CN108170198B - 一种温度补偿的电流产生电路 - Google Patents

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    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

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Abstract

本发明提供一种温度补偿的电流产生电路，第一MOS管与第二MOS管之间的电压，通过运算放大器的负反馈作用加到电阻上；而第一MOS管与第二MOS管之间的电压，也即运算放大器的反相输入端电压，其温度系数与电阻的温度系数相抵，从而能够产生随温度变化小的稳定电流。并且，本发明中的温度补偿的电流产生电路，以MOS管作为基础元件实现上述原理，相比现有技术减小了电路的整体面积。

Description

一种温度补偿的电流产生电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种温度补偿的电流产生电路。
背景技术
产生稳定的、随温度变化较小的参考电压和参考电流，一直是模拟电路中的一个需求。稳定的参考电压或参考电流，作为其他电路的输入偏置信号，对电路的最终特性有重要影响。
现有技术中一种常见的方法是使用BGR(bandgap reference)来产生偏置电压和偏置电流，参见图1；其主要是利用三极管基极与发射极之间电压Vbe的负温特性，以及两个三极管间△Vbe的正温特性，来实现温度补偿，进而产生恒定的电压或电流。
但是如图1所示的现有技术方案，因其采用的三极管本身面积较大，且电阻较多，使得相应的电路总面积较大，不利于应用在一些小面积设计中。
发明内容
本发明提供一种温度补偿的电流产生电路，以解决现有技术中总面积大的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种温度补偿的电流产生电路，包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、电阻及运算放大器；其中：
所述第一MOS管的源极接收第一电源电压；
所述第一MOS管的栅极和漏极，与所述第二MOS管的源极和所述运算放大器的反相输入端相连；
所述第二MOS管的栅极和漏极，与所述电阻的一端相连；
所述电阻的另一端与所述运算放大器的同相输入端及所述第三MOS管的漏极相连；
所述第三MOS管的栅极与所述运算放大器的输出端相连；
所述第三MOS管的源极接收第二电源电压；
所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压通过所述运算放大器的负反馈作用加到所述电阻上，且所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压的温度系数与所述电阻的温度系数相抵。
优选的，所述第一MOS管与所述第二MOS管均工作在亚阈值区。
优选的，所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压的计算公式为：
VC＝V1/2－[nkln(a/b)/2q]T；
其中，VC为所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压，V1为所述第一电源电压，n是一个和偏置电压相关的修正因子，k是波尔兹曼常数，q是电子的电量，a/b是所述第二MOS管与所述第一MOS管的比值，T是温度。
优选的，所述第一电源电压不随温度变化，所述第二MOS管与所述第一MOS管的比值a/b可调，以实现所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压的温度系数与所述电阻的温度系数相抵。
优选的，所述第二MOS管与所述第一MOS管的比值a/b的计算公式为：
a/b＝(W2/L2)/(W1/L1)；
其中，W1是第一MOS管的宽，L1是第一MOS管的长，W2是第二MOS管的宽，L2是第二MOS管的长。
本发明提供的温度补偿的电流产生电路，第一MOS管与第二MOS管之间的电压，通过运算放大器的负反馈作用加到电阻上；而第一MOS管与第二MOS管之间的电压，也即运算放大器的反相输入端电压，其温度系数与电阻的温度系数相抵，从而能够产生随温度变化小的稳定电流。并且，本发明中的温度补偿的电流产生电路，以MOS管作为基础元件实现上述原理，相比现有技术减小了电路的整体面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的温度补偿的电流产生电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的温度补偿的电流产生电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种温度补偿的电流产生电路，以解决现有技术中总面积大的问题。
具体的，该温度补偿的电流产生电路，如图2所示，包括：第一MOS管PM1、第二MOS管PM2、第三MOS管PM3、电阻R1及运算放大器X1；其中：
第一MOS管PM1的源极接收第一电源电压V1；
第一MOS管PM1的栅极和漏极，与第二MOS管PM2的源极和运算放大器X1的反相输入端相连；
第二MOS管PM2的栅极和漏极，与电阻R1的一端相连；
电阻R1的另一端与运算放大器X1的同相输入端及第三MOS管PM3的漏极相连；
