全MOS基准电流产生电路制造技术

本发明专利技术公开了一种全MOS基准电流产生电路，主要解决现有技术结构复杂、功耗高的问题。其包括：负温度系数电流产生器、正温度系数电流产生器和电流相加器，电流相加器连接在负温度系数电流产生器与正温度系数电流产生器之间。其中负温度系数电流产生器产生具有负温度系数的第一电流I1，正温度系数电流产生器产生具有正温度系数的第二电流I2，电流相加器分别按比例α、β合成第一电流I1和第二电流I2，其中

All-MOS Reference Current Generator Circuit

The invention discloses an all-MOS reference current generating circuit, which mainly solves the problems of complex structure and high power consumption of the existing technology. It includes: negative temperature coefficient current generator, positive temperature coefficient current generator and current adder. The current adder is connected between negative temperature coefficient current generator and positive temperature coefficient current generator. The negative temperature coefficient current generator generates the first current I1 with negative temperature coefficient, the positive temperature coefficient current generator generates the second current I2 with positive temperature coefficient, and the current adder synthesizes the first current I1 and the second current I2 in proportions of alpha and beta, respectively.

【技术实现步骤摘要】
全MOS基准电流产生电路
本专利技术属于微电子电路
，特别涉及一种基准电流产生电路，可用于大规模模拟集成电路设计。
技术介绍
基准电流产生电路用于产生精确的输出电流，即电流基准，它是模拟集成电路中的关键单元，其最重要的一个指标就是在宽温度范围内保持工作稳定。它适用于为模拟集成电路中的其他模块提供具有高精度、低温度系数的偏置电流，如放大器、振荡器、数模转换器和锁相环PLL，电流基准的精度直接影响整个系统的性能。传统电流基准使用最多的是带隙基准电流产生电路，如图1所示。其中，包括负温度系数产生器和正温度系数产生器。负温度系数产生器由双极型晶体管的基极-发射极电压VBE具有的负温度系数产生，正温度系数产生器由两个工作在不相等电流密度下的双极型晶体管产生，它们的基极-发射极电压差值ΔVBE具有正的温度系数。正负温度系数加权相加，便可得到一个理论上的零温度系数的基准。这种电路由于在实现的过程中需要使用双极型晶体管，流过双极型晶体管的电流较大，导致功耗较大，且与标准CMOS工艺不兼容；同时由于这种传统电流基准电路还需要运算放大器，而运算放大器在设计过程中由于涉及到增益、带宽、稳定性和速度的折中，增加了电路设计的复杂度，并且占用芯片面积较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术不足，提出一种全MOS基准电流产生电路，以简化电路结构，减小功耗。为实现上述目的，本专利技术包括：负温度系数电流产生器、正温度系数电流产生器，其特征在于：负温度系数电流产生器与正温度系数电流产生器之间连接有电流相加器；所述负温度系数电流产生器，包括：四个PMOS管P1、P2、P3、P4、一个NMOS管N1和一个偏置电阻R1；该四个PMOS管共同构成共源共栅电流镜，且第四PMOS管P4的漏极与第一NMOS管N1的栅极相连并经过第一偏置电阻R1接地GND，第三PMOS管P3的漏极与第一NMOS管N1的漏极相连，第一NMOS管N1的源极与地GND相连；所述电流相加器，包括：四个PMOS管P5、P6、P7和P8；其中第五PMOS管P5的栅极与第二PMOS管P2的栅极相连，第六PMOS管P6的栅极与第九PMOS管P9的栅极相连，第七PMOS管P7、第八PMOS管P8的漏极与基准电流输出端口Iref相连；该四个PMOS管共同构成电流镜像电路；所述正温度系数电流产生器，包括：两个PMOS管P9和P10、四个NMOS管N2、N3、N4和N5和一个偏置电阻R2；该四个NMOS管共同构成共源共栅电流镜，且第二NMOS管N2的漏极与第九PMOS管P9的漏极相连，第九PMOS管P9的源极与电源VDD相连，第九PMOS管P9的栅极与第十PMOS管P10的栅极相连，第三NMOS管N3的漏极与第十PMOS管P10的漏极和栅极相连，第十PMOS管P10的源极经第二偏置电阻R2接电源VDD。进一步，所述负温度系数电流产生器中的四个PMOS管P1、P2、P3与P4的尺寸相同，以使流过第一NMOS管N1的电流与第一偏置电阻R1的电流大小相等；利用第一NMOS管N1的栅源电压与第一偏置电阻R1，得到流过第一偏置电阻R1的电流I1：其中VGSN1为第一NMOS管N1的栅源电压，VTN为第一NMOS管N1的阈值电压。