CN101231536A - 具有可调节温度系数的偏流发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够通过产生具有多个温度系数的偏流来向具有根据温度而产生的各种特性变化的模拟电路和RF电路之一提供补偿有特性变化的偏流的偏流发生装置。该装置包括：正温度系数电流发生器，产生与绝对温度成正比的正温度系数电流；零温度系数电流发生器，产生与绝对温度无关的零温度系数电流常数；以及可调节温度系数电流发生器，通过将正温度系数电流放大A倍，将零温度系数电流放大B倍，以及将两个放大的温度系数电流相加来产生可调节温度系数电流并将其输出，其中，可调节温度系数电流的系数通过调节A和B的大小而改变。

Description

具有可调节温度系数的偏流发生装置

相关申请的交叉参考

本申请要求于2007年1月25日在韩国专利局提交的韩国专利申请第2007-0007896号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及产生具有可调节温度系数的偏流的装置，更具体地涉及一种偏流发生装置，其能够通过产生具有多个温度系数的各种偏流来向根据温度而发生各种特性变化的模拟电路和射频电路之一提供补偿有特性变化的偏流。

背景技术

通常，在设计互补金属氧化物半导体(CMOS)模拟或射频(RF)电路时，提供相对于工艺中的温度、电源电压和变化稳定的电路是很必要的。具体地，在稳定电路设计中，由于偏流电路是对模拟或射频(RF)电路的性能有直接影响的元件，所以提供稳定运行的偏流电路非常重要。

然而，形成模拟或RF电路的晶体管具有随温度变化的特性，因此需要能够稳定地补偿变化的偏流电路。阈值电压和迁移率是晶体管最重要的特性，其随温度而变化。由于阈值电压和迁移率的变化，金属氧化物半导体(MOS)晶体管的跨导也发生变化。通常，由于跨导随温度的增加而减少，所以偏离电路能够补偿这些特性。

通常，在设计CMOS电路中作为相对于温度的特性变化的补偿方法，已知的技术是使用产生稳定偏流或偏压的带隙基准电路。包括在该带隙基准电路中的正温度系数(即，与绝对温度成比例：PTAT)电路具有相对于绝对温度的正温度系数。因此，当温度增加时，偏流或偏压也增加。应用该正温度系数电路，可以在有限范围内补偿温度。

然而，由于由传统带隙基准电路所采用的正温度系数电路具有固定的温度系数，在将其应用于具有不同变化特性的电路时具有局限性。即，模拟或RF电路不仅包括MOS晶体管，还包括诸如电阻器的无源器件。这些无源器件也需要能够改变温度系数的温度补偿电路。同样，由于温度补偿所需的不同电路具有不同的偏流电路的温度系数，所以需要具有不同温度系数的温度补偿电路。

如上所述，在本领域中，需要一种温度补偿偏流电路，其能够将补偿特性变化的偏流电路提供给具有根据温度而变化的不同特性的各种电路。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种具有可调节温度系数的偏流发生装置，其能够产生具有多个温度系数的偏流。

根据本发明的一方面，提供了一种具有可调节系数的偏流发生装置，该装置包括：正温度系数电流发生器，产生与绝对温度成正比的正温度系数电流；零温度系数电流发生器，产生与绝对温度无关的零温度系数电流常数；以及可调节温度系数电流发生器，通过将正温度系数电流放大A倍，将零温度系数电流放大B倍，以及将两个放大的温度系数电流相加来产生并输出可调节温度系数电流，其中，可调节温度系数电流的温度系数可以通过调节A和B的大小而选择性地改变。

正温度系数电流发生器可以包括：第一和第二金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，具有连接到电源电压的源极端；第一运算放大单元，具有分别连接到第一和第二MOSFET的漏极端的输入端以及连接到第一和第二MOSFET的栅极端的输出端；第一双极结晶体管(BJT)，具有连接到第一MOSFET的漏极端的基极和集电极以及接地的发射极；第一电阻器，一端连接到第二MOSFET的漏极端；以及多个第二BJT，具有连接到第一电阻器另一端的基极和集电极以及接地的发射极，其中，在第一和第二MOSFET的源极端和漏极端之间流过的电流可以作为正温度系数电流被输出。

零温度系数电流发生器可以包括：零温度系数电压发生单元，通过使用正温度系数电流产生与绝对温度无关的零温度系数电压常数；以及电压-电流转换单元，将零温度系数电压转换成零温度系数电流，并输出零温度系数电流。

零温度系数电压发生单元可以包括：第三MOSFET，具有施加有正温度系数电流发生器产生的正温度系数电流的漏极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到漏极端的栅极端；第四MOSFET，具有连接到电源电压的源极端和连接到第三MOSFET的栅极端的栅极端；第二电阻器，一端连接到第四MOSFET的漏极端；以及第三BJT，具有连接到第二电阻器另一端的基极和集电极以及接地的发射极，其中，第四MOSFET的漏极端的电压可以通过调节第一和第二电阻器的电阻值以及第二BJT的数量被确定为与绝对温度无关的零温度系数电压。