第三MOS管PM3的栅极与运算放大器X1的输出端相连；
第三MOS管PM3的源极接收第二电源电压VDDA；
第一MOS管PM1和第二MOS管PM2之间的电压，即输入至运算放大器X1的反相输入端电压，通过运算放大器X1的负反馈作用加到电阻R1上，且第一MOS管PM1和第二MOS管PM2之间的电压的温度系数与电阻R1的温度系数相抵。
优选的，第一MOS管PM1与第二MOS管PM2均工作在亚阈值区Subthreshold region。
亚阈值区是指MOS管的栅极电压Vgs处在阈值电压VT以下、又没有出现导电沟道的一种工作状态，即是Vgs≤VT、表面势ψs≈费米势ψb(即表面为弱反型)的状态。这时还是有一股较小的电流通过器件，该电流即称为亚阈电流；亚阈电流虽然较小，但是它却能很好地够受到栅极电压的控制，所以亚阈状态的MOS管在低电压、低功耗应用时很有利。
参见图2，第一MOS管PM1与第二MOS管PM2串联，所以流过第一MOS管PM1与第二MOS管PM2的电流相同，即I1＝I2。
而流过第一MOS管PM1与第二MOS管PM2的电流的计算公式分别为：
其中，W1是第一MOS管PM1的宽，L1是第一MOS管PM1的长，W2是第二MOS管PM2的宽，L2是第二MOS管PM2的长，VC为第一MOS管PM1和第二MOS管PM2之间的电压，V1为第一电源电压，n是一个和偏置电压相关的修正因子，k是波尔兹曼常数，q是电子的电量，T是温度。
又因为I1＝I2，所以可以得到：
Figure BDA0001515794620000043
而第二MOS管PM2与第一MOS管PM1的比值a/b＝(W2/L2)/(W1/L1)；
则根据上式进行变换，可以得到第一MOS管PM1和第二MOS管PM2之间的电压，也即运算放大器X1的反相输入端电压，其计算公式为：
VC＝V1/2－[nkln(a/b)/2q]T。
实际应用中，第一电源电压V1可以由电源输出进行分压而得，也可以是其他方式，只要是不随温度变化的电压值即可，均在本申请的保护范围内；因此，可以通过调节第一MOS管PM1与第二MOS管PM2的长、宽，改变第二MOS管PM2与第一MOS管PM1的比值a/b，使第一MOS管PM1和第二MOS管PM2之间的电压的温度系数与电阻R1的温度系数绝对值相等；进而将第一MOS管PM1与第二MOS管PM2之间的电压，即运算放大器X1的反相输入端电压，通过运算放大器X1的负反馈作用加到电阻R1上，实现电压VC的温度系数与电阻R1的温度系数相抵，从而产生随温度变化小的稳定电流。
本实施例提供的该温度补偿的电流产生电路，其第一MOS管PM1与第二MOS管PM2之间的电压，通过运算放大器X1的负反馈作用加到电阻R1上；而第一MOS管PM1与第二MOS管PM2之间的电压，也即运算放大器X1的反相输入端电压，其温度系数与电阻R1的温度系数相抵，从而能够产生随温度变化小的稳定电流。并且，本发明中的温度补偿的电流产生电路，以MOS管作为基础元件实现上述原理，相比现有技术减小了电路的整体面积。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种温度补偿的电流产生电路，其特征在于，包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、电阻及运算放大器；其中：
所述第一MOS管的源极接收第一电源电压；
所述第一MOS管的栅极和漏极，与所述第二MOS管的源极和所述运算放大器的反相输入端相连；
所述第二MOS管的栅极和漏极，与所述电阻的一端相连；
所述电阻的另一端与所述运算放大器的同相输入端及所述第三MOS管的漏极相连；
所述第三MOS管的栅极与所述运算放大器的输出端相连；
所述第三MOS管的源极接收第二电源电压；
所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压通过所述运算放大器的负反馈作用加到所述电阻上，且所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压的温度系数与所述电阻的温度系数相抵；
所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压的计算公式为：
VC＝V1/2－[nkln(a/b)/2q]T；
其中，VC为所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压，V1为所述第一电源电压，n是一个和偏置电压相关的修正因子，k是波尔兹曼常数，q是电子的电量，a/b是所述第二MOS管与所述第一MOS管的比值，T是温度。
2.根据权利要求1所述的温度补偿的电流产生电路，其特征在于，所述第一MOS管与所述第二MOS管均工作在亚阈值区。
3.根据权利要求1所述的温度补偿的电流产生电路，其特征在于，所述第一电源电压不随温度变化，所述第二MOS管与所述第一MOS管的比值a/b可调，以实现所述第一MOS管和所述第二MOS管之间的电压的温度系数与所述电阻的温度系数相抵。
4.根据权利要求3所述的温度补偿的电流产生电路，其特征在于，所述第二MOS管与所述第一MOS管的比值a/b的计算公式为：
a/b＝(W2/L2)/(W1/L1)；
其中，W1是第一MOS管的宽，L1是第一MOS管的长，W2是第二MOS管的宽，L2是第二MOS管的长。
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