低温度系数和低电源电压系数的参考电流源制造技术

一种低温度系数和低电源电压系数的参考电流源，其特征在于该参考电流源包括一个启动电路和一个恒电流产生电路，其中启动电路产生一个低电压，使恒电流产生电路工作，其中的启动电路包括：　　　　（１）一个ＰＭＯＳ管（Ｍ↓［３］），用于产生镜像电流，其源极与外接电源相接，栅极同时与ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［ｓ］）的漏极和恒电流产生电路的输出端相连，漏极与ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［５］）的漏极和栅极相连；　　　　（２）两个ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［４］和Ｍ↓［５］），用于构成电流镜，以产生二个电流，两个ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［４］和Ｍ↓［５］）的源极接地，其栅极相互联接，并且联接到ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［５］）的漏极，ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［４］）的漏极联接到电阻Ｒｓ的一端；　　　　（３）一个ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［ｓ］），用于启动恒电流产生电路，其栅极同时与电阻Ｒｓ的一端和ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［４］）的漏极相接，其源极接地；　　　　（４）电阻Ｒｓ，用于控制ＮＭＯＳ管（Ｍ↓［ｓ］）的开启和关断，其一端与外接电源相连；　　　　其中的恒电流产生电路包括：　　　　（５）二个ＰＭＯＳ管（Ｍ↓［１］和Ｍ↓［２］），用于构成电流镜，以产生二个电流（Ｉ↓［１］、Ｉ↓［２］）；二个ＰＭＯＳ管的源极与外接电源连接，其栅极互联，并且连到运算放大器（Ｏ↓［１］）的输出端；　　　　（６）电容（Ｃ↓［０］），用于阻止电路中寄生振荡，电容的一端与ＰＭＯＳ管（Ｍ↓［１］）的漏极相联，另一端同时与二个ＰＭＯＳ管的栅极和运算放大器（Ｏ↓［１］）的输出端联接；　　　　（７）ＰＮＰ双极晶体管（Ｑ↓［１］和Ｑ↓［２］），用于产生两个发射结电压（Ｖ↓［ＢＥ１］、Ｖ↓［ＢＥ２］），其中ＰＮＰ双极晶体管Ｑ↓［１］的收集极与基极短路，其发射极与上述ＰＭＯＳ管（Ｍ↓［１］）的漏极相接，同时与运算放大器（Ｏ↓［１］）的反向端相接，ＰＮＰ双极晶体管Ｑ↓［２］的发射极通过电阻（Ｒ↓［０］）与ＰＭＯＳ（Ｍ↓［２］）的漏极相接，同时与运算放大器（Ｏ↓［１］）的同向端相接；　　　　（８）运算放大器（Ｏ↓［１］），用于对Ｖ１和Ｖ２进行差分放大，其中Ｖ１是ＰＮＰ双极晶体管（Ｑ↓［１］）的发射结电压降，Ｖ２是ＰＮＰ双极晶体管（Ｑ↓［２］）发射结电压降与电阻（Ｒ↓［０］）上的电压降之和；　　　　　（９）电阻（Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］），用于对电路进行电阻补偿，电阻（Ｒ↓［１］）的一端接地，另一端接运算放大器（Ｏ↓［１］）的反向端，电阻（Ｒ↓［２］）的一端接地，另一端接运算放大器（Ｏ↓［１］）的同向端。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Reference current source with low temperature coefficient and low supply voltage factor

A reference current source with low temperature coefficient and low power supply voltage coefficient, which is characterized in that the reference current source comprises a start-up circuit and a constant current generation circuit, which generates a low voltage starting circuit, the constant current generation circuit, the starting circuit includes: (1) a PMOS tube (M: 3), is used to generate the current mirror, the source electrode is connected with an external power supply at the same time, gate and NMOS (M: s) and the drain of the constant current generation circuit is connected to the output end of the drain pipe and NMOS (M: 5) and the drain the gate is connected; (2) two NMOS (M: 4 and M: 5), for a current mirror, to produce two current, two NMOS (M: 4 and M: \ 5) the grounded source, connected to the gate, and connect to the NMOS tube (M: 5) the drain pipe, NMOS (M: 4) connected to the drain end of the resistor