电压-电流转换单元可以包括：第二运算放大单元，具有一个输入端，该输入端施加有零温度系数电压发生单元的第四MOSFET的漏极的电压；第五MOSFET，具有连接到第二运算放大单元的输出端的栅极端以及连接到第二运算放大单元的另一输入端的源极端；第六MOSFET，具有连接到电源电压的源极端和连接到第五MOSFET的漏极端的栅极端和漏极端；第七MOSFET，具有连接到电源电压的源极端和连接到第六MOSFET的栅极端的栅极端；以及第三电阻器，具有连接到第五MOSFET的源极端的一端以及接地的另一端，其中，流过第七MOSFET的漏极端的电流可以作为零温度系数电流而输出。

本装置还可以包括放大器，用于将正温度系数电流放大预定增益。增益可以被确定为在正常温度下表示正温度系数电流的直线与表示零温度系数电流的直线相交的交叉点处形成。

可调节温度系数电流发生器可以包括：第一放大单元，将正温度系数电流放大A倍；第二放大单元，将零温度系数电流放大B倍；以及加法单元，通过将由第一和第二放大单元放大的电流相加来产生并输出可调节温度系数电流，其中，可调节温度系数电流的温度系数可以通过调节A和B的大小来确定。

可调节温度系数电流发生器可以包括：第一放大单元，将正温度系数电流放大C+1倍；第二放大单元，将零温度系数电流放大C倍；第三放大单元，将零温度系数电流放大D倍；减法单元，从第一放大单元放大的电流中减去第二放大单元放大的电流，并输出作为其结果的电流；以及加法单元，通过将减法单元输出的电流和第三放大单元输出的电流相加来产生和输出可调节温度系数电流，其中，A和B的大小可以通过下面的等式确定：

A＝C+1

B＝D-C...等式，

以及可调节温度系数电流的温度系数可以通过调节C和D的大小来确定。

第一放大单元可以是电流镜像电路，其包括：第八MOSFET，具有施加有正温度系数电流的漏极端、连接到电源电压的源极端、以及电连接到漏极端的栅极端；以及C+1个第九MOSFET，具有连接到第八MOSFET的栅极端的栅极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到其他第九MOSFET的漏极端的漏极端。

第二放大单元可以是电流镜像电路，包括：第十MOSFET，具有施加有零温度系数电流的漏极端、连接到电源电压的源极端、以及电连接到漏极端的栅极端；以及C个第十一MOSFET，具有连接到第十MOSFET的栅极端的栅极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到其他第十一MOSFET的漏极端的漏极端。

第三放大单元可以包括：包括第十二MOSFET和D个第十三MOSFET的电流镜像电路，该第十二MOSFET具有施加有零温度系数电流的漏极端、连接到电源电压的源极端、以及电连接到漏极端的栅极端，以及该第十三MOSFET具有连接到第十二MOSFET的栅极端的栅极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到其他第十三MOSFET的漏极端的漏极端；以及包括第十四MOSFET和第十五MOSFET的电流镜像电路，该第十四MOSFET具有施加有第十三MOSFET的公共漏极端输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端、以及接地的源极端，以及该第十五MOSFET具有连接到第十四MOSFET的栅极端的栅极端和接地的源极端。

减法单元可以包括：包括第十六MOSFET和第十七MOSFET的电流镜像电路，该第十六MOSFET具有输入有第二放大单元输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端、以及接地的源极端，以及该第十七MOSFET具有连接到第十六MOSFET的栅极端的栅极端和接地的源极端；以及包括第十八MOSFET和第十九MOSFET的电流镜像电路，该第十八MOSFET具有输入有由第一放大单元输出的电流的漏极端(该漏极端连接到第十七MOSFET的漏极端和栅极端)、以及接地的源极端，以及该第十九MOSFET具有连接到第十八MOSFET的栅极端的栅极端和接地的源极端。

加法单元可以包括：包括第二十MOSFET和第二十一MOSFET的电流镜像电路，该第二十MOSFET具有施加有从减法单元输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端、以及接地的源极端，该第二十一MOSFET具有连接到第二十MOSFET的栅极端的栅极端和连接到电源电压的源极端；以及包括第二十二MOSFET和第二十三MOSFET的电流镜像电路，该第二十二MOSFET具有施加有第三放大单元输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端和连接到电源电压的源极端，以及该第二十三MOSFET具有连接到第二十二MOSFET的栅极端的栅极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到第二十一MOSFET的漏极端的漏极端，其中，由第二十一MOSFET和第二十三MOSFET的公共漏极端输出的电流可以是可调节温度系数电流发生器输出的电流。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征、以及其他优点，在附图中：

