CN108363447B - 一种具有工艺补偿的低温度系数全mos型电流源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有工艺补偿的低温度系数全MOS型电流源电路，包括：启动电路，工艺补偿偏置电路，基准电流产生电路，二级补偿电路。通过工艺补偿偏置电路，降低了亚阈值基准电流产生电路受工艺偏差的影响；同时利用二级补偿电路，获得低温度系数。本发明公开的全MOS电流源电路具有工艺偏差小、温度系数低、结构简单、无电阻、无双极型晶体管等优点；本发明适用于基准电流源电路中。

Description

一种具有工艺补偿的低温度系数全MOS型电流源电路
技术领域
本发明涉及电流源领域，尤其涉及一种具有工艺补偿的全MOS型电流源电路。
背景技术
电流源是许多电路中的基本结构，既可以为电路提供恒定偏置电流，也可以作为放大器的有源负载。图1所示，为传统的电流源电路结构，电阻R0确定该电流源的电流值，同时提供一定的温度补偿。通常使用的电阻类型包括扩散电阻、多晶硅电阻等。然而，在集成电路制造过程中，电阻阻值受工艺波动影响变化较大，会导致实际的输出电流发生较大变化，同时电阻的温度特性难以精确补偿电阻以外其他晶体管所引入的负温特性，导致输出电流值的温度特性不理想。因此，发明具有低温度系数、与工艺无关的电流源电路十分重要。
发明内容
根据上述趋势，本发明提供了一种具有工艺补偿的全MOS型电流源电路，其二级补偿电路可以减小输出电流的温度系数，工艺补偿偏置电路可以追踪工艺变化，使其偏置的MOS管等效电阻一直保持恒定，从而抑制工艺波动所导致的电流源偏离设计值。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种具有二级补偿的全MOS型电流源电路，该电路包括启动电路；工艺补偿偏置电路；基准电流产生电路；二级补偿电路。
其中，偏置电路包括，第一PMOS管，第二PMOS管，第三PMOS管，第一NMOS管，第二NMOS管，第三NMOS管，第四NMOS管。其中，第一PMOS管源极与电源端子相连，漏极与第一NMOS管漏极相连，同时与其栅极、第一NMOS管栅极相连；第一NMOS管漏极与其栅极相连，源极与接地端子相连；第二PMOS管源极与电源端子相连，漏极与第二NMOS管漏极相连，同时与其栅极相连；第二NMOS管，栅极与第一PMOS管漏极、第一NMOS管漏极相连，源极与接地端子相连；第三PMOS管源极与电源端子相连，漏极与第三NMOS管栅极、漏极相连，栅极与第二PMOS管漏极、第二NMOS管漏极相连；第三NMOS管，栅极与其漏极相连，漏极与基准电流产生电路第七NMOS管栅极相连，源极与第四NMOS管栅极、漏极相连；第四NMOS管，栅极与其漏极相连，源极与接地端子相连。
其中，基准电流产生电路包括，第四PMOS管，第五PMOS管，第五NMOS管，第六NMOS管，第七NMOS管，第八NMOS管，第九NMOS管，其中，第四PMOS管源极与电源端子相连，栅极与其漏极、第五PMOS管栅极相连，漏极与第五NMOS管漏极相连；第五NMOS管栅极与第六NMOS管栅极相连，源极与第七NMOS管漏极相连；第七NMOS管栅极与偏置电路第三NMOS管漏极、栅极及第三PMOS管漏极相连，源极与第八NMOS管栅极、漏极相连；第八NMOS管漏极与其栅极相连，源极与接地端子相连；第五PMOS管源极与电源端子相连，漏极与第六NMOS管漏极、栅极相连；第六NMOS管栅极与其漏极相连，源极与第九NMOS管漏极、栅极相连；第九NMOS管漏极与其栅极相连，源极与接地端子相连。
