CN108664065A - 偏置电流产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏置电流产生电路，所述偏置电流产生电路包括参考电压端、转换电路、自偏置电流电路和电流输出电路，其中：所述参考电压端向所述转换电路和所述自偏置电流电路提供参考电压；所述自偏置电流电路根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路；所述转换电路包括放大器元件，所述第一关联电流控制所述放大器元件的启动，所述放大器元件根据所述参考电压形成控制电流，并将所述控制电流提供给所述自偏置电流电路及所述电流输出电路；所述自偏置电流电路根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件启动后控制所述放大器元件运行；所述电流输出电路根据所述控制电流输出偏置电流。

Description

偏置电流产生电路

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种偏置电流产生电路。

背景技术

传统偏置电流产生电路为放大器电路提供偏置电流，但由于其本身内部结构也具有放大器元件，且传统偏置电流产生电路无法自身提供偏置电流，所以需要额外的电路结构提供，而额外的电路结构又需要增加电路板面积和电源功耗，并且由于产生的额外电流的输出和最终输出的偏置电流不相关，若产生的额外电流过大，影响电路稳定性，且使放大器元件失调电压增大，影响放大器元件精度，若额外电流过小，则偏置电流产生电路不能正常工作。

此外，由于不同工艺，额外电流的不匹配会造成偏置电流产生电路在极端条件下产生更大的系统误差，影响最终的偏置电流精度。

因此，需要设计一种偏置电流与额外电流输出相关的偏置电流产生电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏置电流产生电路，以解决现有的偏置电流产生电路额外的偏置电流的输出和控制电流不相关的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种偏置电流产生电路，所述偏置电流产生电路包括参考电压端、转换电路、自偏置电流电路和电流输出电路，其中：

所述参考电压端向所述转换电路和所述自偏置电流电路提供参考电压；

所述自偏置电流电路根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路；

所述转换电路包括放大器元件，所述第一关联电流控制所述放大器元件的启动，所述放大器元件根据所述参考电压形成控制电流，并将所述控制电流提供给所述自偏置电流电路及所述电流输出电路；

所述自偏置电流电路根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件启动后控制所述放大器元件运行；

所述电流输出电路根据所述控制电流输出偏置电流。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述转换电路还包括反馈电路，所述反馈电路根据所述控制电流形成一控制电压，所述放大器元件根据所述控制电压和所述参考电压的大小关系调整所述控制电流。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述反馈电路包括反馈晶体管和若干电阻，其中：

所述反馈晶体管为P沟道场效应管，所述反馈晶体管的源极连接电源正极，所述反馈晶体管的漏极连接所述放大器元件的正输入端，所述反馈晶体管的栅极连接所述放大器元件的输出端；

所述若干电阻串联形成串联电路，所述串联电路连接在所述反馈晶体管和电源负极之间；

所述放大器元件的负输入端连接所述参考电压端。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述自偏置电流电路包括自启动电路、自偏置电路和关联电流输出端，其中：

所述自启动电路根据所述参考电压产生所述第一关联电流，并向所述关联电流输出端提供所述第一关联电流；

所述自偏置电路根据所述控制电流产生所述第二关联电流，并向所述关联电流输出端提供所述第二关联电流；

所述关联电流输出端向所述转换电路提供所述第一关联电流或所述第二关联电流。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述自启动电路包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管串联，其中：

所述第一晶体管处于一直导通状态，所述第二晶体管的导通受控于所述参考电压，所述第三晶体管的关断受控于所述控制电压；

当所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管均导通时，所述自启动电路输出所述第一关联电流。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述第一晶体管为一二极管，所述第二晶体管为一N沟道场效应管，所述第三晶体管为一P沟道场效应管。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述第一晶体管的阳极连接电源正极，所述第一晶体管的阴极连接所述第二晶体管的漏极，所述第二晶体管的源极连接所述第三晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极连接所述参考电压端，所述第三晶体管的漏极连接所述关联电流输出端，所述第三晶体管的栅极连接所述放大器元件的正输入端。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述自偏置电路包括第四晶体管，其中：

所述第四晶体管受控于所述控制电流；当所述第四晶体管导通时，所述自偏置电路输出所述第二关联电流。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述自偏置电路还包括与所述第四晶体管串联的第五晶体管，其中：

所述控制电压超过阈值时，所述第五晶体管关断。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述第四晶体管和所述第五晶体管均为P沟道场效应管。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述第四晶体管的栅极连接所述放大器元件的输出端，所述第四晶体管的源极连接所述电源正极，所述第四晶体管的漏极连接所述第五晶体管的源极，所述第五晶体管的栅极连接在所述串联电路中，所述第五晶体管的漏极连接所述关联电流输出端。