图1是示出了根据本发明示例性实施例的具有可调节温度系数的偏流发生装置的框图；

图2是示出了本发明示例性实施例所使用的正温度系数电流发生器的电路图；

图3是示出了根据图2的正温度系数电流发生器输出的电流的温度而变化的电流的曲线图；

图4是示出了包括在本发明示例性实施例所使用的零温度系数电流发生器中的零温度系数电压发生单元的电路图；

图5是示出了根据图4的零温度系数电压发生单元输出的电流的温度而变化的电流的曲线图；

图6是示出了包括在零温度系数电流发生器中的电压-电流转换单元的电路图；

图7是示出了根据图6的电压-电流转换单元输出的电流的温度而变化的电流的曲线图；

图8A是示出了本发明示例性实施例所使用的可调节温度系数电流发生器的可调节温度系数电流的产生原理的框图，以及图8B是示出了产生可调节温度系数电流的实例的框图；

图9是示出了图8B中示出的可调节温度系数电流发生器的电路图；

图10是示出了输入至可调节温度系数电流发生器的正温度系数电流和零温度系数电流之间的关系的曲线图；

图11是示出了当增益C固定并且增益D改变时，图8B的可调节温度系数电流发生器输出的可调节温度系数电流的曲线图；

图12是示出了当增益D固定并且增益C改变时，图8B的可调节温度系数电流发生器输出的可调节温度系数电流的曲线图；以及

图13是示出了当增益C和增益D通过3位控制而变化时，图8B的可调节温度系数电流发生器输出的可调节温度系数电流的曲线图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以各种不同形式实现，并且不应被解释为在此描述的实施例。更具体地，提供这些实施例是使得本公开更彻底和完整，并使得本领域技术人员能够了解本发明的范围。同时，在描述本发明的实施例中使用的术语是基于本发明的实施例中的功能而定义的，可以随本领域技术人员的主观或其用途而改变，并且不限制本发明的技术特征的范围。

图1是示出了根据本发明示例性实施例的具有可调节温度系数的偏流发生装置的框图。

参考图1，偏流发送装置具有正温度系数(PTC)电流发生器11、零温度系数(ZTC)电流发生器12、以及可调节温度系数(ATC)电流发生器14。

PTC电流发生器11产生与绝对温度成比例的PTC电流I_PTC。

ZTC电流发生器12产生具有与绝对温度无关的常数值的ZTC电流I_ZTC。ZTC电流发生器12可以包括ZTC电压发生单元121，用于接收由PTC电流发生器11产生的PTC电流I_PTC，并产生具有与绝缘温度无关的常数值的ZTC电压V_ZTC；以及电压-电流转换单元122，用于通过将ZTC电压V_ZTC转换成电流来产生ZTC电流I_ZTC。

ATC电流发生器14通过使用由PTC电流发生器11产生的PTC电流I_PTC和由ZTC电流发生器12产生的ZTC电流I_ZTC来产生ATC电流I_ATC。ATC电流I_ATC是偏流发生装置输出的偏流。ATC电流发生器14通过将放大预定增益的PTC电流I_PTC和放大预定增益的ZTC电流I_ZTC相加来产生ATC电流I_ATC。具有期望温度系数的偏流可以通过适当地确定PTC电流I_PTC和ZTC电流I_ZTC的放大增益来产生。

以下，将详细描述每个元件的具体电路结构及其功能。

图2是示出了本发明示例性实施例使用的PTC电流发生器11的电路图。

参考图2，PTC电流发生器11可以包括：第一和第二金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)M1和M2，其具有连接到电源电压VDD的源极端；第一运算放大单元A1，具有分别连接到第一和第二MOSFET M1和M2的漏极端的输入端以及连接到第一和第二MOSFET M1和M2的栅极端的输出端；第一双极结晶体管(BJT)Q1，具有连接到第一MOSFET M1的漏极端的基极和集电极以及接地的发射极；第一电阻器R1，具有连接到第二MOSFET M2的漏极端的一端；以及多个n个数量的第二BJT，具有连接到第一电阻器R1的另一端的基极和集电极以及接地的发射极。

为了描述图2的PTC电流发生器11的功能，应该明白BJT的集电极电流可以通过下面的等式1来表示。

I_C＝I_Sexp(V_BE/V_T)    等式1

其中，I_s表示饱和电流。V_T由下面的等式2获得。

$V_T=\frac{\mathrm{kT}}{q}$ 等式2

其中，k表示常数，T表示绝对温度，以及q表示电荷的单位量。

另一方面，在PTC电流发生器11的电路中，当第一MOSFETM1具有与第二MOSFET M2相同的大小，从第一和第二MOSFETM1和M2的源极端流向漏极端的电流I1和I2彼此相等(I1＝I2)，以及由于第一运算放大单元A1，节点X和节点Y的电压彼此相等(Vx＝Vy)。