进一步，所述电流相加器中的第五PMOS管P5的尺寸与第二PMOS管P2的尺寸成比例α，第六PMOS管P6的尺寸与第九PMOS管P9的尺寸成比例β，以使输出基准电流Iref近似为零温度系数，其中：式中，I1为流过第一偏置电阻R1的电流，I2为流过第二偏置电阻R2的电流，T是温度。进一步，所述正温度系数电流产生器中的四个NMOS管N2、N3、N4与N5尺寸相同，且通过设置第九PMOS管P9与第十PMOS管P10的尺寸比例为K:1，得到流过第二偏置电阻R2的电流I2：其中μp为空穴迁移率，Cox为栅氧化层单位面积电容，为第十PMOS管P10的宽长比，K为第九PMOS管P9与第十PMOS管P10的尺寸比。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术利用NMOS管阈值电压VTN的负温度系数与PMOS管迁移率μp的负温度系数，构造出具有负温度系数的第一电流I1和正温度系数的第二电流I2，通过调整这两个电流，可以最大程度获得近似零温度系数的输出基准电流Iref。本专利技术电路采用全MOS管结构，无需使用运算放大器，大大降低了基准电流产生电路的设计复杂度，提高了工艺兼容性，避免了流过双极型晶体管的大电流，降低了功耗。本专利技术采用共源共栅电流镜结构，极大地减小了沟道长度调制效应的影响，提高了输出基准电流Iref的精度。本专利技术由于基准电流的产生与电源电压没有关系，因此本电路可在不同的电源电压下工作，适用范围广。附图说明图1是传统的带隙基准电流产生电路原理图；图2是本专利技术的全MOS基准电流产生电路原理图；图3是NMOS管阈值电压VTN随温度的变化曲线图；图4是本专利技术中两个分支电流随温度的变化曲线图；图5是本专利技术的输出总基准电流Iref随温度的变化曲线图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的实施例及效果做进一步详细描述。根据图2所示，本专利技术包括负温度系数电流产生器、正温度系数电流产生器和电流相加器，电流相加器连接在负温度系数电流产生器与正温度系数电流产生器之间。其中：负温度系数电流产生器，包括：四个PMOS管P1、P2、P3、P4、一个NMOS管N1和一个偏置电阻R1，即第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第一NMOS管N1和第一偏置电阻R1；电流相加器，包括：四个PMOS管P5、P6、P7、P8，即第五PMOS管P5、第六PMOS管P6、第七PMOS管P7和第八PMOS管P8；正温度系数电流产生器，包括：两个PMOS管P9、P10、四个NMOS管N2、N3、N4、N5和一个偏置电阻R2，即第九PMOS管P9、第十PMOS管P10、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5和第二偏置电阻R2。所述负温度系数电流产生器，其第一PMOS管P1的栅极与其漏极相连，其源极与第二PMOS管P2的源极都接到电源VDD，且这两个PMOS管P1和P2的栅极相连；其第三PMOS管P3的栅极与第四PMOS管P4的栅极相连，第三PMOS管P3的源极与第一PMOS管P1的漏极相连，第三PMOS管P3的栅极与其漏极相连；其第四PMOS管P4的源极与第二PMOS管P2的漏极相连，这四个PMOS管P1、P2、P3、P4共同构成共源共栅电流镜，且第四PMOS管P4的漏极与第一NMOS管N1的栅极相连并经过第一偏置电阻R1接地GND，第三PMOS管P3的漏极与第一NMOS管N1的漏极相连，第一NMOS管N1的源极与地GND相连。所述电流相加器，其第五PMOS管P5的栅极与第二PMOS管P2的栅极相连，第五PMOS管P5的源极与电源VDD相连，第五PMOS管P5的漏极与第七PMOS管P7的源极相连；其第六PMOS管P6的栅极与第九PMOS管P9的栅极相连，第六PMOS管P6的源极与电源VDD相连，第六PMOS管P6的漏极与第八PMOS管P8的源极相连；其第七PMOS管P7、第八PMOS管P8的栅极与第四PMOS管P4的栅极相连，第七PMOS管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全MOS基准电流产生电路，包括负温度系数电流产生器、正温度系数电流产生器，其特征在于：负温度系数电流产生器与正温度系数电流产生器之间连接有电流相加器；所述负温度系数电流产生器，包括：四个PMOS管P1、P2、P3、P4、一个NMOS管N1和一个偏置电阻R1；该四个PMOS管共同构成共源共栅电流镜，且第四PMOS管P4的漏极与第一NMOS管N1的栅极相连并经过第一偏置电阻R1接地GND，第三PMOS管P3的漏极与第一NMOS管N1的漏极相连，第一NMOS管N1的源极与地GND相连；所述电流相加器，包括：四个PMOS管P5、P6、P7和P8；其中第五PMOS管P5的栅极与第二PMOS管P2的栅极相连，第六PMOS管P6的栅极与第九PMOS管P9的栅极相连，第七PMOS管P7、第八PMOS管P8的漏极与基准电流输出端口Iref相连；该四个PMOS管共同构成电流镜像电路；所述正温度系数电流产生器，包括：两个PMOS管P9和P10、四个NMOS管N2、N3、N4和N5和一个偏置电阻R2；该四个NMOS管共同构成共源共栅电流镜，且第二NMOS管N2的漏极与第九PMOS管P9的漏极相连，第九PMOS管P9的源极与电源VDD相连，第九PMOS管P9的栅极与第十PMOS管P10的栅极相连，第三NMOS管N3的漏极与第十PMOS管P10的漏极和栅极相连，第十PMOS管P10的源极经第二偏置电阻R2接电源VDD。...

