CN108536208A - 偏置电流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏置电流电路,包括:偏置电流主体单元、输出单元和电源电压自适应单元;偏置电流主体单元,包括第一和二PMOS管、第一和二NMOS管和第一电阻;第一NMOS管和第一PMOS管组成第一电流路径;第一电阻、第二NMOS管和第二PMOS管组成第二电流路径;电源电压自适应单元包括第三MOS晶体管、上拉电流源和下拉电流源;第三MOS晶体管连接在第一和二PMOS管的栅极连接的第一节点和第二NMOS管和第二PMOS管的漏极连接的第二节点之间,上拉电流源和第一PMOS管呈镜像结构,上下拉电流源的电流大小相等。本发明能扩展电路的低压应用范围,使电路在高低压下都能正常工作。

Description

偏置电流电路
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路,特别是涉及一种偏置电流电路。
背景技术
如图1所示,是现有偏置电流电路的结构图;包括由PMOS管P1和NMOS管N1连接形成的第一电流路径,由PMOS管P2、NMOS管N2和电阻R1连接形成的第二电流路径,由PMOS管P3组成的输出路径。PMOS管P1和P2和P3连接形成镜像结构,PMOS管P1和P2和P3的源极都连接电源电压VCC,PMOS管P1和P2和P3的栅极都连接到节点NET2。PMOS管P3的漏极输出偏置电流I1。
PMOS管P1的漏极、NMOS管N1的漏极和栅极以及NMOS管N2的栅极都连接节点NET1。NMOS管N2的漏极连接节点NET2。
NMOS管N1的源极都接地。电阻R2连接在NMOS管N2的源极和地之间。
图1所示的结构在电源电压VCC较大时能够很好的工作。但是,随着手持设备的普及,出现了越来越多的低压低功耗需求,偏置电流电路应用于各种模拟电路中,对于更低的工作电压即图1中的电源电压VCC也成为了一个挑战。由图1所示可知,电路正常工作时,电源电压VCC和节点NET2的电压差要大于PMOS管P1的阈值电压,节点NET1的电压要大于NMOS管N1的阈值电压。当电源电压VCC降低时,节点NET1和NET2的电压也会降低,电源电压VCC和节点NET2的电压差以及节点NET1的电压可能会接近或小于对应的PMOS管或NMOS管的阈值电压,从而会影响电路的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种偏置电流电路,能扩展电路的低压应用范围,使电路在高低压下都能正常工作。
为解决上述技术问题,本发明提供的偏置电流电路包括:偏置电流主体单元、输出单元和电源电压自适应单元。
偏置电流主体单元,包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管和第一电阻。
所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的栅极都连接到第一节点并组成镜像结构。
所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极都连接电源电压。
所述第一NMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的漏极,所述第一NMOS管的源极接地。
所述第二NMOS管的漏极和所述第二PMOS管的漏极都连接到第二节点,所述第二NMOS管的源极连接所述第一电阻的第一端,所述第一电阻的第二端接地。
由所述第一NMOS管和所述第一PMOS管组成第一电流路径;由所述第一电阻、所述第二NMOS管和所述第二PMOS管组成第二电流路径。
所述输出单元和所述第一PMOS管镜像并输出偏置电流。
所述电源电压自适应单元包括第三MOS晶体管、上拉电流源和下拉电流源。
所述第三MOS晶体管的第一端连接所述第一节点,所述第三MOS晶体管的第二端连接所述第二节点,所述第三MOS晶体管的第三端为栅极且连接到使所述第三MOS晶体管保持导通的电位。
所述上拉电流源和所述第一PMOS管呈镜像结构,所述下拉电流源的电流大小等于所述上拉电流源的电流大小。
所述上拉电流源连接到所述第二节点,所述下拉电流源连接到所述第一节点,所述上拉电流源和所述下拉电流源的电流相等使所述上拉电流源通过所述第二节点全部流入到所述第三MOS晶体管中。