在该种情况下，节点X的电压Vx是第一BJT Q1的基极-集电极电压，其可以由下面的等式3来表示。

$\mathrm{Vx}=V_{\mathrm{BE}1}=V_T\ln \frac{I1}{I_S}$ 等式3

同样，节点Y的电压Vy是第一电阻器R1所产生的电压降和第二BJT Q2所产生的电压降之和，其可以通过下面的等式4来表示。

$\mathrm{Vy}=I2R1+V_{\mathrm{BE}2}=I2R1+V_T\ln \frac{I2}{{\mathrm{NI}}_S}$ 等式4

当通过使用等式3和4以及I1＝I2和Vx＝Vy之间的关系来获取电流时，可以推出下面的等式5。

$I1=I2=I=\frac{V_T\ln N}{R1}$ 等式5

根据等式5，电流的幅值具有如下面等式6所示的PTC。

$\frac{\∂I}{\∂T}=\frac{1}{R1}\frac{k}{q}\ln N$ 等式6

即，如等式6中所示的电流可以用作PTC电流发生器11的输出电流的PCT电流I_PTC。

图3是示出了当第二BJT Q2的数量设置为7并且第一电阻器R1的电阻值设置为4kΩ时，PTC电流I_PTC随温度的变化的曲线图。可以得知图3中示出的PTC电流I_PTC的温度系数示出为+0.06μA/K(K表示绝对温度)。

图4是示出了包括在ZTC电流发生器12中的ZTC电压发生单元121的电路图。

参考图4，包括在ZTC电流发生器12中的ZTC电压发生单元121可以包括第三MOSFET M3，具有施加有正温度系数电流发生器11产生的正温度系数电流I_PTC的漏极端、连接到电源电压VDD的源极端、以及连接到漏极端的栅极端；第四MOSFET M4，具有连接到电源电压VDD的源极端和连接到第三MOSFET M3的栅极端的栅极端；第二电阻器R2，具有连接到第四MOSFET M4的漏极端的一端；以及第三BJT Q3，具有连接到第二电阻器R2的另一端的基极和集电极以及接地的发射极。在该种情况下，第四MOSFET M4的漏极端的电压可以通过调节第一和第二电阻器R1和R2以及第二BJT Q2的数量来确定为与绝对温度无关的零温度系数电压。第四MOSFET M4的漏极端的电压成为ZTC电压发生单元121的输出。

基本上，图4中所示的电路被认为具有第三BJT的基极-发射极电压根据温度降低至大约-1.5mv/K的特性的电路(参考“Design ofAnalog CMOS Integrated Circuits”，Behzad Razavi，McGraw Hill，Chapter 11，pp381-382)。图2的PTC电流I_PTC被用作具有这种特性的电路中的输入电流，通过补偿根据温度而降低的特性来制造能够输出与温度无关的恒定电压的电路。

当将由PTC电流发生器11产生的PTC电流I_PTC施加于第三MOSFET M3的漏极端时，具有相同幅值并且由第三MOSFET M3和第四MOSFET M4镜像的电流在第四MOSFET M4的源极端和漏极端之间流动。在该种情况下，为了镜像具有相同幅值的电流，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4具有相同的尺寸。在该种情况下，第四MOSFET M4的漏极端的电压可以根据等式5表示为下面的等式7。

$V_{\mathrm{out}}=I_{\mathrm{PTC}}R2+V_{\mathrm{BE}3}$

$=\frac{V_T\ln N}{R1}R2+V_{\mathrm{BE}3}$ 等式7

其中，V_BE3表示第三BJT的基极-发射极电压。

在等式7中，图4中所示的电路的输出电压的温度特性表示为下面的等式8。

$\frac{\∂V_{\mathrm{out}}}{\∂T}=\frac{\∂V_T}{\∂T}\frac{R2}{R1}\ln N+\frac{\∂V_{\mathrm{BE}3}}{\∂T}$ 等式8

在等式8中，由于“V_T/T”具有+0.087mV/K的正温度特性以及“V_BE3/T”具有-1.5mV/K的负温度特性使得输出电压具有与绝对温度无关的恒定ZTC，所以第一和第二电阻器R1和R2的电阻值和第二BJT的数量可以以由等式8所获得的值为0的方式被适当地调节。例如，当第一电阻器R1的电阻值确定为4kΩ，并且第二BJT的数量确定为7，以及第二电阻器R2的电阻值被确定为36kΩ时，如图5所示，可以获得根据温度变化的输出电压的波动幅度接近于0的特性。图5是示出了当第一电阻器R1的电阻值确定为4kΩ并且第二BJT的数量被确定为7，以及第二电阻器R2的电阻值确定为36kΩ时，模拟图4的输出电压值V_OUT的结果的曲线图。如图5所示，通过图4的电路结构，在从-40℃至120℃的范围内与温度变化无关，示出了在输出电压V_OUT中仅有小于大约0.002V的变化。即，根据温度变化的输出电压的波动幅度可以被认为包括在实际对应于0V的范围内。

图6是示出了包括在ZTC电流发生器12中的电压-电流转换单元122的电路图。

参考图6，电压-电流转换单元122可以包括第二运算放大单元A2，其具有施加有图4中所示的ZTC电压发生单元121的输出电压的一个输入端；第五MOSFET M5，其具有连接到第二运算放大单元A2的输出端的栅极端和连接到第二运算放大单元A2的另一输入端的源极端；第六MOSFET M6，其具有连接到电源电压VDD的源极端和连接到第五MOSFET M5的漏极端的栅极端和漏极端；第七MOSFET M7，其具有连接到电源电压VDD的源极端和连接到第六MOSFET M6的栅极端的栅极端；以及第三电阻器R3，其具有连接到第五MOSFET M5的源极端的一端和接地的另一端，并且该电压-电流转换单元可以输出流过第七MOSFET M7的漏极端的电流作为ZTC电流I_ZTC。

