CN102622030A - 具有温度补偿的电流源电路 - Google Patents

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Abstract

一种具有温度补偿的电流源电路，其包括一电源端、一与所述电源端相连的基准电流源单元、一与所述电源端及所述基准电流源单元相连的反馈控制单元、一与所述反馈控制单元相连的电流源产生单元及一与所述电流源产生单元相连的接地端，所述基准电流源单元为一与所述电源端相连的电流源，所述反馈控制单元包括一与所述电流源的一端相连的第一开关元件及一连接于所述电流源的另一端与所述第一开关元件之间的的反向放大器，所述电流源产生单元包括一与所述第一开关元件、所述电流源及所述反向放大器相连的第二开关元件及一与所述第一开关元件、所述第二开关元件及所述接地端相连的第一电阻。本发明结构简单，且易于实现。

Description

具有温度补偿的电流源电路
技术领域
本发明涉及一种电流源电路，尤指一种结构简单且具有温度补偿的电流源电路。
背景技术
电流源作为模拟集成电路中必不可少的模块，其值通常通过一电压与一电阻相除得到，这往往具有较大的温度系数，而一些专门作过温度处理的电流源电路的结构较复杂，且电流源电路的面积较大。
为了使得产生的电流源随温度的变化尽可能小，有必要提供一种结构简单且具有温度补偿的电流源电路。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单且具有温度补偿的电流源电路。
一种具有温度补偿的电流源电路，所述具有温度补偿的电流源电路包括一电源端、一与所述电源端相连的基准电流源单元、一与所述电源端及所述基准电流源单元相连的反馈控制单元、一与所述反馈控制单元相连的电流源产生单元及一与所述电流源产生单元相连的接地端，所述基准电流源单元为一与所述电源端相连的电流源，所述反馈控制单元包括一与所述电流源的一端相连的第一开关元件及一连接于所述电流源的另一端与所述第一开关元件之间的的反向放大器，所述电流源产生单元包括一与所述第一开关元件、所述电流源及所述反向放大器相连的第二开关元件及一与所述第一开关元件、所述第二开关元件及所述接地端相连的第一电阻。
一种具有温度补偿的电流源电路，所述具有温度补偿的电流源电路包括一电源端、一与所述电源端相连的基准电流源单元、一与所述电源端及所述基准电流源单元相连的反馈控制单元、一与所述反馈控制单元相连的电流源产生单元及一与所述电流源产生单元相连的接地端，所述基准电流源单元为一与所述电源端相连的电流源，所述反馈控制单元包括一第十开关元件、一连接于所述第十开关元件与所述电源端之间的第十一开关元件及一与所述第十开关元件相连的缓冲器，所述电流源产生单元包括一连接于所述第十开关元件与所述缓冲器之间的第十二开关元件及一与所述第十开关元件及所述第十二开关元件相连的连接电阻。
相对现有技术，本发明具有温度补偿的电流源电路只需对开关元件进行设置即可使得产生的电流源的温度系数得到有效补偿，结构简单，且易于实现。
附图说明
图1为本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的系统框图。
图2为本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的电路结构图。
图3为本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的具体电路图。
图4为本发明具有温度补偿的电流源电路另一实施方式的电路结构图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式包括一电源端、一与该电源端相连的基准电流源单元、一与该电源端及该基准电流源单元相连的反馈控制单元、一与该反馈控制单元相连的电流源产生单元及一与该电流源产生单元相连的接地端。
请参阅图2，图2为本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的电路结构图。其中，该电源端为一电源端VDD；该基准电流源单元为一电流源I；该反馈控制单元包括一第一开关元件及一反向放大器INV；该电流源产生单元包括一第二开关元件及一第一电阻R1；该接地端为一接地端GND。在本实施方式中，该第一开关元件为一第一场效应管M1，该第二开关元件为一第二场效应管M2，且该第一场效应管M1为P型场效应管（PMOS），该第二场效应管M2为N型场效应管（NMOS），在其他实施方式中，开关元件可根据需要变更为能够实现同样功能的其它开关元件或电路。