在所述电源电压降低时,所述下拉电流源使所述第一节点的电压降低并低于所述第二节点的电压,所述第三MOS晶体管的第一端和第二端之间的源漏电压增加,所述第一节点的电压降低使所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的性能变好。
进一步的改进是,所述第三MOS晶体管为第三PMOS管,所述第三MOS管的第一端为漏极,所述第三MOS管的第二端为源极,所述第三MOS管的第三端接地。
进一步的改进是,所述上拉电流源由第四PMOS管组成,所述第四PMOS管的源极连接电源电压,所述第四PMOS管的栅极连接所述第一节点,所述第四PMOS管的漏极连接所述第二节点。
进一步的改进是,所述下拉电流源由第三NMOS管组成,所述第三NMOS管的源极接地,所述第三NMOS管漏极连接所述第一节点,所述第三NMOS管的栅极连接使所述下拉电流源的电流等于所述上拉电流源的电流的偏置电压。
进一步的改进是,所述第三NMOS管的栅极的偏置电压由第三电流路径提供,所述第三电流路径包括和所述第四PMOS管相镜像的第一镜像电路以及和所述第三NMOS管相镜像的第二镜像电路,所述第一镜像电路的电流和所述第二镜像电路的电流相等并由所述第一镜像电路和所述第二镜像电路连接形成所述第三电流路径。
进一步的改进是,所述第一镜像电路的电流和所述上拉电流源的电流的比例值等于所述第二镜像电路和所述下拉电流源的电流的比例值。
进一步的改进是,所述第一电流路径的电流等于所述第二电流路径的电流。
进一步的改进是,所述上拉电流源的电流小于所述第一电流路径的电流。
进一步的改进是,所述第一镜像电路由第五PMOS管组成,所述第五PMOS管的源极连接电源电压,所述第五PMOS管的漏极连接所述第二镜像电路,所述第五PMOS管的栅极连接所述第一节点。
进一步的改进是,所述第二镜像电路由第四NMOS管组成,所述第四NMOS管的源极接地,所述第四NMOS管的漏极连接所述第一镜像电路,所述第四NMOS管的栅极连接所述第三NMOS管的栅极。
进一步的改进是,所述输出单元由第六PMOS管组成,所述第六PMOS管的源极连接电源电压,所述第六PMOS管的栅极连接所述第一节点,所述第六PMOS管的漏极输出所述偏置电流。
本发明通过设置电源电压自适应单元,能在偏置电流主体单元的第一和二PMOS管的栅极连接形成的第一节点和第二NMOS管的漏极和第二PMOS管的漏极连接形成的第二节点之间设置有一个第三MOS晶体管,第三MOS晶体管的两端分别连接大小相等的上拉电流源和下拉电流源,上拉电流源和下拉电流源能在不影响偏置电流主体单元的电流的情况下,根据电源电压的大小自适应调节第一节点和第二节点之间的电压差即第三MOS晶体管的源漏电压,从而能实现在电源电压较小时使第一节点和第二节点之间具有较大的电压差,从而使第一节点电压小于第二节点电压,第一节点减小会提高第一PMOS管的栅源电压差,从而使述第一PMOS管和第二PMOS管的性能变好,所以本发明能改善电路在低压工作时的性能,所以能扩展电路的低压应用范围。
同时,当电源电压为高压时,第三MOS晶体管的源漏基本不产生电压差,也即相当于将第一节点和第二节点连接在一起,这和现有电路结构是相同,故本发明的电路在高压下依然能很好的工作,所以本发明能使电路在高低压下都能正常工作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是现有偏置电流电路的结构图;
图2是本发明实施例偏置电流电路的结构图。
具体实施方式
如图2所示,是本发明实施例偏置电流电路的结构图,本发明实施例偏置电流电路包括:偏置电流主体单元1、输出单元2和电源电压自适应单元。
偏置电流主体单元1,包括第一PMOS管P101、第二PMOS管P102、第一NMOS管N101、第二NMOS管N102和第一电阻R101。
所述第一PMOS管P101的栅极和所述第二PMOS管P102的栅极都连接到第一节点NET1并组成镜像结构。
所述第一PMOS管P101的源极和所述第二PMOS管P102的源极都连接电源电压VCC。
所述第一NMOS管N101的漏极连接所述第一PMOS管P101的漏极,所述第一NMOS管N101的源极接地GND。
所述第二NMOS管N102的漏极和所述第二PMOS管P102的漏极都连接到第二节点NET2,所述第二NMOS管N102的源极连接所述第一电阻R101的第一端,所述第一电阻R101的第二端接地GND。
由所述第一NMOS管N101和所述第一PMOS管P101组成第一电流路径;由所述第一电阻R101、所述第二NMOS管N102和所述第二PMOS管P102组成第二电流路径。