其中，二级补偿电路包括：第六PMOS管，第七PMOS管，第八PMOS管，第十NMOS管，第十一NMOS管，第十二NMOS管，其中，第六PMOS管源极与电源端子相连，栅极与工艺补偿偏置电路第三PMOS栅极相连，漏极与第十NMOS管漏极、第七PMOS管栅极相连；第十NMOS管栅极与基准电流产生电路第九NMOS管栅极、漏极相连，漏极与第七PMOS管栅极相连，源极与接地端子相连；第七PMOS管源极与电源端子相连，漏极与第十一NMOS管漏极、栅极相连；第十一NMOS管漏极与其栅极相连，栅极与第十二NMOS管栅极相连，源极与接地端子相连；第八PMOS管源极与电源端子相连，栅极与基准电流产生电路第四PMOS管栅极、第五PMOS管栅极相连，漏极与所述一种具有工艺补偿的低温度系数全MOS型电流源电路的输出端口相连；第十二NMOS管漏极与第八PMOS管漏极相连，源极与接地端子相连。
其中，启动电路包括，第九PMOS管，第十三NMOS管，第十四NMOS管，其中，第九PMOS管源极与电源端子相连，漏极与第十三NMOS管漏极、第十四NMOS管栅极相连，栅极与第十三NMOS管栅极相连，同时与基准电流产生电路第四PMOS管，第五PMOS管栅极相连；第十三NMOS管漏极与第十四NMOS管栅极相连，源极与接地端子相连；第十四NMOS管漏极与电源端子相连，源极与基准电流产生电路第四PMOS管漏极、第五NMOS管漏极相连。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
在本发明的实施例中，工艺补偿偏置电路可以跟踪工艺变化，使输出电流受工艺变化较小，二级补偿电路可以降低温度系数，因此，最后的输出电流值将具有温度系数低和工艺偏差小的特性。
附图说明
图1为传统电流源的电路结构示意图；
图2为本发明具体实施例中具有工艺补偿的低温度系数全MOS型电流源电路结构示意图；
图3为本发明具体实施例中工艺补偿偏置电路结构示意图；
图4为本发明具体实施例中基准电流产生电路结构示意图；
图5为本发明具体实施例中二级补偿电路结构示意图。
附图标记说明：
1启动电路
2工艺补偿偏置电路
3基准电流产生电路
4二级补偿电路
5启动电路输入端口
6启动电路输出端口
7工艺补偿偏置电路第一输出端口
8工艺补偿偏置电路第二输出端口
9基准电流产生电路第一输入端口
10基准电流产生电路第二输入端口
11基准电流产生电路第一输出端口
12基准电流产生电路第二输出端口
13二级补偿电路第一输入端口
14二级补偿电路第二输入端口
15二级补偿电路第三输入端口
VDD电源端子
GND基准电压输出端口
IOUT电流源输出端口
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不被这里阐述的实施例所限制。
如图2至图5所示，一种具有二级补偿的全MOS型电流源电路，其包括启动电路1、工艺补偿偏置电路2、基准电流产生电路3、二级补偿电路4。
其中，启动电路的输入端口5与基准电流产生电路的第一输出端口11相连，启动电路的输出端口6与基准电流产生电路第二输入端口10相连，偏置电路的第一输出端口7与基准电流产生电路第一输入端口9相连，基准电流产生电路第二输出端口12与二级补偿电路第一输入端口13相连，二级补偿电路第二输入端口14与基准电流产生电路第一输出端口11相连，二级补偿电路第三输入端口15与工艺补偿偏置电路第二输出端口8相连。
其中，在本发明的具体实施例中，基准电流产生电路在电源上电时，如果所有的晶体管均传输零电流，因为环路两边的分支允许零电流，则他们可以无限期地保持关断。因此，我们需要施加启动电路，防止在电源上电过程中，电路无法正常工作，而当电路启动正常工作后，启动电路关断，对电路工作没有任何影响。
其中，在本发明的具体实施例中，工艺补偿偏置电路用来产生一个可以随工艺变化而变化的电压来追踪工艺变化，其中，第一PMOS管、第二NMOS管、第三PMOS管、第三NMOS管为长沟道MOS管，第二PMOS管、第一NMOS管为短沟道MOS管。
其中，在本发明的具体实施例中，基准电流产生电路第七NMOS管工作在线性区，充当一个电阻，第八NMOS管、第九NMOS管工作在亚阈值区，产生的电流表达式为
Figure BDA0001587364310000041