【技术特征摘要】
1.一种全MOS基准电流产生电路，包括负温度系数电流产生器、正温度系数电流产生器，其特征在于：负温度系数电流产生器与正温度系数电流产生器之间连接有电流相加器；所述负温度系数电流产生器，包括：四个PMOS管P1、P2、P3、P4、一个NMOS管N1和一个偏置电阻R1；该四个PMOS管共同构成共源共栅电流镜，且第四PMOS管P4的漏极与第一NMOS管N1的栅极相连并经过第一偏置电阻R1接地GND，第三PMOS管P3的漏极与第一NMOS管N1的漏极相连，第一NMOS管N1的源极与地GND相连；所述电流相加器，包括：四个PMOS管P5、P6、P7和P8；其中第五PMOS管P5的栅极与第二PMOS管P2的栅极相连，第六PMOS管P6的栅极与第九PMOS管P9的栅极相连，第七PMOS管P7、第八PMOS管P8的漏极与基准电流输出端口Iref相连；该四个PMOS管共同构成电流镜像电路；所述正温度系数电流产生器，包括：两个PMOS管P9和P10、四个NMOS管N2、N3、N4和N5和一个偏置电阻R2；该四个NMOS管共同构成共源共栅电流镜，且第二NMOS管N2的漏极与第九PMOS管P9的漏极相连，第九PMOS管P9的源极与电源VDD相连，第九PMOS管P9的栅极与第十PMOS管P10的栅极相连，第三NMOS管N3的漏极与第十PMOS管P10的漏极和栅极相连，第十PMOS管P10的源极经第二偏置电阻R2接电源VDD。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，负温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，段艺明，王泽渊，刘博宇，周永升，庄奕琪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61