所述输出单元2和所述第一PMOS管P101镜像并输出偏置电流I101。
所述电源电压自适应单元包括第三MOS晶体管3、上拉电流源4和下拉电流源5。
所述第三MOS晶体管3的第一端连接所述第一节点NET1,所述第三MOS晶体管3的第二端连接所述第二节点NET2,所述第三MOS晶体管3的第三端为栅极且连接到使所述第三MOS晶体管3保持导通的电位。
所述上拉电流源4和所述第一PMOS管P101呈镜像结构,所述下拉电流源5的电流大小等于所述上拉电流源4的电流大小。
所述上拉电流源4连接到所述第二节点NET2,所述下拉电流源5连接到所述第一节点NET1,所述上拉电流源4和所述下拉电流源5的电流相等使所述上拉电流源4通过所述第二节点NET2全部流入到所述第三MOS晶体管3中。
在所述电源电压VCC降低时,所述下拉电流源5使所述第一节点NET1的电压降低并低于所述第二节点NET2的电压,所述第三MOS晶体管3的第一端和第二端之间的源漏电压增加,所述第一节点NET1的电压降低使所述第一PMOS管P101和所述第二PMOS管P102的性能变好。
本发明实施例中,所述第三MOS晶体管3为第三PMOS管P103,所述第三MOS管的第一端为漏极,所述第三MOS管的第二端为源极,所述第三MOS管的第三端接地GND。
所述上拉电流源4由第四PMOS管P104组成,所述第四PMOS管P104的源极连接电源电压VCC,所述第四PMOS管P104的栅极连接所述第一节点NET1,所述第四PMOS管P104的漏极连接所述第二节点NET2。
所述下拉电流源5由第三NMOS管N103组成,所述第三NMOS管N103的源极接地GND,所述第三NMOS管N103漏极连接所述第一节点NET1,所述第三NMOS管N103的栅极连接使所述下拉电流源5的电流等于所述上拉电流源4的电流的偏置电压。
所述第三NMOS管N103的栅极的偏置电压由第三电流路径6提供,所述第三电流路径6包括和所述第四PMOS管P104相镜像的第一镜像电路7以及和所述第三NMOS管N103相镜像的第二镜像电路8,所述第一镜像电路7的电流和所述第二镜像电路8的电流相等并由所述第一镜像电路7和所述第二镜像电路8连接形成所述第三电流路径6。所述第一镜像电路7的电流和所述上拉电流源4的电流的比例值等于所述第二镜像电路8和所述下拉电流源5的电流的比例值。
本发明实施例中,所述第一镜像电路7由第五PMOS管P105组成,所述第五PMOS管P105的源极连接电源电压VCC,所述第五PMOS管P105的漏极连接所述第二镜像电路8,所述第五PMOS管P105的栅极连接所述第一节点NET1。
所述第二镜像电路8由第四NMOS管N104组成,所述第四NMOS管N104的源极接地GND,所述第四NMOS管N104的漏极连接所述第一镜像电路7,所述第四NMOS管N104的栅极连接所述第三NMOS管N103的栅极。
本发明实施例中,所述第一镜像电路7的电流和所述上拉电流源4的电流相等。所述第一电流路径的电流等于所述第二电流路径的电流。
所述上拉电流源4的电流小于所述第一电流路径的电流。
所述输出单元2由第六PMOS管P106组成,所述第六PMOS管P106的源极连接电源电压VCC,所述第六PMOS管P106的栅极连接所述第一节点NET1,所述第六PMOS管P106的漏极输出所述偏置电流I101。
本发明实施例通过设置电源电压自适应单元,能在偏置电流主体单元1的第一节点NET1和第二节点NET2之间设置有一个第三MOS晶体管3,第三MOS晶体管3的两端分别连接大小相等的上拉电流源4和下拉电流源5,上拉电流源4和下拉电流源5能在不影响偏置电流主体单元1的电流的情况下,根据电源电压VCC的大小自适应调节第一节点NET1和第二节点NET2之间的电压差即第三MOS晶体管3的源漏电压,从而能实现在电源电压VCC较小时使第一节点NET1和第二节点NET2之间具有较大的电压差,从而能减少第一节点NET1电压,第一节点NET1减小会提高第一PMOS管P101的栅源电压差,从而使述第一PMOS管P101和第二PMOS管P102的性能变好;所以本发明实施例能改善电路在低压工作时的性能,所以能扩展电路的低压应用范围。
同时,当电源电压VCC为高压时,第三MOS晶体管3的源漏基本不产生电压差,也即相当于将第一节点NET1和第二节点NET2连接在一起,这和现有电路结构是相同,故本发明的电路在高压下依然能很好的工作,所以本发明实施例能使电路在高低压下都能正常工作。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种偏置电流电路,其特征在于,包括:偏置电流主体单元、输出单元和电源电压自适应单元;
