一种具有极高输出阻抗的电流源制造技术

一种具有极高输出阻抗的电流源，包括一个电流源产生电路和一个等效负电阻产生电路，其中，电流源产生电路可由Ｃａｓｃｏｄｅ电流镜、Ｗｉｌｓｏｎ电流镜或Ｗｉｄｌａｒ电流源等所有电流源电路组成，用于产生正电阻和参考电流；等效负电阻产生电路由一个栅漏短接的ＰＭＯＳ管，一个ＮＭＯＳ管和一个放大器组成，用于产生等效负电阻，通过设计使该等效负电阻的绝对值略大于前述正电阻值；再将该等效负电阻与前述正电阻相并联，从而得到极高的输出阻抗，其值可达１０↑［９］欧姆数量级。并且本发明专利技术所述的具有极高输出阻抗的电流源的输出电流的频率特性和温度特性都很好。

A current source with an extremely high output impedance

A high output impedance of the current source includes a current source circuit and an equivalent negative resistance circuit, the current source circuit can be composed of Cascode current mirror, Wilson or Widlar current mirror current source all current source circuit for generating positive resistance and reference current; equivalent negative resistance the circuit consists of a gate drain shorted PMOS tube, composed of a NMOS tube and an amplifier to generate an equivalent negative resistance, through the design of the absolute value of the equivalent negative resistance is slightly larger than the resistance value; then the equivalent negative resistance and the resistance is in parallel, resulting in a very high output impedance the value of up to 10, up 9 ohm magnitude. Furthermore, the frequency characteristics and the temperature characteristics of the output current of the current source with very high output impedance are all very good.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，具体涉及集成电路领域中的电流源技术。
技术介绍
电流源为一种随其端电压的变化，其输出电流保持恒定的电路，它是模拟集成电路中的重要组成部份，在模拟集成电路中有广泛的需求。对于电流来说，在长金属线上没有损失，而电压则有损失，所以在具有长金属线的复杂模拟电路中，电流源更受欢迎。美国John Wiley& Sons公司2001年出版的由Paul R.Gray等人编写的《Analysis and Design of Analog IntegratedCircuits》(4thEdition)第四章介绍了各种类型的电流源，如该书所述的那样，电流源既可作偏置元件，也可充当放大级的有源负载。其中，电流源的输出阻抗是电流源电路的重要参数，输出阻抗越高，表明电流源输出电流越稳定。因此，在高精度集成电路中，高阻抗电流源的设计非常重要。而且，由于现代电子系统的应用范围很广，环境更苛刻，因此要求电流源在很宽的温度范围(-25℃～125℃)和很宽的电源电压范围电路都能可靠地工作。普通的电流源电路，其输出阻抗约在兆欧姆数量级，其电流输出不够稳定。为了提高电流源输出阻抗，常规的方法是在电流源输出阻抗r0上串连一个高阻值电阻r1，使得总输出阻抗Rout＝r0+r1(如图1所示)。但这样会消耗较大的电压余度，同时，需要更高的电源电压。实际的电流源电路存在着一些问题，比如说输出阻抗不够大，稳定的输出电流需要在较高电压下才能实现等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种具有极高输出阻抗的电流源，同时该电流源应当具有的较小的使输出电流稳定的最小输出电压(Vomin)、很好的电流稳定性和频率响应特性以及很小的温度系数。本专利技术提出的一种具有极高输出阻抗的电流源，包括一个电流源产生电路，其特征是，它还包括一个等效负电阻产生电路，所述等效负电阻产生电路与电流源产生电路相并联产生极高的输出阻抗。其中，电流源产生电路用于产生一个正电阻和一个参考电流；等效负电阻产生电路用于产生一个等效负电阻。所述电流源产生电路可用所有电流源电路来实现。本专利技术所述技术方案实质上是利用两个绝对值很相近的正负电阻相并联的结构实现电流源的极高输出阻抗。