is Rs; (3) a NMOS tube (M: s). Used to start a constant current generation circuit, the gate at the same time and end resistance Rs and NMOS (M: 4) the drain is connected to the grounded source; (4) resistance Rs, for control of NMOS (M: s) the turn-on and turn off the end with the outside the power supply is connected; the constant current generating circuit includes: (5) two PMOS (M: 1 and M: 2), for a current mirror, to produce two current (I: 1, I: 2); two PMOS tube is connected with the external power source, the grid interconnection, and connected to the operational amplifier (O: 1) the output end of the capacitor; (6) (C: 0), used to prevent the parasitic oscillation circuit, one end of the capacitor is PMOS tube (M: 1) the drain is connected, and the other end of the gate amplifier with two PMOS tube (O: 1) is connected to the output terminal of the bipolar transistor (7); PNP (Q: 1 and Q: 2), for generating two emitter junction voltage (V: BE1, V: BE2), the PNP Q down 1 bipolar transistor collector and base circuit, the emitter and the PMOS tube (M: 1) the drain, At the same time with the operational amplifier (O: 1) is the reverse side, PNP bipolar transistor Q down 2 emitter by resistance (R: 0) and PMOS (M: 2) the drain is connected with operational amplifier (O: 1) is the same to the end; (8) operational amplifier (O: 1), for differential amplification of V1 and V2, where V1 is the PNP bipolar transistor (Q: 1) the emitter voltage drop, V2 PNP bipolar transistor (Q: 2) and resistance (emitter junction voltage drop R: 0) the voltage drop and; (9) resistance (R: 1, R: 2), for the resistance compensation circuit, resistor (R: 1) the other end is grounded. The operational amplifier (O: 1) the reverse side resistance (R: 2) at one end of the ground, the other end is connected with the operational amplifier (O: 1) the same to the end.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温度系数和低电源电压系数的参考电流源，属电源

技术介绍
电流参考电路是模拟集成电路中的重要部件。因为，对电流来说，在长金属线上没有损失，而电压则有损失，所以在有长金属线的复杂模拟电路中，电流参考源更受欢迎。另外，电流模方法设计的模拟电路比电压模的电路的工作频率要高。因此，在现代电子电路和系统中，参考电流源有广泛的用途。由于现代电子系统的应用范围很广，环境更苛刻，因此要求参考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。在已有技术中一般采用能隙电路来实现恒压源(参考电压源)，如K.N.Leung，P.K.T.Mok.A sub-1-V15-ppm/℃ CMOS bandgap voltage reference without requiring low threshold voltagedevice.IEEE Journal of Solid-State Circuits.2002，37(4)526～530。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种低温度系数和低电源电压系数的参考电流源，采用能隙电路来实现恒流源。