CN101739056A - 一种参考电流产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供参考电流产生电路，其包括基准电压产生电路，第一场效应管，第二场效应管和第一电阻，第一场效应管包括第一输入端，第一输出端和反馈端，第二场效应管包括第二输入端，第二输出端和控制端，第一场效应管和第二场效应管极性相同，基准电压产生电路输出的电压输入到第一输入端，反馈端与第一输出端相连，第一输出端与控制端相连，第二输入端与第一电阻的一端相连，第二输出端与输出端相连，第一电阻的另一端接地。其提供的电路通过其中极性相同的两个集体管的相互作用，两者在温度改变的情况下同时，同向，同量的变化，使得输出的参考电流相对温度变化的时候更加稳定，不随温度的改变而发生变化，并且使得输出的电流的精度较高。

Description

一种参考电流产生电路

技术领域

本发明涉及一种基准电流电路，尤其涉及一种参考电流输出电流不随温度变化的参考电流产生电路。

背景技术

电流源是许多电路中都需要用到的基本结构，既可用作偏置元件，也可用作放大级的负荷元件。因此，需要经常配备输出电流不受温度影响的电流源。目前常见的电流源产生电路一般如图1所示，由放大器1、三极管2，电阻R1、电阻R2和MOS管N1组成。由带隙基准电路产生一个随温度成比例变化的PTAT(proportiontial to absolute temperature)电流，在本文中下面称为IPTAT。该IPTAT电流带有正的温度系数，而基极和集电极相连的三极管2的基极和发射极的电压差Vbe呈现一个负的温度系数。IPTAT通过电阻R2来产生一个具有正的温度系数的电压V0＝IPTAT*R2。由此我们可以看出：Vref＝V1+Vbe。V1呈现正的温度系数，Vbe呈现负的温度系数。在带隙基准中可以比较方便，精确的调节IPTAT的温度系数的大小，从而可以使Vref的零温度系数得到实现。零温度系数的Vref产生后，需要转化成电流，就要通过一个由电阻R1，放大器1，MOS管组成的一个负反馈的电路结构。由图1可以知道：根据放大器的虚短(VINN＝VINP)的原理，可以推得Vref＝VINP。在理想情况下：输出端电流Iref＝Vref/R1，但是由于MOS管的阈值电压的温度特性，如果我们把MOS管的阈值电压定义为Vth的话，那么，Vth就具有一个负的温度特性。也即：随着温度的升高，Vth逐渐变小，输出的电流Iref受MOS管温度特性的影响；并且放大器1的INN，INP两端的失调电压的确实存在，两者无法完全相等。由于放大器1的引入，增加了系统的复杂度、干扰、噪声和版图面积等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中输出电流易受温度影响，精确度和稳定性差的问题。

为了解决上述问题，本发明是这样实现的，一种参考电流产生电路，其中参考电流产生电路包括：

用于产生基准电压的基准电压产生电路，根据所述基准电压产生第一电压的第一场效应管，根据所述第一电压产生第二电压的第二场效应管和根据所述第二电压产生所述参考电流的第一电阻，所述第一场效应管包括第一输入端，第一输出端和反馈端，所述第二场效应管包括第二输入端，第二输出端和控制端，所述第一场效应管和所述第二场效应管具有相同的类型，所述基准电压输入到第一输入端，所述反馈端与所述第一输出端相连，所述第一输出端与所述控制端相连，所述第二输入端与所述第一电阻的一端相连，所述第二输出端与输出端相连，所述第一电阻的另一端接地。

本发明提供的产生电路通过其中相同的类型的两个集体管的相互作用，两者在温度改变的情况下同时，同向的变化。从而使得输出的参考电流相对温度变化的时候更加稳定，随温度的改变较小，并且使得输出的电流的精度较高。

附图说明

图1是现有参考电流产生电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的参考电流产生电路的结构图；

图3是本发明实施例提供的参考电流产生电路中参考电压产生电路的电路图；

图4是本发明实施例一提供的参考电流产生电路的电路图；

图5是本发明实施例二提供的参考电流产生电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2示出了本发明提供的一种参考电流产生电路的结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

