全npn晶体管的与绝对温度成正比的电流源制造技术

本发明专利技术涉及改进的与绝对温度成正比的（ＰＴＡＴ）电流源和产生ＰＴＡＴ电流的相应方法。利用晶体管的基－发射极电压和集电极电流之间的对数关系产生合适的集电极电流，并强制其流入两个晶体管。连接在所述两个晶体管的基极之间的电阻感受两个晶体管的基－发射极电压的电压差，这两个晶体管有相同的或不同的面积。流过电阻的电流的一部分被强制流入晶体管集电极，并被输出晶体管反映而提供输出电流。通过这一原理，能提供一种全ｎｐｎ晶体管的ＰＴＡＴ电流源而不需要像普通ＰＴＡＴ电流源中那样的ｐｎｐ晶体管。本发明专利技术一般适用于需要ＰＴＡＴ电流参考的各种不同类型的集成电路。

A current source in full NPN transistors proportional to absolute temperature

The present invention relates to an improved (PTAT) current source in direct proportion to the absolute temperature and a corresponding method for generating an PTAT current. Using the logarithmic relationship between the base emitter voltage and the collector current of the transistor, a suitable collector current is generated and forced to flow into the two transistors. A resistor connected between the base of the two transistors senses the voltage difference between the base emitter voltages of the two transistors, the two transistors having the same or different area. A part of the current flowing through the resistor is forced into the collector of the transistor and reflected by the output transistor to provide an output current. By this principle, an PTAT current source with a full NPN transistor can be provided without the need for a PNP transistor as in a conventional PTAT current source. The present invention is generally applicable to a wide variety of integrated circuits requiring PTAT current reference.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1的电路。
技术介绍
电流参考电路是众所周知的电路，广泛应用于从A/D转换器和D/A转换器到电压调整器、存储器和偏置电路的宽广范围。电流参考电路中最重的一种是称为与绝对温度成正比(PTAT)的电流源，其产生线性地随温度变化的电流。图8表示简化的普通PTAT电流源方案，其例如可在H.C Nauta和E.H Nordholt，“New class of high-performance PTAT currentsources”，(Electron.Lett，vol.21，pp.384-386，Apr.1985)中找到。这种PTAT参考电路的基本概念是以两个npn-晶体管和一个电阻R为核心。相等的电流被供给晶体管T1和T2，它们由两个npn-晶体管T4和T3构成的电流镜产生。因此，相等的集电极电流Ic1、Ic2被强制流入晶体管T1和T2两者。因为晶体管T1和T2的结面积相差一个系数n，所以在晶体管T1和T2中有不相同的电流强度，引起晶体管T1和T2的基-发射极电压Vbe1和Vbe2之间的差。这个差被用来在电阻R中产生PTAT电流。假定晶体管T1和T2都是理想的并且是正向偏置，则下列关系成立IR=Vbe2-Vbe1R=ηVTRln(n)---(1)]]>在等式(1)中，VT=kTq]]>是波耳兹曼常数k和绝对温度T相乘再除以电子电荷q所确定的热电压，η是正向发射系数。由于分别在晶体管T1和T2中的集电极电流Ic1、Ic2是相同的，所以输出的PTAT电流可写为 IPTAT=2IR=ηVTRln(n)---(2)]]>由等式(2)可以看出，输出电流IPTAT与绝对温度成正比，而与电源电压无关。但是，在图8的电路中，具有另一种可能的稳定状态，那里电流为零。因此，在普通PTAT电流源的实际实现中，需要对图8的电路进行更为精巧的修改。例如，外加启动电路以避免零电流状态。A.Faber，“Bidirectional current-controlled PTAT current source”(IEEE Trans.On Cir.And Sys.-I，vol 41，No.12，Dec 1994)中披露了一种不用启动电路的更精致的装置，该装置提供双向PTAT电流。但是，已知的PTAT电流源的缺点是需要n-型和P-型两种晶体管。如果这些电路要在像磷化铟(InP)、砷化锗(GaAs)(例如最好用于RF(射频)和微波用途)、绝缘基底硅片(SOI)(例如用于RF标签的新兴市场)那样的工艺过程中实现，或者在只适用于n-型或P-型半导体器件二者择一，或互补型半导体性能较差的任何其他生产技术中完成，这会是一个主要问题。