偏置电流主体单元,包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管和第一电阻;
所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的栅极都连接到第一节点并组成镜像结构;
所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极都连接电源电压;
所述第一NMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的漏极,所述第一NMOS管的源极接地;
所述第二NMOS管的漏极和所述第二PMOS管的漏极都连接到第二节点,所述第二NMOS管的源极连接所述第一电阻的第一端,所述第一电阻的第二端接地;
由所述第一NMOS管和所述第一PMOS管组成第一电流路径;由所述第一电阻、所述第二NMOS管和所述第二PMOS管组成第二电流路径;
所述输出单元和所述第一PMOS管镜像并输出偏置电流;
所述电源电压自适应单元包括第三MOS晶体管、上拉电流源和下拉电流源;
所述第三MOS晶体管的第一端连接所述第一节点,所述第三MOS晶体管的第二端连接所述第二节点,所述第三MOS晶体管的第三端为栅极且连接到使所述第三MOS晶体管保持导通的电位;
所述上拉电流源和所述第一PMOS管呈镜像结构,所述下拉电流源的电流大小等于所述上拉电流源的电流大小;
所述上拉电流源连接到所述第二节点,所述下拉电流源连接到所述第一节点,所述上拉电流源和所述下拉电流源的电流相等使所述上拉电流源通过所述第二节点全部流入到所述第三MOS晶体管中;
在所述电源电压降低时,所述下拉电流源使所述第一节点的电压降低并低于所述第二节点的电压,所述第三MOS晶体管的第一端和第二端之间的源漏电压增加,所述第一节点的电压降低使所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的性能变好。
2.如权利要求1所述的偏置电流电路,其特征在于:所述第三MOS晶体管为第三PMOS管,所述第三MOS管的第一端为漏极,所述第三MOS管的第二端为源极,所述第三MOS管的第三端接地。
3.如权利要求1或2所述的偏置电流电路,其特征在于:所述上拉电流源由第四PMOS管组成,所述第四PMOS管的源极连接电源电压,所述第四PMOS管的栅极连接所述第一节点,所述第四PMOS管的漏极连接所述第二节点。
4.如权利要求3所述的偏置电流电路,其特征在于:所述下拉电流源由第三NMOS管组成,所述第三NMOS管的源极接地,所述第三NMOS管漏极连接所述第一节点,所述第三NMOS管的栅极连接使所述下拉电流源的电流等于所述上拉电流源的电流的偏置电压。
5.如权利要求4所述的偏置电流电路,其特征在于:所述第三NMOS管的栅极的偏置电压由第三电流路径提供,所述第三电流路径包括和所述第四PMOS管相镜像的第一镜像电路以及和所述第三NMOS管相镜像的第二镜像电路,所述第一镜像电路的电流和所述第二镜像电路的电流相等并由所述第一镜像电路和所述第二镜像电路连接形成所述第三电流路径。
6.如权利要求5所述的偏置电流电路,其特征在于:所述第一镜像电路的电流和所述上拉电流源的电流的比例值等于所述第二镜像电路和所述下拉电流源的电流的比例值。
7.如权利要求6所述的偏置电流电路,其特征在于:所述第一电流路径的电流等于所述第二电流路径的电流。
8.如权利要求7所述的偏置电流电路,其特征在于:所述上拉电流源的电流小于所述第一电流路径的电流。
9.如权利要求5所述的偏置电流电路,其特征在于:所述第一镜像电路由第五PMOS管组成,所述第五PMOS管的源极连接电源电压,所述第五PMOS管的漏极连接所述第二镜像电路,所述第五PMOS管的栅极连接所述第一节点。
10.如权利要求5所述的偏置电流电路,其特征在于:所述第二镜像电路由第四NMOS管组成,所述第四NMOS管的源极接地,所述第四NMOS管的漏极连接所述第一镜像电路,所述第四NMOS管的栅极连接所述第三NMOS管的栅极。
11.如权利要求1所述的偏置电流电路,其特征在于:所述输出单元由第六PMOS管组成,所述第六PMOS管的源极连接电源电压,所述第六PMOS管的栅极连接所述第一节点,所述第六PMOS管的漏极输出所述偏置电流。
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