CN103941800B

CN103941800B - 一种仅由场效应管实现的恒温电流源

Info

Publication number: CN103941800B
Application number: CN201410150779.5A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: CHENGDU RUICHENG XINWEI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Chengdu Rui core micro Polytron Technologies Inc
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-04-15
Also published as: CN103941800A

Abstract

一种仅由场效应管实现的恒温电流源，包括一电源端、一接地端、一电流输出端和一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、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、一第十场效应管，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管和第五场效应管组合产生带温度补偿的电流源；所述第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管提供必要的直流偏置，以保证电流源的工作点。本发明仅由晶体管实现，并未采用电阻和三极管，同时具备一阶温度补偿，结构简单，成本低廉。

Description

一种仅由场效应管实现的恒温电流源

技术领域

本发明涉及一种电流源电路，尤指一种仅由场效应管实现的恒温电流源。

背景技术

现有的电流源电路通常采用的是带隙基准电路来产生电流源，而带隙基准电路需采用三极管、电阻、场效应管组合实现，由于三极管和电阻的面积很大，从而使得电流源电路的面积很大，结构也较复杂，增加了芯片的成本，同时，由于带隙基准电路没有对电流进行温度补偿，使得产生的电流与温度成正比关系，不能抵消温度带来的影响。

因此，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

本发明的目的是提供一种电流源电路，该电流源电路仅采用场效应管来实现，结构简单，版图面积较小，具备对电流的一阶温度补偿。

为实现上述目的，本发明提供一种电流源电路，其包括一电源端、一接地端、一电流输出端和一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、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、一第十场效应管。所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管和第五场效应管组合产生带温度补偿的电流源；所述第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管提供必要的直流偏置，以保证电流源的工作点。

较佳的，所述第一场效应管的栅极和漏极与所述第二场效应管的源极相连，所述第一场效应管的源极与所述接地端相连，所述第二场效应管的栅极和漏极、所述第三场效应管的栅极和所述第八场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的栅极和所述第十场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的漏极与所述电源端相连，所述第四场效应管的源极与所述接地端相连；

较佳的，所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极和栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第七场效应管的栅极、所述第八场效应管的栅极共同连接，所述第五场效应管的源极与所述电源端相连，所述第六场效应管的源极与所述电源端相连，所述第七场效应管的源极与所述电源端相连，所述第八场效应管的源极与所述电源端相连，所述第六场效应管的漏极与所述电流输出端相连；

较佳的，所述第七场效应管的漏极、所述第九场效应管的栅极和漏极和所述第十场效应管的栅极共同连接，所述第九场效应管的源极与所述接地端相连，所述第十场效应管的源极与所述接地端相连。

相比现有技术，本发明仅由场效应管实现，并未采用电阻和三极管，同时具备一阶温度补偿，结构简单，成本低廉。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为本发明一种仅由场效应管实现的恒温电流源的电路图。

具体实施方式：

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明仅由场效应管实现，同时具备一阶温度补偿，结构简单，成本低廉。

请参阅图1，本发明一种仅由场效应管实现的恒温电流源较佳实现方式，包括一电源端VCC、一接地端GND、一电流输出端IOUT和一第一场效应管M1、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、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、一第十场效应管M10。所述第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4和第五场效应管M5负责产生电流源，并对其进行温度补偿；所述第六场效应管M6、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10进行必要的直流偏置，以保证电流源的工作点。所述第一场效应管M1的栅极和漏极与所述第二场效应管M2的源极相连，所述第一场效应管M1的源极与所述接地端GND相连，所述第二场效应管M2的栅极和漏极、所述第三场效应管M3的栅极和所述第八场效应管M8的漏极V1共同连接，所述第三场效应管M3的源极、所述第四场效应管M4的栅极和所述第十场效应管M10的漏极V2共同连接，所述第三场效应管M3的漏极与所述电源端VCC相连，所述第四场效应管M4的源极与所述接地端GND相连；所述第四场效应管M4的漏极、所述第五场效应管M5的漏极和栅极、所述第六场效应管M6的栅极、所述第七场效应管M7的栅极、所述第八场效应管M8的栅极共同连接，所述第五场效应管M5的源极与所述电源端VCC相连，所述第六场效应管M6的源极与所述电源端VCC相连，所述第七场效应管M7的源极与所述电源端VCC相连，所述第八场效应管M8的源极与所述电源端VCC相连，所述第六场效应管M6的漏极与所述电流输出端IOUT相连；所述第七场效应管M7的漏极、所述第九场效应管M9的栅极和漏极和所述第十场效应管M10的栅极共同连接，所述第九场效应管M9的源极与所述接地端GND相连，所述第十场效应管M10的源极与所述接地端GND相连。

本发明一种仅由场效应管实现的恒温电流源较佳实施方式的工作原理如下所述：首先设置所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2及所述第三场效应管M3的宽长相等，所述第四场效应管M4的沟道长度L与所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2及所述第三场效应管M3的沟道长度相等，以使得所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2、所述第三场效应管M3及所述第四场效应管M4的阈值电压VTH相等。