在图6的电路中，通过第二运算放大单元A2，节点W的电压V_W具有与作为输入电压的ZTC电压V_ZTC相同的幅值。因此，从第六MOSFET M6的源极端流向漏极端的电流I_ZTC可以由下面的等式9表示，并且被镜像为从第七MOSFET M7的源极端流向漏极端。流过第七MOSFET M7的漏极端的电流可以被用作ZTC电流发生器12的输出电流。

$I_{\mathrm{ZTC}}=\frac{V_{\mathrm{ZTC}}}{R3}$ 等式9

即，由于ZTC电压发生单元121的输出电压V_ZTC是与温度无关的恒定电压，所以根据等式9，电压-电流转换单元122的输出电流I_ZTC成为与温度无关的ZTC恒定电流。该特性如图7中所示。图7是示出了模拟图6的电压-电流转换单元122的输出电流的结果的曲线图。参考图7，可以得知电压-电流转换单元122输出与温度无关的实际上恒定的电流，其中尽管温度在-40℃至120℃之间的范围内变化，最大电流和最小电流之间的差小于0.05μA。

参考图1，由PTC电流发生器11产生的PTC电流I_PTC和由ZTC电流发生器12产生的ZTC电流I_ZTC被输入至ATC电流发生器14。

图10是示出了在输入到ATC电流发生器14的PTC电流I_PTC和ZTC电流I_ZTC中的温度-电流关系的曲线图。在图10中，为了适当地调节表示PTC电流I_PTC的直线与表示ZTC电流I_ZTC的直线交叉的交叉点CP，PTC电流I_PTC可以在被输入至ATC电流发生器14之前由放大器13放大预定增益K。增益K可以以在正常温度下表示PTC电流I_PTC的直线与表示ZTC电流I_ZTC交叉形成交叉点CP的方式被调节。以下，为了简明描述本发明，输入到ATC电流发生器14的PTC电流没有被放大。输入到ATC电流发生器14的PTC电流应被理解为被放大器放大预定增益的电流。

图8A是示出了本发明示例性实施例使用的ATC电流发生器14的ATC电流的产生原理的框图，并且图8B是示出了产生ATC电流的实例的框图。

如图8A所示，基本上，ATC电流发生器14a可以包括将PTC电流I_PTC放大A倍的第一放大单元141a；将ZTC电流I_ZTC放大B倍的第二放大单元142a；以及通过将经由第一和第二放大单元141a和142a放大的电流相加来产生电流并将其输出的加法单元143a。ATC电流发生器14a可以通过调节放大增益A和B来输出具有期望温度系数的电流。

同样，如图8B所示，ATC电流发生器14b可以包括将输入的PTC电流I_PTC放大C+1倍的第一放大单元141b；将零温度系数电流I_ZTC放大C倍的第二放大单元142b；将ZTC电流I_ZTC放大D倍的第三放大单元143b；从由第一放大单元141b放大的电流中减去由第二放大单元142b放大的电流并输出结果电流的减法单元144b，以及通过加上由减法单元144b输出的电流来产生ATC电流并将其输出的加法单元145b。这在图9中进行了详细描述。

图9是示出了图8B的ATC电流发生器14b的电路图。

参考图9，ATC电流发生器14b可以形成为包括多个电流镜像电路。下面，将通过考虑与图8B中所示的ATC电流发生器14b的关系来描述图9。

第一放大单元141b可以由将输入的PTC电流I_PTC放大A+1倍并镜像已放大的电流的第一电流镜(current mirror)形成。第一电流镜可以包括：第八MOSFET M911，其具有施加有PTC电流I_PTC的漏极端、连接到电源电压VDD的源极端、以及电连接到漏极端的栅极端；以及C+1个第九MOSFET M912，其具有连接到第八MOSFET M911的栅极端的栅极端、连接到电源电压VDD的源极端、以及连接到其他第九MOSFET M912的漏极端的漏极端。由于各个第九MOSFET M912将流过第八MOSFET M911的电流进行镜像，所以从多个彼此共同连接的第九MOSFET M912的漏极端输出的电流是PTC电流I_PTC的C+1倍。

第二放大单元142b可以由将输入的ZTC电流I_ZTC放大A倍并将放大的电流进行镜像的第二电流镜形成。第二电流镜可以包括：第十MOSFET M913，具有施加有ZTC电流I_ZTC的漏极端、连接到电源电压VDD的源极端、以及电连接到漏极端的栅极端；以及C个第十一MOSFET M914，具有连接到第十MOSFET M913的栅极端的栅极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到其他第十一MOSFET M914的漏极端的漏极端。与第一电流镜类似，由第二电流镜的第十一MOSFET M914的公共漏极端输出的电流是ZTC电流I_ZTC的C倍。

