CN108376010A - 一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源 - Google Patents

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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
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Abstract

本发明公开一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，包括带隙基准电路，产生带隙基准电压；电流源产生电路，产生低温漂电流源；带隙基准电路由MOS管M1、M2、M3和PNP管Q1、Q2及电阻R1、R2、R3组成；电流源产生电路包括MOS管M4；MOS管M4的源极连接电源VCC，MOS管M4的栅极连接MOS管M3的栅极，MOS管M4的漏极产生低温漂电流源Iref。本发明旨在根据带隙基准的原理，把热电压VT和PN节电压VBE，进行任意组合，得到工艺本征电阻相近的温度系数，从而非常方便的得到低温漂的电流源，而且完全不依赖于任意特定温度系数的电阻，同时实现了低温漂的电流源和电压源。

Description

一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源。
背景技术
高精度低温漂电流源或电压源，在集成电路中被广泛应用，比如热敏电阻的偏置，使得系统温度检测简单可靠。
电流源都是由电压除电阻得到，即I＝V/R。常规高精度电流源中，要得到低温漂的高精度电流源，主要有以下方式：
1、电压由带隙基准实现，选取低温漂的电阻(电阻可以是正负温度系数的不同类型组合来实现)，得到低温漂的电流源；
2、电压由热电压VT实现，选取与热电压VT温度系数接近的电阻，得到低温漂电流源。
所描述的两种电流源产生方式，都要求电阻的温度系数必须跟特定的电压源的温度系数相关，在半导体工艺中，要满足特定温度系数的电阻，不容易得到。因而，这种低温漂的电流源往往就不容易实现，基于这种情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，旨在根据带隙基准的原理，把热电压VT(正温度系数)和PN节电压VBE(负温度系数)，进行任意组合，得到工艺本征电阻相近的温度系数，从而非常方便的得到低温漂的电流源。
本发明的技术方案如下：一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，包括：
带隙基准电路，产生带隙基准电压；
电流源产生电路，产生低温漂电流源；
带隙基准电路由MOS管M1、M2、M3和PNP管Q1、Q2及电阻R1、R2、R3组成；
MOS管M1、M2、M3的源极连接电源VCC；MOS管M2的栅极连接MOS管M1的栅极和漏极，MOS管M3的栅极连接MOS管M2的漏极；MOS管M1的漏极连接PNP管Q1的集电极，PNP管Q1的基极与PNP管Q2的基极连接并产生带隙基准电压Vdg；PNP管Q1的发射极通过电阻R2接地；MOS管M2的漏极连接PNP管Q2的集电极，PNP管Q2的基地通过电阻R3接地，PNP管Q2的发射极依次通过电阻R1、R2接地；
电流源产生电路包括MOS管M4；
MOS管M4的源极连接电源VCC，MOS管M4的栅极连接MOS管M3的栅极，MOS管M4的漏极产生低温漂电流源Iref。
进一步地，所述MOS管M2镜像MOS管M1的电流，两者的宽长比一样，源漏电流相等；所述MOS管M4镜像MOS管M3的电流，MOS管M4的源漏电流即为所述低温漂电流源Iref。
进一步地，所述低温漂电流源Iref等于带隙基准电压Vdg除以电阻R3所得到的数值。
进一步地，所述带隙基准电压Vdg等于MOS管M1、M2的源漏电流之和乘以电阻R2再加上PNP管Q1的BE节电压所得到的数值。
进一步地，所述MOS管M1的源漏电流等于MOS管M2的源漏电流等于PNP管Q1的BE节电压减去PNP管Q2的BE节电压之值再除以电阻R1所得到的数值。
在另一技术方案中，所述电流源产生电路还包括MOS管M5；MOS管M5的源极连接电源VCC，MOS管M5的栅极与MOS管M1的漏极连接，MOS管M5、M4的漏极共同产生低温漂电流源Iref。
其中，所述MOS管M4的源漏电流镜像MOS管M3的源漏电流。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1)本发明，简单实现了零温漂电流源，而且不依赖于某种特定温度系数的电阻；
2)本发明，同时实现了低温漂的电流源和电压源。
附图说明
图1为本发明实施例一所述一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源的电路原理图；
图2为本发明实施例二所述一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本发明的电路组成：
包括由MOS管M1、M2、M3和PNP管Q1、Q2及电阻R1、R2、R3所组成的带隙基准电路，其产生带隙基准电压Vdg；
电流源产生电路，包括MOS管M4，其产生低温漂电流源Iref。
具体地，MOS管M1、M2、M3的源极连接电源VCC；MOS管M2的栅极连接MOS管M1的栅极和漏极，MOS管M3的栅极连接MOS管M2的漏极；MOS管M1的漏极连接PNP管Q1的集电极，PNP管Q1的基极与PNP管Q2的基极连接并产生带隙基准电压Vdg；PNP管Q1的发射极通过电阻R2接地；MOS管M2的漏极连接PNP管Q2的集电极，PNP管Q2的基地通过电阻R3接地，PNP管Q2的发射极依次通过电阻R1、R2接地；MOS管M4的源极连接电源VCC，MOS管M4的栅极连接MOS管M3的栅极，MOS管M4的漏极产生低温漂电流源Iref。
MOS管M2镜像MOS管M1的电流，两者的宽长比一样，源漏电流相等；MOS管M4镜像MOS管M3的电流，两者的宽长比可以按照需要配置，MOS管M4的源漏电流即是所设计的低温漂电流源Iref.
根据公式1：
Iref＝Vdg/R3；
公式2：
Vdg＝(IM1+IM2)*R2+VBE1；
IM1：MOS管M1的源漏电流；
IM2：MOS管M2的源漏电流；
VBE1：PNP管Q1的BE节电压。
把公式2代入公式1有：
公式3：Iref＝[IM1+IM2)*R2+VBE1]/R3；
而IM1＝IM2＝(VBE1-VBE2)/R1；
VBE2：PNP管Q2的BE节电压；
PNP管Q1、Q2的集电极电流IC1＝IC2＝IM1＝IM2，根据三极管基极电压与集电极电流公式可得：
公式4：IM1＝IM2＝[VT*ln(IC1/IS1)-VT*ln(IC2/IS2)]/R1；
IC1：PNP管Q1的集电极电流；
IC2：PNP管Q2的集电极电流；
IS1：PNP管Q1的饱和电流；
IS2：PNP管Q2的饱和电流；
VT：热电压，常温下等于26mV，其为正温度系数。
把公式4代入公式3，有：
Iref＝[R2/R1*ln(IS2/IS1)*VT+VBE1]/R3，令K＝R2/R1*ln(IS2/IS1)，Iref简化为：Iref＝(K*VT+VBE1)/R3。
由此可以看出，只要调节VT前面的系数K，使得分子的温度系数与R3匹配，理论上即可得到零温漂的参考电流源Iref，而系数K是可以任意设计来匹配任意电阻R3的温度系数。
实施例二
如图2所示，本实施例在实施例一的基础上做了改进，使其可以同时得到低温漂的电流源，也可得到低温漂的带隙基准电压。
电流源产生电路还包括MOS管M5；MOS管M5的源极连接电源VCC，MOS管M5的栅极与MOS管M1的漏极连接，MOS管M5、M4的漏极共同产生低温漂电流源Iref。
为了得到低温漂电压源，确保Vbg是带隙基准电压，即Vbg的温漂为零。MOS管M4源漏电流IM4镜像MOS管M3源漏电流IM3。
根据公式5：
IM4＝K1*IM3＝K1*(Vbg/R3)；
K1：M3与M4的宽长比例。
因为Vbg的温度系数设计为零。IM4的温度系数只由R3的温度系数决定。而MOS管M5源漏电流IM5镜像MOS管M1的源漏电流IM1。由以上计算可得：
公式6：IM5＝K2*IM1＝[K2*VT*ln(IS2/IS1)]/R1；
K2：M5与M1的宽长比例。
而Iref＝IM4+IM5，代入公式5和公式6，得到：
Iref＝(K1*Vbg)/R3+[K2*VT*ln(IS2/IS1)]/R1；
选取不同K1和K2，可得低温漂系数的电流源Iref。
综上所述，本发明简单实现了零温漂电流源，而且完全不依赖于任意特定温度系数的电阻，同时实现了低温漂的电流源和电压源。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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 (7)