可选的，在所述的偏置电流产生电路中，所述电流输出电路包括若干晶体管，所述若干晶体管的栅极均连接所述放大器元件的输出端，所述若干晶体管的源极均连接电源正极，所述若干晶体管的漏极均提供所述偏置电流。

在本发明提供的偏置电流产生电路中，通过所述自偏置电流电路根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件启动后控制所述放大器元件运行，实现了第二关联电流由自偏置电流电路自产生，同时，所述电流输出电路根据所述控制电流输出偏置电流，实现了所述控制电流决定了第二关联电流和输出偏置电流的大小，所述控制电流又是由参考电压转化而来，这就决定了控制所述放大器元件运行的第二关联电流和最后输出的偏置电流实际上都由参考电压来决定，实现了第二关联电流由转换电路进行自控制。使第二关联电流的输出和偏置电流的变化正相关，根据偏置电流的大小来调整第二关联电流，第二关联电流和偏置电流始终成比例，减小系统误差，精度和可靠性高，稳定性和鲁棒性好。

进一步的，所述自偏置电流电路根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路，所述第一关联电流控制所述放大器元件的启动，所述放大器元件根据所述参考电压形成控制电流，使控制电流控制所述自偏置电流电路形成第二关联电流，第一关联电流作为触发信号，使整个电路步入运行的正规。

更进一步的，自偏置电流电路通过第五晶体管防止正反馈，防止控制电压过大，而引起偏置电流突然升高，引起正反馈而损坏晶体管。

另外，本发明使自偏置电流电路具有电流自偏置和自启动能力，自启动电路可以自动关闭和自动开启，可由参考电压和控制电压自控制，无需其他控制电路，在转换电路关断时自关闭，减小了功耗。

最后，本发明中的偏置电流产生电路结构简单，对比现有技术中的额外的电流产生器，省去了若干的稳压电阻，解决了稳压电阻体积大，功耗大，发热严重的问题，大大减小了电阻的数量，实现了电流功耗小、电路板体积小和电路可靠性高的优点。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的偏置电流产生电路原理图；

图2是本发明具体实施方式中的偏置电流产生电路电路图；

图中所示：1-转换电路；2-自偏置电流电路；21-自启动电路；22-自偏置电路；23-关联电流输出端；3-电流输出电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的偏置电流产生电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种偏置电流产生电路以解决现有的偏置电流产生电路所需额外的偏置电流的输出和控制电流不相关的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种偏置电流产生电路，所述偏置电流产生电路包括参考电压端、转换电路、自偏置电流电路和电流输出电路，其中：所述参考电压端向所述转换电路和所述自偏置电流电路提供参考电压；所述自偏置电流电路根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路；所述转换电路包括放大器元件，所述第一关联电流控制所述放大器元件的启动，所述放大器元件根据所述参考电压形成控制电流，并将所述控制电流提供给所述自偏置电流电路及所述电流输出电路；所述自偏置电流电路根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件启动后控制所述放大器元件运行；所述电流输出电路根据所述控制电流输出偏置电流。

如图1～2所示，本发明提供一种偏置电流产生电路，所述偏置电流产生电路包括位于A点的参考电压端、转换电路1、自偏置电流电路2和电流输出电路3，其中：所述参考电压端A向所述转换电路1和所述自偏置电流电路2提供参考电压；所述自偏置电流电路2根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路1；所述转换电路1包括放大器元件U1，所述第一关联电流控制所述放大器元件U1的启动，所述放大器元件U1根据所述参考电压形成控制电流，并将所述控制电流提供给所述自偏置电流电路2及所述电流输出电路3；位于D点的控制电流端即是控制电流输出的地方。所述自偏置电流电路2根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件U1启动后控制所述放大器元件U1运行；所述电流输出电路3根据所述控制电流输出偏置电流。

在本发明提供的偏置电流产生电路中，通过所述自偏置电流电路根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件启动后控制所述放大器元件运行，而所述电流输出电路根据所述控制电流输出偏置电流，实现了所述控制电流决定了第二关联电流和输出偏置电流的大小，所述控制电流又是由参考电压转化而来，这就决定了控制所述放大器元件运行的第二关联电流和最后输出的偏置电流实际上都有参考电压来决定，实现了第二关联电流由转换电路自控制和自产生，使第二关联电流的输出和偏置电流的变化正相关，根据偏置电流的大小来调整第二关联电流，第二关联电流和偏置电流始终成比例，减小系统误差，精度和可靠性高，稳定性和鲁棒性好。

进一步的，所述自偏置电流电路根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路，所述第一关联电流控制所述放大器元件的启动，所述放大器元件根据所述参考电压形成控制电流，使控制电流控制所述自偏置电流电路形成第二关联电流，第一关联电流作为触发信号，使整个电路步入运行的正规。