如图2所示，该电路包括用于产生基准电压的基准电压产生电路3，根据基准电压产生第一电压的第一场效应管4，根据第一电压产生第二电压的第二场效应管5和根据第二电压产生参考电流的第一电阻R3，第一场效应管4和第二场效应管5极性相同，第一场效应管包括第一输入端6，第一输出端7和反馈端8，第二场效应管5包括第二输入端9，第二输出端10和控制端11，第一场效应管4和第二场效应管5具有相同的类型，基准电压产生电路3输出的电压输入到第一输入端6，反馈端8与第一输出端7相连，第一输出端7与控制端11相连，第二输入端9与第一电阻R 3的一端相连，第二输出端10与整个电路的输出端相连，第一电阻R3的另一端接地。由带隙基准电路产生一个随温度成比例变化的电流I1，输出电流为I2，通过整个电路输出端输出，基准电压产生电路3产生的基准电压为V1。

优选地，第一场效应管4和第二场效应管5的阈值相等，其中阈值为使场效应管导通的开启电压。

如图3所示，其中基准电压产生电路3包括：具有产生负温度系数电压的三极管12和产生正温度系数电压的第二电阻R4，三极管12的基极与发射极连接，发射极接地，集电极通过所述第二电阻R4与所述第一场效应管4相连。

由带隙基准电路产生一个随温度成比例变化的电流I1，该I1电流带有正的温度系数，而基极和集电极相连的三极管12的基极和发射极之间的电压差V3呈现一个负的温度系数。I1通过第二电阻R4来产生一个具有正的温度系数的电压V4＝IPTAT*R2。由此我们可以看出：V1＝V4+V3。V4呈现正的温度系数，V3呈现负的温度系数。在带隙基准中可以比较方便，精确的调节I1的温度系数的大小，从而可以使V1的零温度系数得到实现。

实例一：

如图4所示，其中第一场效应管4为N型MOS管N1，第二场效应管5为N型MOS管N2，第一输入端6为N1的源极，第一输出端7为N1的漏极，反馈端8为N1的栅极，第二输入端9为N2的源极，第二输出端10为N2的漏极，控制端11为N2的栅极，N1的漏极与栅极相连，N1的源极与基准电路产生电路3相连，N1的漏极与N2的栅极相连，N2的漏极与输出端相连，N2的源极与第一电阻的一端相连。

经过栅极和漏极两端相连的N1来抬高一个阈值电压，输入到N2的栅极。我们把输入N2栅极的电压信号称为第一电压VB。则VB＝V1+Vth(Vth为N型MOS管的阈值电压)。VB输入到N2的栅级以后，可以控制N2的工作状态。我们把第一电阻R3的上端电压定义为第二电压VR1，则VR1＝VB-Vth。又因为VB＝V1+Vth，所以可以得到VR1＝V1。于是，在N2的控制下，在N2，第一电阻R3支路上产生了电流I2＝VR1/R1＝V1/R1。从而实现了精确的基准电流的产生。该电路中主要的改进点是：通过栅漏相连的N1的加入，使N2的栅极控制信号VB和N2本身的Vth可以在温度改变的情况下同时，同向，同量的变化。从而使得输出的基准电流相对温度变化的时候更加稳定，更好的实现了I2独立于温度的目标。

实施例二：

如图5所示，其中第一场效应管4为P型MOS管P1，第二场效应管5为P型MOS管P2，第一输入端6为P1的漏极，第一输出端7为P1的源极，反馈端8为P1的栅极，第二输入端9为P2的漏极，第二输出端10为P2的源极，控制端11为P2的栅极，P1的漏极与栅极相连，P1的漏极与基准电路产生电路3相连，P1的源极与P2的栅极相连，P2的源极与输出端相连，P2的漏极与第一电阻R3的一端相连。