假设电流源产生电路的正输出阻抗为r0，等效负电阻产生电路的等效负电阻为r2，则两个电路并联后总的输出阻抗Rout=ror2r0+r2,]]>通过适当计算，设置|r2|略大于|r0|，就可以得到极高输出阻抗Rout的电流源。其中，产生正电阻和参考电流的电流源产生电路，可以是Cascode电流镜、Wilson电流镜或Widlar电流源等所有电流源电路。若用Cascode电流镜，则电流源产生电路包括(1)一个电流基准源Iref1，用于产生恒定电流，其一端与外接电源相接，另一端与NMOS管M3的漏极相接。(2)四个NMOS管(M1，M2，M3和M4)，用于产生Iref1的镜像电流。NMOS管M1与M2构成镜像晶体管，NMOS管M3与M4构成镜像晶体管。其中两个镜像的NMOS晶体管(M1和M2)的源极接地，其栅极互相连接，并且连接到NMOS管M1的漏极，NMOS管M1的漏极接到NMOS管M3的源极，NMOS管M2的漏极接到NMOS管M4的源极；另外两个镜像的NMOS管(M3和M4)的栅极相互连接，并且连接到NMOS管M3的漏极，NMOS管M3的漏极通过电流基准源Iref1连接外加电源。若用Wilson电流镜，则电流源产生电路包括(1)一个电流基准源Iref1，用于产生恒定电流，其一端与外接电源相接，另一端与NMOS管M3的漏极相接。(2)四个NMOS管(M1，M2，M3和M4)，用于产生Iref1的镜像电流。NMOS管M1与M2构成镜像晶体管，NMOS管M3与M4构成镜像晶体管。其中两个镜像的NMOS晶体管(M1和M2)的源极接地，其栅极互相连接，并且连接到NMOS管M2的漏极，NMOS管M1的漏极接到NMOS管M3的源极，NMOS管M2的漏极接到NMOS管M4的源极；另外两个镜像的NMOS管(M3和M4)的栅极相互连接，并且连接到NMOS管M3的漏极，NMOS管M3的漏极通过电流基准源Iref1连接外加电源。若用Widlar电流源，则电流源产生电路包括(1)两个NMOS晶体管(M1和M2)和两个电阻(R1和R2)，两个NMOS管的栅极互相连接，并且连接到NMOS管M1的漏极，NMOS管M1的源极接地，NMOS管M1的漏极通过电阻R1与外接电源连接；NMOS管M2的源极通过电阻R2与地连接。本专利技术所述的等效负电阻产生电路包括(1)一个PMOS管M5，PMOS管M5的栅极和漏极短接，其漏极接在NMOS管M6的漏极。(2)一个NMOS管M6，用于给PMOS管M5提供偏置电流。NMOS管M6的栅极接偏置电压信号Vbias1，其源极与地相连接，NMOS管M6的漏极与NMOS管M5的漏极相连接。(3)一个电压增益略大于1的放大器，其输入端与PMOS管M5的源极相接，输出端与PMOS管M5的栅极和漏极相接。该放大器可以是CMOS放大器(A1)，包括一个PMOS管M7和一个NMOS管M10构成放大器的第一级，用于对信号进行第一级放大；一个PMOS管M11和一个NMOS管M8构成放大器的第二级，用于对信号进行第二级放大；两个NMOS管(M9和M12)构成放大器的第三级；PMOS管M7的栅极作为CMOS放大器A1的输入端，其源极与外加电源相接，其漏极与NMOS管M8的栅极相接；NMOS管M10的栅极与漏极短接，并与PMOS管M7的漏极相接，NMOS管M10的源极与地相连接；PMOS管M11的栅极与漏极短接，并同时与NMOS管M8的漏极和NMOS管M9的栅极相接；NMOS管M8的栅极同时与PMOS管M7的漏极和NMOS管M10的漏极相接，NMOS管M8的漏极同时与PMOS管M11的漏极和NMOS管M9的栅极相接，NMOS管M8的源极与地相连接；NMOS管M9的源极与NMOS管M12的漏极相连接，NMOS管M9的漏极与外加电源相接；NMOS管M12的栅极接偏置电压信号Vbias1，NMOS管M12的源极与地相接。本专利技术所述等效负电阻产生电路与电流源产生电路相并联连接，以产生整个电流源的极高输出阻抗。其具体连接关系为1、若电流源产生电路为Cascode电流镜，则二者的连接关系为NMOS管M4的漏极同时与PMOS管M5的源极和PMOS管M7的栅极相连；整个电流源的输出端为NMOS管M4的漏极、PMOS管M5的源极和PMOS管M7的栅极的共同连接点。2、若电流源产生电路为Wilson电流镜，则二者的连接关系为NMOS管M4的漏极同时与PMOS管M5的源极和PMOS管M7的栅极相连；整个电流源的输出端为NMOS管M4的漏极、PMOS管M5的源极和PMOS管M7的栅极的共同连接点。3、若电流源产生电路为Widlar电流源，则二者的连接关系为NMOS管M2的漏极同时与PMOS管M5的源极和PMOS管M7的栅极相连；整个电流源的输出端为NMOS管M2的漏极、PMOS管M5的源极和PMOS管M7的栅极的共同连接点。需要说明的是，本专利技术中所述的等效负电阻不是由特殊材料或器件构成的，而是由普通的放大器电路和MOS晶体管实现的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有极高输出阻抗的电流源，包括一个电流源产生电路，其特征是，它还包括一个等效负电阻产生电路，所述等效负电阻产生电路与电流源产生电路相并联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗萍，余磊，李肇基，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]