具体的，所述转换电路1还包括反馈电路11，所述反馈电路11根据所述控制电流形成一控制电压，所述控制电压从控制电压端，即B点输出。所述放大器元件U1根据所述控制电压和所述参考电压的大小关系调整所述控制电流。所述反馈电路11包括反馈晶体管M6和若干电阻R1、R2和R3，其中：所述反馈晶体管M6为P沟道场效应管，所述反馈晶体管M6的源极连接电源正极AVDD，所述反馈晶体管M6的漏极连接所述放大器元件U1的正输入端，即控制电压端B点，所述反馈晶体管M6的栅极连接所述放大器元件U1的输出端，即控制电流端D点；所述放大器元件的负输入端连接所述参考电压端A点。所述若干电阻R1、R2和R3串联形成串联电路，所述串联电路连接在所述反馈晶体管M6和电源负极AVSS之间。

进一步的，放大器元件U1、反馈晶体管M6和分压电阻R1、R2和R3组成了电流镜电路，对参考电压在分压电阻上形成的控制电流进行复制，输送给电流输出电路3，具体原理如下：当放大器元件U1的负输入端的参考电压大于反馈晶体管M6的导通电流在分压电阻上形成的控制电压时，放大器元件U1的输出端会增大输出电流的大小，即增大控制电流的大小，而控制电流的大小会控制连接到控制电流端D点的反馈晶体管M6的栅极的导通程度，所以反馈晶体管M6的导通电流更大，在分压电阻上形成的控制电压增大，直至等于参考电压。反之，若放大器元件U1的负输入端的参考电压小于反馈晶体管M6的导通电流在分压电阻上形成的控制电压时，放大器元件U1的输出端会减小控制电流的输出，反馈晶体管M6的导通电流更小，在分压电阻上形成的控制电压减小，直至等于参考电压。

如图2所示，所述自偏置电流电路2包括自启动电路21、自偏置电路22和关联电流输出端23，其中：所述自启动电路21根据所述参考电压产生所述第一关联电流，并向所述关联电流输出端23提供所述第一关联电流；所述自偏置电路22根据所述控制电流产生所述第二关联电流，并向所述关联电流输出端23提供所述第二关联电流；所述关联电流输出端23向所述转换电路1提供所述第一关联电流或所述第二关联电流。

具体的，所述自启动电路21包括第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3，所述第一晶体管M1、所述第二晶体管M2和所述第三晶体管M3串联，其中：所述第一晶体管M1处于一直导通状态，所述第二晶体管M2的导通受控于所述参考电压，所述第三晶体管M3的关断受控于所述控制电压，当参考电压来临时，第二晶体管M2导通，由于第三晶体管M3在平时就处于导通状态，所以第一关联电流得以输出给放大器元件，过一段很短的时间后，放大器元件开始发挥作用，当参考电压被转换电路转换为控制电压后，控制电压发挥作用，控制第三晶体管M3关断，同时，由于此时控制电流也开始发挥作用，所以第二关联电流可替代第一关联电流，提供给放大器元件；当所述第一晶体管M1、所述第二晶体管M2和所述第三晶体管M3均导通时，所述自启动电路21输出所述第一关联电流。所述第一晶体管M1为一二极管，所述第二晶体管M2为一N沟道场效应管，所述第三晶体管M3为一P沟道场效应管。所述第一晶体管M1的阳极连接电源正极AVDD，所述第一晶体管M1的阴极连接所述第二晶体管M2的漏极，所述第二晶体管M2的源极连接所述第三晶体管M3的源极，所述第二晶体管M2的栅极连接所述参考电压端A点，所述第三晶体管M3的漏极连接所述关联电流输出端23，所述第三晶体管M3的栅极连接所述放大器元件的正输入端。

进一步的，所述自偏置电路22包括第四晶体管M4，其中：所述第四晶体管M4受控于所述控制电流；当所述第四晶体管M4导通时，所述自偏置电路22输出所述第二关联电流。所述自偏置电路22还包括与所述第四晶体管M4串联的第五晶体管M5，其中：所述控制电压超过阈值时，所述第五晶体管M5关断。自偏置电路22通过第五晶体管M5防止正反馈，防止控制电压过大，而引起偏置电流突然升高，引起正反馈而损坏晶体管。所述第四晶体管M4和所述第五晶体管M5均为P沟道场效应管。所述第四晶体管M4的栅极连接所述放大器元件的输出端，所述第四晶体管M4的源极连接所述电源正极AVDD，所述第四晶体管M4的漏极连接所述第五晶体管M5的源极，所述第五晶体管M5的栅极连接在所述串联电路中，所述第五晶体管M5的漏极连接所述关联电流输出端23。