本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的电路连接关系如下：该第一场效应管M1的栅极与该反向放大器INV的一输出端相连，该第一场效应管M1的源级及该电流源I的一端与该电源端VDD相连，该第一场效应管M1的漏极与该第一电阻R1的一端及该第二场效应管M2的栅极相连，该第二场效应管M2的漏极与该电流源I的另一端共同连接该反向放大器INV的一输入端，该第一电阻R1的另一端与该第二场效应管M2的源级共同连接该接地端GND。
请同时参阅图3，图3为本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的具体电路图。其中，该反向放大器INV包括一第三场效应管M3及一第四场效应管M4；该电流源I包括一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一第八场效应管M8、一第九场效应管M9、一第二电阻R2、一第一二极管D1、一第二二极管D2、一第三二极管D3、一第四二极管D4、一第五二极管D5、一第六二极管D6、一第七二极管D7、一第八二极管D8及一第九二极管D9。
本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的具体电路连接关系如下：该第一场效应管M1的栅极与该第三场效应管M3的漏极及该第四场效应管M4的漏极相连，该第一场效应管M1的漏极与该第一电阻R1的一端及该第二场效应管M2的栅极相连。该第二场效应管M2的漏极与该第五场效应管M5的漏极共同连接该第三场效应管M3的栅极，该第四场效应管M4的栅极与该第五场效应管M5的栅极、该第六场效应管M6的栅极、该第八场效应管M8的漏极及该第九场效应管M9的栅极与漏极相连。该第六场效应管M6的漏极、该第七场效应管M7的栅极及漏极与该第八场效应管M8的栅极相连，该第七场效应管M7的源级与该第一二极管D1的输入端相连，该第八场效应管M8的源级与该第二电阻R2的一端相连。该第二电阻R2的另一端与该第二二极管D2的输入端、该第三二极管D3的输入端、该第四二极管D4的输入端、该第五二极管D5的输入端、该第六二极管D6的输入端、该第七二极管D7的输入端、该第八二极管D8的输入端及该第九二极管D9的输入端相连。该第一场效应管M1的源级、该第四场效应管M4的源级、该第五场效应管M5的源级、该第六场效应管M6的源级及该第九场效应管M9的源级共同连接该电源端VDD，该第一电阻R1的另一端、该第二场效应管M2的源级、该第三场效应管M3的源级、该第一二极管D1的输出端、该第二二极管D2的输出端、该第三二极管D3的输出端、该第四二极管D4的输出端、该第五二极管D5的输出端、该第六二极管D6的输出端、该第七二极管D7的输出端、该第八二极管D8的输出端及该第九二极管D9的输出端共同连接该接地端GND。
本发明具有温度补偿的电流源电路较佳实施方式的工作原理如下所述：如图2与图3所示，流过该第一场效应管M1的电流为电流IR，该电流IR流过该第一电阻R1后产生一驱动电压，并驱动该第二场效应管M2的工作，使得流过该第二场效应管M2的电流等于流过该电流源I的一正温度系数电流IPTAT，该第二场效应管M2的漏极驱动该反向放大器INV中第三场效应管M3的栅极，该反向放大器INV的输出端输出一控制信号来控制该第一场效应管M1的栅极，从而形成了一反馈回路。
通过该反馈回路，可以确定该电流IR的值如下：
IR=（（2*IPTAT*L/(μn*Cox*W)）                                               
Figure 2012100978693100002DEST_PATH_IMAGE002
+VTH）/R1；
其中，L为该第二场效应管M2的沟道长度，W为该第二场效应管M2的沟道宽度，μn为迁移率，Cox为栅氧电容，VTH为该第二场效应管M2的阈值电压，且IPTAT为正温度系数的电流值，μn为负温度系数的迁移率，则IPTAT/μn的值为正温度系数，由于VTH的值为负温度系数，因此对于上述表达式中只需要设置L/W的值即可使电流IR的温度系数得到有效补偿。
