂性、减小电流基准电路的功耗以及减小电流基准电路的面积等问题，本实用新型提供一种电流基准电路，用在低功耗电路中，用来产生200nA的基准电流。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电流基准电路，包括有两主支路，其中，左支路经由PMOS管PM4连接于NMOS管NM1并接地；右支路经由PMOS管PM5连接于NMOS管NM2、并经由NMOS管NM0并接地；所述PMOS管PM4和所述PMOS管PM5相连接的节点连接于所述PMOS管PM5和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述 NMOS管NM1和所述NMOS管NM2相连接的节点连接于所述PMOS管PM4 和所述NMOS管NM1相连接的节点；所述NMOS管NM0还经由NM0的栅源电压VGS接地。

本实用新型还具有以下附加技术特征：

作为本实用新型方案进一步具体优化的，还包括有与两主支路并联连接的两次支路，其中，左支路经由PMOS管PM6连接于NMOS管NM4并经由NMOS 管NM3接地；右支路经由PMOS管PM7连接于NMOS管NM5并经由NMOS 管NM3接地；所述PMOS管PM6和所述PMOS管PM7相连接的节点连接于所述PMOS管PM7和所述NMOS管NM5相连接的节点。

作为本实用新型方案进一步具体优化的，所述NMOS管NM4分别连接于所述PMOS管PM4和所述NMOS管NM1相连接的节点和所述NMOS管NM1和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述NMOS管NM5连接于所述PMOS管 PM5和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述NMOS管NM3连接于所述NMOS 管NM1和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述PMOS管PM4和所述NMOS 管NM1相连接的节点经由电容C连接于所述PMOS管PM6和所述NMOS管 NM4相连接的节点。

作为本实用新型方案进一步具体优化的，电流基准电路中的部分结构根据连接原理做同等替换，形成若干条并联连接的电流基准电路。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：

本实用新型使用了较少的MOS管，电路结构比较简单，电路面积比较小。本实用新型具有宽的输入电压范围，从0.7V-3.3V。本实用新型产生的基准电流受PVT的影响很小，具有很低的温度系数，高的电源抑制比。本实用新型的功耗很低。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的原理一示意图；

图2为本实用新型的原理一仿真示意图；

图3为本实用新型的原理二示意图；

图4为本实用新型的原理二仿真示意图；

图5为本实用新型的原理三示意图；

图6为本实用新型的最终实现示意图；

图7为本实用新型的产生的基准电流不同corner下的温度系数示意图；

图8为本实用新型的产生的基准电流的电源抑制比示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

一种电流基准电路，包括有两主支路，其中，左支路经由PMOS管PM4连接于NMOS管NM1并接地；右支路经由PMOS管PM5连接于NMOS管NM2、并经由 NMOS管NM0并接地；所述PMOS管PM4和所述PMOS管PM5相连接的节点连接于所述PMOS管PM5和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述NMOS管NM1和所述NMOS管NM2相连接的节点连接于所述PMOS管PM4和所述NMOS管NM1相连接的节点；所述NMOS管NM0还经由NM0的栅源电压VGS接地。

电流基准电路还包括有与两主支路并联连接的两次支路，其中，左支路经由 PMOS管PM6连接于NMOS管NM4并经由NMOS管NM3接地；右支路经由 PMOS管PM7连接于NMOS管NM5并经由NMOS管NM3接地；所述PMOS 管PM6和所述PMOS管PM7相连接的节点连接于所述PMOS管PM7和所述NMOS管NM5相连接的节点。

所述NMOS管NM4分别连接于所述PMOS管PM4和所述NMOS管NM1 相连接的节点和所述NMOS管NM1和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述 NMOS管NM5连接于所述PMOS管PM5和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述NMOS管NM3连接于所述NMOS管NM1和所述NMOS管NM2相连接的节点；所述PMOS管PM4和所述NMOS管NM1相连接的节点经由电容C连接于所述PMOS管PM6和所述NMOS管NM4相连接的节点。

电流基准电路中的部分结构根据连接原理做同等替换，形成若干条并联连接的电流基准电路。

实施例

本实用新型原理一：

本实用新型原理一从Widlar电流源发展而来，如图1所示。在图1中，电阻R被一个工作在线性区的MOS管NM0代替，NM1和NM2工作在亚阈值区， PM4和PM5工作在饱和区。

NM0等效阻值为：

W/L：NM0的宽长比；

μ：电子迁移率；

Cox:栅氧化层单位面积电容；

VGS:NM0的栅源电压；

VTH：MOS管阈值电压；

由于NM1和NM2都工作在亚阈值区，流过它们的电流为：

η：工艺常数

VT：热电压常数

NM1和NM2的栅源电压差加在等效电阻RNM0上，产生基准电流：

电子迁移率μ随温度的变化关系是：

μ0：室温(To)下的电子迁移率

m：工艺常数，通常取1.5

MOS管阈值电压VTH随温度的变化关系是：

V_TH＝V_TH0-κT (6)

κ：与温度相关的系数

VTH0：室温(To)下的阈值电压

根据公式(1)-(6)、可以得到基准电流IREF随温度的变化关系：

通过合理地设置NM0的宽长比和栅源电压，可以到温度系数很低的基准电流。如图2所示，可以得到30ppm的200nA基准电流。

本实用新型原理二：

原理一所得到的基准电流受电源电压影响很大，最根本的原因是PM4和 PM5漏端的电压不完全相等，偏离公式(4)的计算值。实用新型原理二在原理一的基础上增加了一个五管运放，可以保证PM4和PM5的漏端电压相等，从而在很宽的电源电压范围内，基准电流几乎保持不变(图4)。

电容C用来提高相位裕度，保证电路可以稳定地工作。

除了NM0使用低压管，其他的MOS管均使用高压管，使电路可以工作在很宽的电源范围内。

图4是原理二的仿真图，从图中可以看出，从0.7V-3.3V很宽的电源电压范围内，基准电流值几乎不变。

本实用新型原理三：

实用新型原理三用来产生一个基准电压(图5)，该基准电压连接原理二中的NM0的栅端。本原理没有使用通常的带隙结构。NM6、NM7和NM8工作在亚阈值区，PM1、PM2和PM3工作在饱和区。

同原理一，NM6和NM7的VGS差在R0上产生正温度系数(PTAT)电流，流过R1，再加上NM8的VGS，得到基准电压。NM8的VGS随温度的增加而减小。

本实用新型原理四：

本实用新型的最终实现如图8所示。在实用新型原理二和实用新型原理三的基础上增加了两个启动电路。NM9、NM10和PM8是带隙电路的启动电路； NM11、NM12和PM9是电流基准电路的启动电路。除了NM0使用低压管，其他的MOS管均使用高压管。

图7是本实用新型在不同工艺角下基准电流随温度变化的仿真图。基准电流在在不同的工艺角下，误差小于0.2％。

图8显示了本实用新型产生的基准电流的电源抑制比，在低频时，电源抑制比高达173dB。

表9显示了本实用新型的功耗，电路最大功耗不超过3uA。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。