第三放大单元143b可以包括电流镜像电路，该电流镜像电路包括第十二MOSFET M915，其具有施加有ZTC电流I_ZTC的漏极端、连接到电源电压VDD的源极端、以及电连接到漏极端的栅极端；以及D个第十三MOSFET M916，其具有连接到第十二MOSFETM915的栅极端的栅极端、连接到电源电压的源极端、以及连接到其他第十三MOSFET M916的漏极端，以及该第三放大单元还包括另一电流镜像电路，该电流镜像电路包括第十四MOSFET M917，具有施加有由第十三MOSFET M916的公共漏极端输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端、以及接地的源极端；以及第十五MOSFET M918，具有连接到第十四MOSFET M917的栅极端的栅极端以及接地的源极端。由于各个第十三MOSFET M916将流过第十二MOSFET M915的电流进行镜像，所以彼此共同连接的D个第十三MOSFET M916的公共漏极端输出的电流是D倍的ZTC电流I_ZTC。同样，与流过第十四MOSFET M917的电流的幅值相同的电流被镜像并流过第十五MOSFET M918的漏极端。流过第十五MOSFET M918的漏极端的电流成为第三放大单元143b的输出电流，同时成为加法单元145b的输入电流。

减法单元144b可以包括电流镜像电路，该电流镜像电路包括第十六MOSFET M919，其具有输入有从第二放大单元142b输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端、以及接地的源极端；以及第十七MOSFET M920，具有连接到第十六MOSFET M919的栅极端的栅极端，以及接地的源极端，以及该减法单元还包括第十八MOSFET M921，具有输入有从第一放大单元141b输出的电流的漏极端、连接到第十七MOSFET M920的漏极端的漏极端和栅极端的漏极端、以及接地的源极端；以及第十九MOSFET M922，具有连接到第十八MOSFET M921的栅极端的栅极端和接地的源极端。

流过第十六MOSFET M919的第二放大单元142b的电流C*I_ZTC被镜像为相同幅值，并使该电流流过第十七MOSFET M920的漏极端。同样，由于第十七MOSFET M920的漏极端和第十八MOSFET M921的漏极端共同连接到第一放大单元141b的输出端，所以通过从第一放大单元141b输出的电流中减去镜像到第十七MOSFET M920的电流C*I_ZTC而获得的电流流过第十八MOSFETM921。同样，流过第十八MOSFET M921的电流被镜像并流过第十九MOSFET M922的漏极端。流过第十九MOSFET M922的电流成为减法单元144b的输出电流。

加法单元145b包括：具有第二十MOSFET M923和第二十一MOSFET M924的电流镜像电路，该第二十MOSFET具有施加有从减法单元144b输出的电流的漏极端、电连接至漏极端的栅极端、以及接地的源极端，该第二十一MOSFET具有连接到第二十MOSFET M923的栅极端的栅极端以及连接到电源电压VDD的源极端；以及具有第二十二MOSFET M925和第二十三MOSFETM926的电流镜像电路，该第二十二MOSFET具有施加有从第三放大单元143b输出的电流的漏极端、电连接到漏极端的栅极端、以及连接到电源电压VDD的源极端，并且第二十三MOSFET具有连接到第二十二MOSFET M925的栅极端的栅极端、连接到电源电压VDD的源极端、以及连接到第二十一MOSFET M924的漏极端的漏极端。

通过将流过第二十MOSFET M923的电流进行镜像的电流与将流过第二十二MOSFET M925的电流进行镜像的电流相加而获得的电流由第二十一MOSFET M924和第二十三MOSFET M926的公共漏极端输出。即，从第二十一MOSFET M924和第二十三MOSFET M926的公共漏极端输出的电流成为ATC电流发生器14b的输出电流。

在图8A、8B和9中所示的实施例中，相对于ATC电流发生器14b的PTC电流I_PTC和ZTC电流I_ZTC的放大增益A和B由等式10来确定。

A＝C+1

B＝D-C    等式10

如等式10所示，根据本发明，通过PTC电流I_PTC的放大增益的可变因数C，ZTC电流I_ZTC被放大并被减去，以及可以产生其中PTC电流I_PTC移动了D的电流。这可以通过图11和12清楚地了解。

图11是示出了当增益C固定以及增益D变化时，图8B的ATC电流发生器14b输出的ATC电流的曲线图。

如图11中所示，由于PTC电流I_PTC的放大增益中的可变因数C固定，并且ZTC电流I_ZTC的可变因数D发生变化，所以斜率是恒定的，ATC电流根据可变因数D的大小而上下移动。

同样，图12是示出了当增益D固定并且增益C变化时，由图8B的ATC电流发生器14b输出的ATC电流的曲线图。

如图12所示，由于PTC电流I_PTC的放大增益中的可变因数C是变化的，所以曲线的斜率是变化的。由于ZTC的放大增益中的可变因数D是固定的，并且从C中减去PTC电流I_PTC的斜率的变化，所以ATC电流被表示为具有与其它直线不同斜率的直线，其根据可变因数C的值在相同温度与其它直线中的每一条相交。