请参阅图4，图4为本发明具有温度补偿的电流源电路另一实施方式的电路结构图。其中，该电源端为一电源端VDD’；该基准电流源单元为一电流源I’；该反馈控制单元包括一第十开关元件、一第十一开关元件及一缓冲器amp；该电流源产生单元包括一第十二开关元件及一连接电阻R；该接地端为一接地端GND’。在本实施方式中，该第十开关元件为一第十场效应管M10，该第十一开关元件为一第十一场效应管M11，该第十二开关元件为一第十二场效应管M12，且该第十场效应管M10为N型场效应管（NMOS），该第十一场效应管M11为P型场效应管（PMOS），该第十二场效应管M12为N型场效应管（NMOS），在其他实施方式中，开关元件可根据需要变更为能够实现同样功能的其它开关元件或电路。
本发明具有温度补偿的电流源电路另一实施方式的电路连接关系如下：该第十场效应管M10的栅极与该缓冲器amp的一输出端相连，该第十场效应管M10的源级与该连接电阻R的一端及该第十二场效应管M12的栅极相连，该第十场效应管M10的漏极与该第十一场效应管M11的栅极及漏极相连，该第十一场效应管M11的源级与该电流源I’的一端共同连接该电源端VDD’，该第十二场效应管M12的漏极与该电流源I’的另一端共同连接该缓冲器amp的一输入端，该连接电阻R的另一端与该第十二场效应管M12的源级共同连接该接地端GND’。
本发明具有温度补偿的电流源电路另一实施方式的工作原理如下所述：如图4所示，流过该第十场效应管M10的电流为电流IR’，该电流IR’流过该连接电阻R后产生一驱动电压，并驱动该第十二场效应管M12的工作，使得流过该第十二场效应管M12的电流等于流过该电流源I’的一正温度系数电流IPTAT’，该第十二场效应管M12的漏极驱动该缓冲器amp，该缓冲器amp的输出端输出一控制信号来控制该第十场效应管M10的栅极，从而形成了一反馈回路，由该反馈回路确定的电流IR’通过该第十一场效应管M11进行镜像并可输出。
通过该反馈回路，可以确定该电流IR’的值如下：
IR’=（（2*IPTAT’*L’/(μn’*Cox’*W’)）
Figure 213238DEST_PATH_IMAGE002
+VTH’）/R；
其中，L’为该第十二场效应管M12的沟道长度，W’为该第十二场效应管M12的沟道宽度，μn’为迁移率，Cox’为栅氧电容，VTH’为该第十二场效应管M12的阈值电压，且IPTAT’为正温度系数的电流值，μn’为负温度系数的迁移率，则IPTAT’/μn’的值为正温度系数，由于VTH’的值为负温度系数，因此对于上述表达式中只需要设置L’/W’的值即可使电流IR’的温度系数得到有效补偿。
本发明具有温度补偿的电流源电路结构简单，只需对开关元件的相关比值进行设置即可使得产生的电流源的温度系数得到有效补偿。

Claims (10)

1. 一种具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述具有温度补偿的电流源电路包括一电源端、一与所述电源端相连的基准电流源单元、一与所述电源端及所述基准电流源单元相连的反馈控制单元、一与所述反馈控制单元相连的电流源产生单元及一与所述电流源产生单元相连的接地端，所述基准电流源单元为一与所述电源端相连的电流源，所述反馈控制单元包括一与所述电流源的一端相连的第一开关元件及一连接于所述电流源的另一端与所述第一开关元件之间的的反向放大器，所述电流源产生单元包括一与所述第一开关元件、所述电流源及所述反向放大器相连的第二开关元件及一与所述第一开关元件、所述第二开关元件及所述接地端相连的第一电阻。
2. 如权利要求1所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述第一开关元件为一第一场效应管，所述第二开关元件为一第二场效应管，且所述第一场效应管为一P型场效应管，所述第二场效应管为一N型场效应管。
3. 如权利要求2所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述第一场效应管的栅极与所述反向放大器的一输出端相连，所述第一场效应管的源级及所述电流源的一端与所述电源端相连，所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端及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所述电流源的另一端共同连接所述反向放大器的一输入端，所述第一电阻的另一端与所述第二场效应管的源级共同连接所述接地端。