如上所述，经过栅极和漏极两端相连的P1来抬高一个阈值电压，输入到P2的栅极。我们把输入P2栅极的电压信号称为VB。则VB＝V1+Vth(Vth为N型MOS管的阈值电压)。VB输入到P2的栅级以后，可以控制P2的工作状态。我们把第一电阻R3的上端电压定义为VR1，则VR1＝VB-Vth。又因为VB＝V1+Vth，所以可以得到VR1＝V1。于是，在P2的控制下，在P2，第一电阻R3支路上产生了电流I2＝VR1/R1＝V1/R1。从而实现了精确的基准电流的产生。该电路中主要的改进点是：通过栅漏相连的P1的加入，使P2的栅极控制信号VB和P2本身的Vth可以在温度改变的情况下同时，同向，同量的变化。从而使得输出的基准电流相对温度变化的时候更加稳定，更好的实现了I2独立于温度的目标。

在上述电路中，为了使VB更加的稳定，我们在VB上加入了一个到地的耦合电容C1，达到了驱除干扰，稳定电压，从而稳定电流的目的。

此电路避免了由于MOS管的阈值的温度特性引起的基准电流的I2的不稳定。通过巧妙的电路设计，只通过添加一个管子来使具有温度特性的阈值Vth相互抵消，简化了电路，提高了功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种参考电流产生电路，用以提供参考电流在输出端，其特征在于，该参考电流产生电路包括：用于产生基准电压的基准电压产生电路，根据所述基准电压产生第一电压的第一场效应管，根据所述第一电压产生第二电压的第二场效应管和根据所述第二电压产生所述参考电流的第一电阻，所述第一场效应管包括第一输入端，第一输出端和反馈端，所述第二场效应管包括第二输入端，第二输出端和控制端，所述第一场效应管和所述第二场效应管具有相同的类型，所述基准电压输入到第一输入端，所述反馈端与所述第一输出端相连，所述第一输出端与所述控制端相连，所述第二输入端与所述第一电阻的一端相连，所述第二输出端与输出端相连，所述第一电阻的另一端接地。

2.如权利要求1所述的一种参考电流产生电路，其特征在于，所述第一场效应管和所述第二场效应管的阈值相等。

3.如权利要求1或2所述的一种参考电流产生电路，其特征在于，所述第一场效应管和第二场效应管为NMOS管，所述第一输入端为所述第一场效应管的源极，所述第一输出端为所述第一场效应管的漏极，所述反馈端为所述第一场效应管的栅极，所述第二输入端为所述第二场效应管的源极，所述第二输出端为所述第二场效应管的漏极，所述控制端为所述第二场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极与栅极相连，所述第一场效应管的源极与所述基准电路产生电路相连，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的栅极相连，所述第二场效应管的漏极与输出端相连，所述第二场效应管的源极与所述第一电阻的一端相连。

4.如权利要求1或2所述的一种参考电流产生电路，其特征在于，所述第一场效应管和第二场效应管为PMOS管，所述第一输入端为所述第一场效应管的漏极，所述第一输出端为所述第一场效应管的源极，所述反馈端为所述第一场效应管的栅极，所述第二输入端为所述第二场效应管的漏极，所述第二输出端为所述第二场效应管的源极，所述控制端为所述第二场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极与栅极相连，所述第一场效应管的漏极与所述基准电路产生电路相连，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的栅极相连，所述第二场效应管的源极与输出端相连，所述第二场效应管的漏极与所述第一电阻的一端相连。

5.如权利要求1所述的一种参考电流产生电路，其特征在于，所述参考电流产生电路还包括：

用于驱除干扰，稳定电压的电容，所述电容的一端与所述第二场效应管的栅极相连，另一端与所述第一电阻的另一端相连。

6.如权利要求1所述的一种参考电流产生电路，其特征在于，所述基准电压产生电路包括：

具有产生负温度系数电压的三极管和产生正温度系数电压的第二电阻，所述三极管的基极与发射极连接，并接地，集电极通过所述第二电阻与所述第一场效应管相连。

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