1.一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，包括：
带隙基准电路，产生带隙基准电压；
电流源产生电路，产生低温漂电流源；
带隙基准电路由MOS管M1、M2、M3和PNP管Q1、Q2及电阻R1、R2、R3组成；
MOS管M1、M2、M3的源极连接电源VCC；MOS管M2的栅极连接MOS管M1的栅极和漏极，MOS管M3的栅极连接MOS管M2的漏极；MOS管M1的漏极连接PNP管Q1的集电极，PNP管Q1的基极与PNP管Q2的基极连接并产生带隙基准电压Vdg；PNP管Q1的发射极通过电阻R2接地；MOS管M2的漏极连接PNP管Q2的集电极，PNP管Q2的基地通过电阻R3接地，PNP管Q2的发射极依次通过电阻R1、R2接地；
电流源产生电路包括MOS管M4；
MOS管M4的源极连接电源VCC，MOS管M4的栅极连接MOS管M3的栅极，MOS管M4的漏极产生低温漂电流源Iref。
2.根据权利要求1所述的一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，所述MOS管M2镜像MOS管M1的电流，两者的宽长比一样，源漏电流相等；所述MOS管M4镜像MOS管M3的电流，MOS管M4的源漏电流即为所述低温漂电流源Iref。
3.根据权利要求2所述的一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，所述低温漂电流源Iref等于带隙基准电压Vdg除以电阻R3所得到的数值。
4.根据权利要求3所述的一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，所述带隙基准电压Vdg等于MOS管M1、M2的源漏电流之和乘以电阻R2再加上PNP管Q1的BE节电压所得到的数值。
5.根据权利要求4所述的一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，所述MOS管M1的源漏电流等于MOS管M2的源漏电流等于PNP管Q1的BE节电压减去PNP管Q2的BE节电压之值再除以电阻R1所得到的数值。
6.根据权利要求1所述的一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，所述电流源产生电路还包括MOS管M5；MOS管M5的源极连接电源VCC，MOS管M5的栅极与MOS管M1的漏极连接，MOS管M5、M4的漏极共同产生低温漂电流源Iref。
7.根据权利要求6所述的一种适于任意电阻类型的低温漂高精度电流源，其特征在于，所述MOS管M4的源漏电流镜像MOS管M3的源漏电流。
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