4. 如权利要求2所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述反向放大器包括一与所述第二场效应管相连的第三场效应管及一与所述第三场效应管相连的第四场效应管，所述第一场效应管的栅极与所述第三场效应管的漏极及所述第四场效应管的漏极相连，所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端及所述第二场效应管的栅极相连。
5. 如权利要求4所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述所述电流源包括一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管、一第二电阻、一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管、一第四二极管、一第五二极管、一第六二极管、一第七二极管、一第八二极管及一第九二极管，所述第二场效应管的漏极与所述第五场效应管的漏极共同连接所述第三场效应管的栅极，所述第四场效应管的栅极与所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第八场效应管的漏极及所述第九场效应管的栅极与漏极相连，所述第六场效应管的漏极、所述第七场效应管的栅极及漏极与所述第八场效应管的栅极相连，所述第七场效应管的源级与所述第一二极管的输入端相连，所述第八场效应管的源级与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第二二极管的输入端、所述第三二极管的输入端、所述第四二极管的输入端、所述第五二极管的输入端、所述第六二极管的输入端、所述第七二极管的输入端、所述第八二极管的输入端及所述第九二极管的输入端相连。
6. 如权利要求5所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述第一场效应管的源级、所述第四场效应管的源级、所述第五场效应管的源级、所述第六场效应管的源级及所述第九场效应管的源级共同连接所述电源端，所述第一电阻的另一端、所述第二场效应管的源级、所述第三场效应管的源级、所述第一二极管的输出端、所述第二二极管的输出端、所述第三二极管的输出端、所述第四二极管的输出端、所述第五二极管的输出端、所述第六二极管的输出端、所述第七二极管的输出端、所述第八二极管的输出端及所述第九二极管的输出端共同连接所述接地端。
7. 一种具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述具有温度补偿的电流源电路包括一电源端、一与所述电源端相连的基准电流源单元、一与所述电源端及所述基准电流源单元相连的反馈控制单元、一与所述反馈控制单元相连的电流源产生单元及一与所述电流源产生单元相连的接地端，所述基准电流源单元为一与所述电源端相连的电流源，所述反馈控制单元包括一第十开关元件、一连接于所述第十开关元件与所述电源端之间的第十一开关元件及一与所述第十开关元件相连的缓冲器，所述电流源产生单元包括一连接于所述第十开关元件与所述缓冲器之间的第十二开关元件及一与所述第十开关元件及所述第十二开关元件相连的连接电阻。
8. 如权利要求7所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述第十开关元件为一第十场效应管，所述第十一开关元件为一第十一场效应管，所述第十二开关元件为一第十二场效应管，且所述第十场效应管为N型场效应管，所述第十一场效应管为P型场效应管，所述第十二场效应管为N型场效应管。
9. 如权利要求8所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述第十场效应管的栅极与所述缓冲器的一输出端相连，所述第十场效应管的源级与所述连接电阻的一端及所述第十二场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的漏极与所述第十一场效应管的栅极及漏极相连。
10. 如权利要求9所述的具有温度补偿的电流源电路，其特征在于：所述第十一场效应管的源级与所述电流源的一端共同连接所述电源端，所述第十二场效应管的漏极与所述电流源的另一端共同连接所述缓冲器的一输入端，所述连接电阻的另一端与所述第十二场效应管的源级共同连接所述接地端。
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