一种高精度电流基准电路设计制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，公开了一种高精度电流基准电路设计，包括第一、第二电流基准电路，最大电流选择电路。所述的第一、第二电流基准电路采用了共源共栅电流镜结构，能够改进普通电流源的电源抑制比，可分别产生一个独立的基准电流输出，所述的最大电流选择电路由两组共源共栅电流镜构成，可将输入电流中值较大的一个作为电路的输出。

Design of a high precision current reference circuit

The invention belongs to the technical field of integrated circuit, and discloses a high-precision current reference circuit design, which comprises a first and a second current reference circuit and a maximum current selection circuit. The first and second current reference circuit adopts a cascode current mirror structure, can improve power supply rejection ratio common current source, can generate a separate reference current output respectively, the maximum current selection circuit is composed of two sets of cascode current mirror, the input current value of a a larger as the output of the circuit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，更具体的说，本专利技术涉及集成电路中用于模拟集成电路中使用电流基准电路提供精确电流的设计技术。技术背景在集成电路中，基准源应用得非常广泛，其中包括电压基准源和电流基准源。随着集成电路技术的发展，对芯片的性能要求越来越高，需要电流基准电路提供电流的精度也越来越高。目前能够提供精确电流基准源的电路分为两种：第一种是在芯片内部设计一种高精度的电压基准电路，产生一个与温度、工艺、电源电压无关的基准电压，然后通过附加一些电路将基准电压转换成基准电流；第二种是直接通过产生一种负温度系数的电流与一种正温度系数的电流，并将它们直接叠加做补偿，从而得到一种与温度无关的电流基准源本专利技术目的在于提供一种新的电流基准源电路，该电路包括：第一电流基准电路、第二电流基准电路和最大电流选择电路。该设计能使电流基准源在提供精确的基准电流时达到较高的性能。
技术实现思路
本专利技术提出了一种新的电流基准源电路，该电路包括：第一电流基准电路、第二电流基准电路和最大电流选择电路。采用CSMC0.5μmBCD工艺，在电源电压5V，温度范围-40～125℃条件下，通过Spectre软件仿真得到的电流温度系数为13.7ppm/℃，27℃时基准电流7.53μA，电流变化量为0.017μA，低频时电源抑制比为69.16dB。该设计的主要内容为：(1)电流基准源电路包括：第一、第二电流基准电路和最大电流选择电路。(2)所述的第一、第二电流基准电路包括：NMOS管M3，M4，M9，M10，M11，M12，PMOS管M0，M1，M2，M5，M6，M7，M8，M13，M14，NPN管Q1，Q2。M0～M4五个MOS管构成启动电路，作用是防止电路在上电的时候进入不工作的简并状态。M5和M6管，M7和M8管，M9和M10管，M11和M12管分别栅极相连，组成4个电流镜，用来提供基准电流输出。(3)所述的最大电流选择电路包括：NMOS管M2，M4，M6，M8，M10，PMOS管M1，M3，M5，M7，M9。其中M1，M2，M3，M4管和M5，M6，M9，M10管分别构成两组两组共源共栅电流镜。本专利技术针对模拟集成电路中的基准电流源，以共源共栅电流镜电路为基础，结合BJT管的特性，提出了一种新的电流基准源电路，该电路通过温度系数的叠加补偿，得到了一种与温度无关的电流基准源，最终得到的基准电流具有较好的温度特性和精确性。附图说明图1为现有的普通电流基准源结构示意图。图2为本专利技术提供的整体电路结构示意图。图3为本专利技术提供第一、第二电流基准电源电路结构示意图。图4为本专利技术提供的最大电流选择电路结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。现有技术中的普通的带隙基准电流源结构如图1所示，利用上面两组电流镜来使A、B两点电压相等，电阻R1上面的压降为三极管Q1、Q2的基极与发射极电压的差值ΔVbe，这是一个正温度系数的电压，故R1上面的电流IR1为正温度系数，电阻R2上面的电压为Q1基极发射极电压Vbe，为负温度系数，故R2上面的电流IR2为负温度系数，输出电流Iref为IR1、IR2之和，因而可以近似得到不随温度变化而变化的基准电流。该电路的缺点在于：由于沟道调制效应，电流镜不能保证A、B两点电压相等，进而导致输出电流基准精度不高；采用基本的双管电流镜，该电流基准电路的PSRR(电源抑制比)不高；该电路没有用到高阶温度补偿，输出基准电流的温度系数差。本专利技术提供的整体电路结构如图2所示，其中第一、第二电流基准电路在结构方面完全相同，但是它们的电阻R1、R2和R3的阻值，以及三极管Q1、Q2的发射结面积之比不一样，通过调节这些参数，可以得到不同的输出基准电流。具体就是让I1和I2在达到零温度系数时候的温度不同，其中I1的零温系数点的温度高一些，而I2低一些，这样，它们在不同的温度范围内有不同温度特性。电路的输出Iref为I1和I2中值较大的一个，具有较好的温度特性。本专利技术提供的第一、第二电流基准电源电路结构如图3所示。第一电流基准电路、第二电流基准电路中采用了共源共栅电流镜结构，能够改进普通电流源的电源抑制比。其分别产生一个独立的基准电流输出I1和I2。其中I1在高温时候具有较好的温度特性且电流值大于I2在高温时候的电流值；I2在低温时候具有较好的温度特性且电流值大于I1在低温时候的电流值。最终的输出电流Iref为I1和I2中值较大的一个，这样，得到的输出电流在高温和低温区域都有较好的温度特性。相比于现有技术中的普通电流源电路，将上面的普通双管电流镜改进为共源共栅电流镜，这样可以增大电源抑制比。左边的M0～M4五个MOS管为启动电路，作用是防止电路在上电的时候进入不工作的简并状态。启动过程如下：电路刚上电的时候，M0和M4管首先导通，并将M4的漏极，即M2的栅极电压拉低，M2管导通，将M11和M12管的漏极电压拉高，使电流镜M11、M12工作，整个电路开始工作；当整个电路正常工作后，M5的漏极电压，即M3的栅极电压升高，M3管开启，将M4管的栅极拉低，M4管关断，M4漏极电压升高，进而使M1、M2管关断，这样就关断了开启电路。其中M0和M3的宽长比应该很小，以减小流过的电流，从而减小功耗。整个电路的输出I1做为一个电流基准输出。本专利技术提供的最大电流选择电路结构如图4所示。它的作用是将输入电流中值较大的一个作为电路的输出。可以看出，电路由两组共源共栅电流镜构成。最大电流选择电路工作原理如下：当I1≥I2时，M1管上面的电流为I1-I2，因而M3管电流也为I1-I2，M5管电流为I2，则Iout＝I1-I2+I2＝I1；当I1＜I2时，M7管会进入线性区，并且电流为I1，而M1管进入了亚阈区，上面的电流可以忽略不计，这样M3管上面的电流也可以忽略不计，M5管电流为I2，则Iout＝I2。这样电路就完成了最大电流的选择。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度电流基准电路设计，其特征在于包含以下步骤：1)第一电流基准电路、第二电流基准电路中采用了共源共栅电流镜结构，能够改进普通电流源的电源抑制比。其分别产生一个独立的基准电流输出I1和I2。其中I1在高温时候具有较好的温度特性且电流值大于I2在高温时候的电流值；I2在低温时候具有较好的温度特性且电流值大于I1在低温时候的电流值，最终的输出电流Iref为I1和I2中值较大的一个；2)电路刚上电的时候，第一电流基准电路、第二电流基准电路中的启动电路启动，整个电路开始工作；3)当整个电路正常工作后，M1、M2管关断，这样就关断了所述步骤(2)中的启动电路；4)在最大电流选择电路中，当I1≥I2时，Iout＝I1‑I2+I2＝I1，当I1＜I2时，Iout＝I2；