由图1所示的电路图可以得到：

V1＝VGS1+VGS2；

V2＝V1－VGS3＝VGS1+VGS2－VGS3；

又因为：

VGS 1 = VTH + \sqrt{\frac{2 * I 11}{un * Cox * {(W / L)}_{1}}}

VGS 2 = VTH + \sqrt{\frac{2 * I 22}{un * Cox * {(W / L)}_{2}}}

VGS 3 = VTH + \sqrt{\frac{2 * I 33}{un * Cox * {(W / L)}_{3}}}

其中VGS1、VGS2、VGS3分别为所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2、所述第三场效应管M3的栅源电压，un为电子迁移率，Cox为栅氧电容，VTH为场效应管的阈值电压，三者均为工艺常数，I11、I22、I33分别为流过所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2、所述第三场效应管M3的电流，(W/L)₁、(W/L)₂、(W/L)₃分别为所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2、所述第三场效应管M3的宽长比。因此，

\begin{matrix} V 2 = VGS 1 + VGS 2 - VGS 3 \\ = VTH \sqrt{\frac{2 * I 11}{un * Cox * {(W / L)}_{1}}} + VTH + \sqrt{\frac{2 * I 22}{un * Cox * {(W / L)}_{2}}} - (VTH + \sqrt{\frac{2 * I 33}{un * Cox * {(W / L)}_{3}}}) \\ = VTH + \sqrt{\frac{2}{un * Cox}} * (\sqrt{\frac{I 11}{{(W / L)}_{1}}} + \sqrt{\frac{I 22}{{(W / L)}_{2}}} - \sqrt{\frac{I 33}{{(W / L)}_{3}}}) \end{matrix}

现设定所述第五场效应管M5的宽长比、所述第七场效应管M7的宽长比、所述第八场效应管M8的宽长比相等，且所述第十场效应管M10的宽长比为所述第九场效应管M9的宽长比的4倍，则有I11=I22=I，I33=4I，同时设定(W/L)₁=(W/L)₂=(W/L)₃，则上式为:

\begin{matrix} V 2 = VTH + \sqrt{\frac{2}{un * Cox}} * (\sqrt{\frac{I 11}{{(W / L)}_{1}}} + \sqrt{\frac{I 22}{{(W / L)}_{2}}} - \sqrt{\frac{I 33}{{(W / L)}_{3}}}) \\ = VTH + \sqrt{\frac{2}{un * Cox}} * 0 = VTH \end{matrix}

则所述第四场效应管M4的栅源电压VGS4=VTH；

故可以认为所述第四场效应管M4工作于亚阈值区，则流过该所述四场效应管M4的电流I44为：

I 44 = I 0 * e^{\frac{VGS}{VT}} = I 0 * e^{\frac{VTH}{VT}}

其中I0为常量，VT＝KT/q，K与q为物理常量，T为温度，由于阈值电压VTH与温度T成一次线性关系，故可知VTH/VT的温度系数可以相互抵消，即进行了一阶温度补偿。可得：I44=I0*e^a；其中a为不带一阶温度特性的参数。

由于流过所述第四场效应管M4的电流即为一种仅由场效应管实现的恒温电流源产生的电流源，由此可见，本发明一种仅由场效应管实现的恒温电流源的结构对输出的电流源进行了一阶温度补偿。

本发明一种仅由场效应管实现的恒温电流源可以产生具有一阶温度补偿的电流源，经过验证，其输出电流在全温范围内（-40～125℃）的变化约为1%，可见本发明一种仅由场效应管实现的恒温电流源无需采用带隙基准电路，仅采用场效应管即可产生高温度特性的电流源，结构简单，成本低廉，且易于实现。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims

1.一种仅由场效应管实现的恒温电流源，其特征是：所述恒温电流源包括一电源端、一接地端、一电流输出端和一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、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、一第十场效应管，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管和第五场效应管组合产生带温度补偿的电流源；所述第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管提供必要的直流偏置，以保证电流源的工作点；所述第一场效应管的栅极和漏极与所述第二场效应管的源极相连，所述第一场效应管的源极与所述接地端相连，所述第二场效应管的栅极和漏极、所述第三场效应管的栅极和所述第八场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的栅极和所述第十场效应管的漏极共同连接，所述第三场效应管的漏极与所述电源端相连，所述第四场效应管的源极与所述接地端相连；

所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极和栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第七场效应管的栅极、所述第八场效应管的栅极共同连接，所述第五场效应管的源极与所述电源端相连，所述第六场效应管的源极与所述电源端相连，所述第七场效应管的源极与所述电源端相连，所述第八场效应管的源极与所述电源端相连，所述第六场效应管的漏极与所述电流输出端相连；

所述第七场效应管的漏极、所述第九场效应管的栅极和漏极和所述第十场效应管的栅极共同连接，所述第九场效应管的源极与所述接地端相连，所述第十场效应管的源极与所述接地端相连。

2.根据权利要求1所述的一种仅由场效应管实现的恒温电流源，其特征是：所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管和所述第四场效应管的沟道长度应相等，以保证所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管和所述第四场效应管的阈值电压相等。