如上所述，当使用根据增益变化的特性时，增益被适当地调节，从而产生具有多个温度系数的电流。

图13是示出了当增益C和增益D通过3位控制而变化时图8B的ATC电流发生器14b输出的ATC电流。

如图13所示，当增益C的大小调节为3位时，即，8阶(2³＝8)，以及增益D的大小调节为3位时，形成在相同温度下具有不同电流的8个交叉点，并且对于每个交叉点都形成具有不同斜率的8条直线，从而产生具有总计64个不同温度系数的电流。

在该种情况下，增益C和D的值可以通过调节在使用图9所示的电流镜的ATC电流发生器中的每个放大单元中包括的电流镜像电路中的第九MOSFET M912、第十一MOSFET M914、以及第十三MOSFET M916的各个数量而被调节。例如，在第九MOSFETM912、第十一MOSFET M914以及第十三MOSFET M916中每一个的漏极端和电源电压VDD之间设置开关，并有选择地导通和截至开关，从而确定放大增益。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，通过适当地控制具有PTC的电流和具有ZTC的电流中的每一个的增益来提供具有不同温度系数的电流。可以通过应用电流发生装置来提供对具有不同特性变化的各种电路进行各种特性变化补偿的偏流。

尽管结合示例性实施例示出并描述了本发明，本领域的技术人员应该理解在不脱离由所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，可以实现各种修改和改变。

Claims (14)

1.一种具有可调节温度系数的偏流发生装置，该装置包括：正温度系数电流发生器，产生与绝对温度成正比的正温度系数电流；

零温度系数电流发生器，产生与所述绝对温度无关的零温度系数电流常数；以及

可调节温度系数电流发生器，通过将所述正温度系数电流放大A倍，将所述零温度系数电流放大B倍，以及将这两个放大的温度系数电流相加来产生可调节温度系数电流并将其输出，

其中，所述可调节温度系数电流的温度系数通过调节所述A和所述B的大小而可选择地改变。

2.根据权利要求1所述的偏流发生装置，其中，所述正温度系数电流发生器包括：

第一金属氧化物半导体场效应晶体管和第二金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，均具有连接到电源电压的源极端；