【技术特征摘要】
1.一种高精度电流基准电路设计，其特征在于包含以下步骤：1)第一电流基准电路、第二电流基准电路中采用了共源共栅电流镜结构，能够改进普通电流源的电源抑制比。其分别产生一个独立的基准电流输出I1和I2。其中I1在高温时候具有较好的温度特性且电流值大于I2在高温时候的电流值；I2在低温时候具有较好的温度特性且电流值大于I1在低温时候的电流值，最终的输出电流Iref为I1和I2中值较大的一个；2)电路刚上电的时候，第一电流基准电路、第二电流基准电路中的启动电路启动，整个电路开始工作；3)当整个电路正常工作后，M1、M2管关断，这样就关断了所述步骤(2)中的启动电路；4)在最大电流选择电路中，当I1≥I2时，Iout＝I1-I2+I2＝I1，当I1＜I2时，Iout＝I2；2.根据权利要求1所述的一种电流基准电路，其特征在于：所述步骤(1)中的第一、第二电流基准电路在结构方面完全相同，但是它们的电阻R1、R2和R3的阻值，以及三极管Q1、Q2的发射结面积之比不一样，通过调节这些参数，可以得到不同的输出基准电流。具体就是让I1和I2在达到零温度系数时候的温度不同，其中I1的零温系数点的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚远，
申请(专利权)人：姚远，
类型：发明
国别省市：四川;51