此外，上述PTAT电流源原则上需要两个面积不同的双极型晶体管以便产生不同的基-发射极电压。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种PTAT电流源，其也能以相同的晶体管实现依赖于温度的电压差。本专利技术的另一目的是推荐一种不需要启动电路的PTAT电路布局技术。本专利技术的又一目的是仅使用n-型半导体器件。本专利技术由独立的权利要求确定。附属权利要求确定有利的实施方式。本专利技术提供一种用于产生与绝对温度成正比的电流的电路，该电路包括第一电流通路，其包含第一电阻元件和与第一节点耦连的第一晶体管装置，和与第一电流通路并联的第二电流通路，其包含第二电阻元件和与第二节点耦连的第二晶体管装置。本专利技术进一步提供一条与第一和第二电流通路并联的PTAT电流通路，其包括配置为由从所述第一节点来的信号控制的第一电流源，配置为由从所述第二节点来的信号控制的第二电流源，以及分别于第三节点和第四节点耦连在所述第一电流源与所述第二电流源之间的电流敏感元件。第一晶体管装置的控制端耦连至第四节点，第二晶体管装置的控制端耦连至第三节点。根据本专利技术，利用各个基-发射极电压和相应的集电极电流之间的对数关系，在第一和第二晶体管中产生并强制流动合适的集电极电流，免除了普通PTAT电流源所需要的互补晶体管。而且，PTAT电流源也可以用相同的第一和第二晶体管装置实现。根据第一实施例，电路进一步包括第三电流通路，其包含配置为由所述第二节点的所述信号控制、并将参考电流模压至电流镜装置的第三电流源。有利的是，所述第二电流源能用所述电流镜装置的镜像电流源构成，其由所述第二节点的所述信号通过所述第三电流源间接地控制。根据第二实施例，电路进一步包括第五电流通路，其包含第三电阻元件和第三晶体管装置。所述第三晶体管装置的控制端耦连至所述第三节点。根据第三实施例，所述电路进一步包括第六电流通路，其包含在第五节点上耦连的第六电流源和第七电流源。所述第六电流源配置为由所述第二节点的信号控制，所述第七电流源配置为由所述第三节点的信号控制，其中所述第二电流源配置为由从所述第五节点来的信号控制。为了提供与绝对温度成正比的输出电流，根据第一、第二和第三实施例的所述电路可进一步包括含有第四电流源的第四电流通路，所述第四电流源的电流与所述第二电流源的电流成正比。在进一步的开发中，所述第四电流通路可再包括配置为由从所述第一节点来的信号控制的第五电流源。作为根据本专利技术的电路的主要优点，所述各个电流源能由相应的晶体管装置实现。通常，所述晶体管装置可以是任何种类的可用的晶体管元件。有利的是，所述电路的所述晶体管装置既可以全是n型晶体管元件(最好使用npn晶体管)，也可以全是P型晶体管元件。附图说明通过下面结合附图对本专利技术的各种实施例所做的详细描述，本专利技术将变得更加明白，附图中图1表示本专利技术一般原理的示意电路图；图2表示本专利技术PTAT电流源的第一实施例；图3表示本专利技术PTAT电流源的第二实施例；图4表示本专利技术PTAT电流源的第二实施例的进一步开发；图5表示本专利技术PTAT电流源的第三实施例；图6表示用温度作为第一实施例的参数，输出电流与电源电压的关系曲线；图7表示对于第一实施例的三种不同的电源电压，PTAT电流变化与温度的关系曲线；和图8表示现有技术的普通PTAT电流源的简化电路。具体实施例方式图1是说明本专利技术的一般原理的简化示意电路图。用来产生与绝对温度成正比的电流的电路包括第一电流通路10和与第一电流通路10并联的第二电流通路20。还有与第一电流通路10和第二电流通路20并联的与绝对温度成正比(PTAT)的电流通路30。第一电流通路10包括第一电阻元件R1和在第一节点N1上耦连的第一晶体管装置T1。第二电流通路20包括第二电阻元件R2和在第二节点N2上耦连的第二晶体管装置T2。PTAT电流通路包括第一电流源I1、第二电流源I2和电阻R，电阻R作为电流敏感元件分别于第三节点N3和第四节点N4耦连在第一电流源I1和第二电流源I2之间。第一电流源I1由从所述第一节点N1来的信号S1控制，第二电流源I2由从所述第二节点N2来的信号S2控制。所述第一晶体管装置T1的控制端B1耦连至所述第四节点N4，所述第二晶体管装置T2的控制端B2耦连至所述第三节点N3。当电源电压Vcc供给电路时，电阻元件R1和R2将第一节点N1和第二节点N2的电位拉高至Vcc，使第一和第二电流源提供电流进入PTAT电流通路。这引起第一和第二晶体管装置导通，与各个集电极电流Ic1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生与绝对温度成正比的电流的电路，其特征在于所述电路包括：第一电流通路（１０），其包含第一电阻元件（Ｒ１）和耦连在第一节点（Ｎ１）上的第一晶体管装置（Ｔ１）；和与第一电流通路（１０）并联的第二电流通路（２０），其包含第二电阻元件 （Ｒ２）和耦连在第二节点（Ｎ２）上的第二晶体管装置（Ｔ２）；与第一电流通路（１０）和第二电流通路（２０）并联的ＰＴＡＴ电流通路（３０），其包含配置为由从所述第一节点（Ｎ１）来的信号控制的第一电流源（Ｉ１），配置为由从所述第二节点（Ｎ ２）来的信号控制的第二电流源（Ｉ２），和分别在第三节点（Ｎ３）和第四节点（Ｎ４）上耦连在所述第一电流源（Ｉ１）和所述第二电流源（Ｉ２）之间的电流敏感元件（Ｒ）；和耦连至所述第四节点（Ｎ４）的所述第一晶体管装置（Ｔ１）的控制端，和耦连 至所述第三节点（Ｎ３）的所述第二晶体管装置（Ｔ２）的控制端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛伦佐特里波迪，米哈伊AT桑杜利努，彼得G布兰肯，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]