第一运算放大单元，具有分别连接到所述第一MOSFET和所述第二MOSFET的漏极端的输入端以及连接到所述第一MOSFET和所述第二MOSFET的栅极端的输出端；

第一双极结晶体管(BJT)，具有连接到所述第一MOSFET的所述漏极端的基极和集电极以及接地的发射极；

第一电阻器，一端连接到所述第二MOSFET的所述漏极端；以及

多个第二BJT，具有连接到所述第一电阻器的另一端的基极和集电极以及接地的发射极，

其中，在所述第一MOSFET和所述第二MOSFET的所述源极端和所述漏极端之间流过的电流作为所述正温度系数电流而被输出。

3.根据权利要求1或2所述的偏流发生装置，其中，所述零温度系数电流发生器包括：

零温度系数电压发生单元，通过使用所述正温度系数电流产生与所述绝对温度无关的零温度系数电压常数；以及

电压-电流转换单元，将所述零温度系数电压转换成所述零温度系数电流，并输出所述零温度系数电流。

4.根据权利要求3所述的偏流发生装置，其中，所述零温度系数电压发生单元包括：

第三MOSFET，具有施加有所述正温度系数电流发生器产生的所述正温度系数电流的漏极端、连接到所述电源电压的源极端、以及连接到所述漏极端的栅极端；

第四MOSFET，具有连接到所述电源电压的源极端和连接到所述第三MOSFET的栅极端的栅极端；

第二电阻器，一端连接到所述第四MOSFET的漏极端；以及

第三BJT，具有连接到所述第二电阻器的另一端的基极和集电极以及接地的发射极，

其中，所述第四MOSFET的漏极端的电压通过调节所述第一电阻器和所述第二电阻器的电阻值以及所述第二BJT的数量被确定为与所述绝缘温度无关的所述零温度系数电压。

5.根据权利要求4所述的偏流发生装置，其中，所述电压-电流转换单元包括：

第二运算放大单元，具有施加有所述零温度系数电压发生单元的所述第四MOSFET的漏极端的电压的一个输入端；

第五MOSFET，具有连接到所述第二运算放大单元的输出端的栅极端以及连接到所述第二运算放大单元的另一输入端的源极端；

第六MOSFET，具有连接到所述电源电压的源极端和连接到所述第五MOSFET的漏极端的栅极端和漏极端；

第七MOSFET，具有连接到所述电源电压的源极端和连接到所述第六MOSFET的栅极端的栅极端；以及

第三电阻器，具有连接到所述第五MOSFET的源极端的一端以及接地的另一端，

其中，流过所述第七MOSFET的漏极端的电流作为所述零温度系数电流而输出。

6.根据权利要求1所述的偏流发生装置，还包括放大器，用于将所述正温度系数电流放大预定增益。

7.根据权利要求6所述的偏流发生装置，其中，所述增益被确定为在正常温度下表示所述正温度系数电流的直线与表示所述零温度系数电流的直线相交所形成的交叉点。

8.根据权利要求1所述的偏流发生装置，其中，所述可调节温度系数电流发生器包括：

第一放大单元，将所述正温度系数电流放大所述A倍；

第二放大单元，将所述零温度系数电流放大所述B倍；

以及

加法单元，通过将由所述第一放大单元和所述第二放大单元放大的电流相加来产生所述可调节温度系数电流并将其输出，

其中，所述可调节温度系数电流的温度系数通过调节所述A和所述B的大小来确定。

9.根据权利要求1所述的偏流发生装置，其中，所述可调节温度系数电流发生器包括：

第一放大单元，将所述正温度系数电流放大C+1倍；

第二放大单元，将所述零温度系数电流放大C倍；

第三放大单元，将所述零温度系数电流放大D倍；

减法单元，从由所述第一放大单元放大的电流中减去由所述第二放大单元放大的电流，并输出作为结果的电流；以及

加法单元，通过将所述减法单元输出的电流和由所述第三放大单元输出的电流相加来产生所述可调节温度系数电流并将其输出，

其中，所述A和所述B的大小通过下面的等式确定，

A＝C+1

B＝D-C    等式

以及所述可调节温度系数电流的温度系数通过调节所述C和所述D的大小来确定。

10.根据权利要求9所述的偏流发生装置，其中，所述第一放大单元是电流镜像电路，其包括：

第八MOSFET，具有施加有所述正温度系数电流的漏极端、连接到所述电源电压的源极端、以及电连接到所述漏极端的栅极端；以及

C+1个第九MOSFET，具有连接到所述第八MOSFET的栅极端的栅极端、连接到所述电源电压的源极端、以及连接到其他所述第九MOSFET的漏极端的漏极端。

11.根据权利要求9所述的偏流发生装置，其中，所述第二放大单元是电流镜像电路，包括：

第十MOSFET，具有施加有所述零温度系数电流的漏极端、连接到所述电源电压的源极端、以及电连接到所述漏极端的栅极端；以及

C个第十一MOSFET，具有连接到所述第十MOSFET的栅极端的栅极端、连接到所述电源电压的源极端、以及连接到其他所述第十一MOSFET的漏极端的漏极端。

12.根据权利要求9所述的偏流发生装置，其中，所述第三放大单元包括：

包括第十二MOSFET和D个第十三MOSFET的电流镜像电路，所述第十二MOSFET具有施加有所述零温度系数电流的漏极端、连接到所述电源电压的源极端、以及电连接到所述漏极端的栅极端；以及所述第十三MOSFET具有连接到所述第十二MOSFET的栅极端的栅极端、连接到所述电源电压的源极端、以及连接到其他所述第十三MOSFET的漏极端的漏极端；以及

包括第十四MOSFET和第十五MOSFET的电流镜像电路，所述第十四MOSFET具有施加有由所述第十三MOSFET的公共漏极端输出的电流的漏极端、电连接到所述漏极端的栅极端、以及接地的源极端；以及所述第十五MOSFET具有连接到所述第十四MOSFET的栅极端的栅极端和接地的源极端。

13.根据权利要求9所述的偏流发生装置，其中，所述减法单元包括：

包括第十六MOSFET和第十七MOSFET的电流镜像电路，所述第十六MOSFET具有输入有由所述第二放大单元输出的电流的漏极端、电连接到所述漏极端的栅极端、以及接地的源极端，以及所述第十七MOSFET具有连接到所述第十六MOSFET的栅极端的栅极端和接地的源极端；以及

包括第十八MOSFET和第十九MOSFET的电流镜像电路，所述第十八MOSFET具有输入有由所述第一放大单元输出的电流的漏极端，所述漏极端连接到所述第十七MOSFET的漏极端和栅极端，以及接地的源极端，以及所述第十九MOSFET具有连接到所述第十八MOSFET的栅极端的栅极端和接地的源极端。

14.根据权利要求9所述的偏流发生装置，其中，所述加法单元包括：

包括第二十MOSFET和第二十一MOSFET的电流镜像电路，所述第二十MOSFET具有施加有由所述减法单元输出的电流的漏极端、电连接到所述漏极端的栅极端、以及接地的源极端，所述第二十一MOSFET具有连接到所述第二十MOSFET的栅极端的栅极端和连接到所述电源电压的源极端；以及

包括第二十二MOSFET和第二十三MOSFET的电流镜像电路，所述第二十二MOSFET具有施加有由所述第三放大单元输出的电流的漏极端、电连接到所述漏极端的栅极端和连接到所述电源电压的源极端，以及所述第二十三MOSFET具有连接到所述第二十二MOSFET的栅极端的栅极端、连接到所述电源电压的源极端、以及连接到所述第二十一MOSFET的漏极端的漏极端，

其中，由所述第二十一MOSFET和所述第二十三MOSFET的公共漏极端输出的电流是所述可调节温度系数电流发生器输出的电流。

Images