其中，η为亚阈值斜率修正因子，VT为热电压，N为第八NMOS管与第九NMOS管的尺寸比，R为工作在线性区的第七NMOS管等效电阻，其具有正温特性，与热电压VT正温系数相抵消，从而得到一个与温度无关的输出电流。
其中，在本发明的具体实施例中，二级补偿电路第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管均工作在亚阈值区，在高温段抽取输出电流值，来达到降低温度系数的目的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种具有工艺补偿的低温度系数全MOS型电流源电路包括：启动电路，工艺补偿偏置电路，基准电流产生电路，二级补偿电路；其特征在于，工艺补偿偏置电路由第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管组成，其中，所述第一PMOS管，源极与电源端子相连，漏极与第一NMOS管漏极相连，同时与第一PMOS管栅极、第一NMOS管栅极相连；所述第一NMOS管，漏极与栅极相连，源极与接地端子相连；所述第二PMOS管，源极与电源端子相连，漏极与第二NMOS管漏极相连，同时与第二PMOS管栅极相连；所述第二NMOS管，栅极与第一PMOS管漏极、第一NMOS管漏极相连，源极与接地端子相连；所述第三PMOS管，源极与电源端子相连，漏极与第三NMOS管栅极、漏极相连，栅极与第二PMOS管漏极、第二NMOS管漏极相连；所述第三NMOS管，栅极与漏极相连，漏极与基准电流产生电路第七NMOS管栅极相连，源极与第四NMOS管栅极、漏极相连；所述第四NMOS管，栅极与漏极相连，源极与接地端子相连，工艺补偿偏置电路产生的偏置电压能跟随工艺的变化，为工作在线性区的第七NMOS管提供偏置，补偿工艺变化所导致的第七NMOS管阻值变化，从而保证该第七NMOS管的等效电阻值与工艺角无关；基准电流产生电路由第四PMOS管、第五PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管组成，其中，所述第四PMOS管，源极与电源端子相连，栅极与第四PMOS管漏极、第五PMOS管栅极相连，漏极与第五NMOS管漏极相连；所述第五NMOS管，栅极与第六NMOS管栅极相连，源极与第七NMOS管漏极相连；所述第七NMOS管，栅极与工艺补偿偏置电路第三NMOS管漏极、栅极及第三PMOS管漏极相连，源极与第八NMOS管栅极、漏极相连；所述第八NMOS管，漏极与栅极相连，源极与接地端子相连；所述第五PMOS管，源极与电源端子相连，漏极与第六NMOS管漏极、栅极相连；所述第六NMOS管，栅极与漏极相连，源极与第九NMOS管漏极、栅极相连；所述第九NMOS管，漏极与栅极相连，源极与接地端子相连；二级补偿电路由第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管组成，其中，所述第六PMOS管，源极与电源端子相连，栅极与工艺补偿偏置电路第三PMOS管栅极相连，漏极与第十NMOS管漏极、第七PMOS管栅极相连；所述第十NMOS管，栅极与基准电流产生电路第九NMOS管栅极、漏极相连，漏极与第七PMOS管栅极相连，源极与接地端子相连；所述第七PMOS管，源极与电源端子相连，漏极与第十一NMOS管漏极、栅极相连；所述第十一NMOS管，漏极与栅极相连，栅极与第十二NMOS管栅极相连，源极与接地端子相连；所述第八PMOS管，源极与电源端子相连，栅极与基准电流产生电路第四PMOS管栅极、第五PMOS管栅极相连，漏极与所述一种具有工艺补偿的低温度系数全MOS型电流源电路的输出端口相连；所述第十二NMOS管，漏极与第八PMOS管漏极相连，源极与接地端子相连，栅极与第十一NMOS管栅极相连，二级补偿电路在一级补偿的基础上，当工作温度较高时，抽取电流，优化温漂曲线的曲率，从而大幅度降低温度系数。
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