另外，本发明使自偏置电流电路具有电流自偏置和自启动能力，自启动电路可以自动关闭和自动开启，可由参考电压和控制电压自控制，无需其他控制电路，在转换电路关断时自关闭，减小了功耗。

最后，本发明中的偏置电流产生电路结构简单，对比现有技术中的额外的电流产生器，省去了若干的稳压电阻，解决了稳压电阻体积大，功耗大，发热严重的问题，大大减小了电阻的数量，实现了电流功耗小、电路板体积小和电路可靠性高的优点。

所述电流输出电路3包括若干晶体管，所述若干晶体管的栅极均连接所述放大器元件的输出端，即电流控制端D点，所述若干晶体管的源极均连接电源正极AVDD，所述若干晶体管的漏极均提供所述偏置电流。本具体实施方式中只列举了输出晶体管M7，输出晶体管M7的漏极，即E点处提供输出偏置电流，连接到外部的需要偏置电流的放大器端。若需要更多的输出电流通路，可增加多个晶体管。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种偏置电流产生电路，其特征在于，所述偏置电流产生电路包括参考电压端、转换电路、自偏置电流电路和电流输出电路，其中：

所述参考电压端向所述转换电路和所述自偏置电流电路提供参考电压；

所述自偏置电流电路根据所述参考电压形成第一关联电流，并将所述第一关联电流提供给所述转换电路；

所述转换电路包括放大器元件，所述第一关联电流控制所述放大器元件的启动，所述放大器元件根据所述参考电压形成控制电流，并将所述控制电流提供给所述自偏置电流电路及所述电流输出电路；

所述自偏置电流电路根据所述控制电流形成第二关联电流，所述第二关联电流在所述放大器元件启动后控制所述放大器元件运行；

所述电流输出电路根据所述控制电流输出偏置电流。

2.如权利要求1所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述转换电路还包括反馈电路，所述反馈电路根据所述控制电流形成一控制电压，所述放大器元件根据所述控制电压和所述参考电压的大小关系调整所述控制电流。

3.如权利要求2所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述反馈电路包括反馈晶体管和若干电阻，其中：

所述反馈晶体管为P沟道场效应管，所述反馈晶体管的源极连接电源正极，所述反馈晶体管的漏极连接所述放大器元件的正输入端，所述反馈晶体管的栅极连接所述放大器元件的输出端；

所述若干电阻串联形成串联电路，所述串联电路连接在所述反馈晶体管和电源负极之间；

所述放大器元件的负输入端连接所述参考电压端。

4.如权利要求3所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述自偏置电流电路包括自启动电路、自偏置电路和关联电流输出端，其中：

所述自启动电路根据所述参考电压产生所述第一关联电流，并向所述关联电流输出端提供所述第一关联电流；

所述自偏置电路根据所述控制电流产生所述第二关联电流，并向所述关联电流输出端提供所述第二关联电流；

所述关联电流输出端向所述转换电路提供所述第一关联电流或所述第二关联电流。

5.如权利要求4所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述自启动电路包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管串联，其中：

所述第一晶体管处于一直导通状态，所述第二晶体管的导通受控于所述参考电压，所述第三晶体管的关断受控于所述控制电压；

当所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管均导通时，所述自启动电路输出所述第一关联电流。

6.如权利要求5所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述第一晶体管为一二极管，所述第二晶体管为一N沟道场效应管，所述第三晶体管为一P沟道场效应管。

7.如权利要求6所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述第一晶体管的阳极连接电源正极，所述第一晶体管的阴极连接所述第二晶体管的漏极，所述第二晶体管的源极连接所述第三晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极连接所述参考电压端，所述第三晶体管的漏极连接所述关联电流输出端，所述第三晶体管的栅极连接所述放大器元件的正输入端。

8.如权利要求7所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述自偏置电路包括第四晶体管，其中：

所述第四晶体管受控于所述控制电流；当所述第四晶体管导通时，所述自偏置电路输出所述第二关联电流。

9.如权利要求8所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述自偏置电路还包括与所述第四晶体管串联的第五晶体管，其中：

所述控制电压超过阈值时，所述第五晶体管关断。

10.如权利要求9所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述第四晶体管和所述第五晶体管均为P沟道场效应管。

11.如权利要求10所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述第四晶体管的栅极连接所述放大器元件的输出端，所述第四晶体管的源极连接所述电源正极，所述第四晶体管的漏极连接所述第五晶体管的源极，所述第五晶体管的栅极连接在所述串联电路中，所述第五晶体管的漏极连接所述关联电流输出端。

12.如权利要求1～11中任一项所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电流输出电路包括若干晶体管，所述若干晶体管的栅极均连接所述放大器元件的输出端，所述若干晶体管的源极均连接电源正极，所述若干晶体管的漏极均提供所述偏置电流。