本专利技术提出的低温度系数和低电源电压系数的参考电流源，包括一个启动电路和一个恒电流产生电路，其中启动电路产生一个低电压，使恒电流产生电路工作；其中的启动电路包括(1)一个PMOS管(M3)，用于产生镜像电流，其源极与外接电源相接，栅极同时与NMOS管(Ms)的漏极和恒电流产生电路的输出端相连，漏极与NMOS管(M5)的漏极和栅极相连；(2)两个NMOS管(M4和M5)，用于构成电流镜，以产生二个电流，两个NMOS管(M4和M5)的源极接地，其栅极相互联接，并且联接到NMOS管(M5)的漏极，NMOS管(M4)的漏极联接到电阻Rs的一端；(3)一个NMOS管(Ms)，用于启动恒电流产生电路，其栅极同时与电阻Rs的一端和NMOS管(M4)的漏极相接，其源极接地；(4)电阻Rs，用于控制NMOS管(Ms)的开启和关断，其一端与外接电源相连；其中的恒电流产生电路包括(5)二个PMOS管(M1和M2)，用于构成电流镜，以产生二个电流(I1、I2)；二个PMOS管的源极与外接电源连接，其栅极互联，并且连到运算放大器(O1)的输出端；(6)电容(C0)，用于阻止电路中寄生振荡，电容的一端与PMOS管(M1)的漏极相联，另一端同时与二个PMOS管的栅极和运算放大器(O1)的输出端联接； (7)PNP双极晶体管(Q1和Q2)，用于产生两个发射结电压(VBE1、VBE2)，其中PNP双极晶体管Q1的收集极与基极短路，其发射极与上述PMOS管(M1)的漏极相接，同时与运算放大器(O1)的反向端相接，PNP双极晶体管Q2的发射极通过电阻(R0)与PMOS(M2)的漏极相接，同时与运算放大器(O1)的同向端相接；(8)运算放大器(O1)，用于对V1和V2进行差分放大，其中V1是PNP双极晶体管(Q1)的发射结电压降，V2是PNP双极晶体管(Q2)发射结电压降与电阻(R0)上的电压降之和；(9)电阻(R1、R2)，用于对电路进行电阻补偿，电阻(R1)的一端接地，另一端接运算放大器(O1)的反向端，电阻(R2)的一端接地，另一端接运算放大器(O1)的同向端。上述参考电流源中的运算放大器(O1)包括(1)两个PMOS管(M6和M7)，用于产生恒定电流，两个PMOS管(M6和M7)的栅极互联后与恒电流产生电路的输出端相连，其源极同时与外接电源相连，PMOS管(M6)的漏极与两个PMOS管(M8和M9)的源极相连，PMOS管(M7)的漏极与NMOS管(M12)的漏极相连；(2)两个PMOS管(M8和M9)，构成差分对，用于输入差分信号，两个PMOS管(M8和M9)的栅极分别与差分信号输入端相连，PMOS管(M8)的漏极同时与NMOS管(M10)的漏极和两个NMOS管(M10和M11)的栅极相连，PMOS管(M9)的漏极与NMOS管(M11)的漏极相连；(3)两个NMOS管(M10和M11)，用于构成电流镜，成为上述差分对的有源负载，并与PMOS管(M6和M7)和PMOS管(M8和M9)一起对差分信号进行第一级差分放大，两个NMOS管(M10和M11)的源极接地，NMOS管(M11)的漏极与PMOS管(M9)的漏极相连；(4)NMOS管(M12)，用于与PMOS管(M7)一起对上述放大信号进行第二级放大，NMOS管(M12)的栅极同时接NMOS管(M11)的漏极和电阻R的一端；(5)电阻(R)和电容(C)，用于对放大器进行频率补偿，电容(C)的一端与电阻(R)相接，另一端与NMOS管(M12)的漏极相接。本专利技术提出的低温度系数和低电源电压系数的参考电流源，具有以下优点1、恒流源的核心电路是基于传统的能隙电路。通常，传统的能隙电路用来实现恒压源，但在本专利技术中则用来实现恒流源。2、输出电流的温度稳定性是以对片上电阻的温度系数进行补偿来获得的，并得到非常低的温度系数。提出一种不同的优化程序。3、本专利技术中的双极晶体管是基极-收集极短路的，使得可以用标准CMOS工艺来实现该电路，并且容易应用于其他复杂系统。该电路不需要外接元器件和外接信号，结构简单，占用的面积小，消耗的功耗低。4、恒流源电路集成了一个运算放大器，获得了很好的电源电压稳定性，使其输出电流在高于1V的电源电压下都能够保持基本不变，可以在低压下、宽电源电压范围内正常工作，参考电流源输出的温度系数为50ppm/℃(温度范围0℃～110℃)，并在电源电压范围(1V～2.3V)上的相对偏差为0.5％。5、启动电路确保该电路在上电之后能适当地工作。6、电容C0的使用和运算放大器的设计保证了该电路的稳定性。7、该恒流源有很好的工艺稳定性，能够在工艺波动的情况下正常工作，有助于获得较高的加工成品率。附图说明图1是本专利技术设计的参考电流源的结构框图。图2是本专利技术设计的参考电流源的电路原理图。图3是参考电流源中运算放大器的电路原理图。图4是本专利技术设计的参考电流源输出电源的温度特性曲线。图5是本专利技术设计的参考电流源输出电源与电源电压的关系曲线。具体实施例方式本专利技术提出的低温度系数和低电源电压系数的参考电流源，其结构框图如图1所示，包括一个启动电路和一个恒电流产生电路，其中启动电路产生一个低电压，使恒电流产生电路工作。其电路图如图2所示，包括(1)一个PMOS管(M3)，用于产生镜像电流，其源极与外接电源相接，栅极同时与NMOS管(Ms)的漏极和恒电流产生电路的输出端相连，漏极与NMOS管(M5)的漏极和栅极相连；(2)两个NMOS管(M4和M5)，用于构成电流镜，以产生二个电流，两个NMOS管(M4和M5)的源极接地，其栅极相互联接，并且联接到NMOS管(M5)的漏极，NMOS管(M4)的漏极联接到电阻Rs的一端；(3)一个NMOS管(Ms)，用于启动恒电流产生电路，其栅极同时与电阻Rs的一端和NMOS管(M4)的漏极相接，其源极接地；(4)电阻Rs，用于控制NMOS管(Ms)的开启和关断，其一端与外接电源相连；其中的恒电流产生电路包括(5)二个PMOS管(M1和M2)，用于构成电流镜，以产生二个电流(I1、I2)；二个PM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石秉学，陈继伟，廖青，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：