CN109743047B - 一种信号生成电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信号生成电路，所述电路包括：基础电压单元、第一电阻和控制单元，其中：所述基础电压单元的第一端与电源连接，所述基础电压单元的第二端与所述控制单元的第一端连接，所述基础电压单元的第三端与所述第一电阻的一端连接，所述基础电压单元的第四端与所述控制单元的第二端连接；所述控制单元的第三端与所述电源连接，所述控制单元的第四端接地；所述第一电阻的另一端和所述基础电压单元的第四端接地；所述控制单元，用于控制基于所述基础电压单元产生的电压而生成的电流随环境温度呈线性变化。

Description

一种信号生成电路

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种信号生成电路。

背景技术

与绝对温度成正比(proportional to absolute temperature，PTAT)电流源由于其独特的温度特性，经常以子电路的形式被用于集成电路设计领域。例如：作为温度传感器的核心单元：由于其输出电流与绝对温度成正比，因此可以通过某种机制，测量PTAT电流源输出电流大小，从而反映当前的环境温度。

目前，相关技术中PTAT电流源的结构中不使用运算放大器来形成环路的这种设计已经被广泛应用。但是，这种设计的PTAT电流源结构中三极管的放大系数存在限制并且影响温度系数，进而导致PTAT的线性受到影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种信号生成电路，避免了对温度系数的影响，从而提高了PTAT电流源结构的输出的电压与环境温度之间的线性度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种信号生成电路，所述电路包括：基础电压单元、第一电阻和控制单元；其中：

所述基础电压单元的第一端与电源连接，所述基础电压单元的第二端与所述控制单元的第一端连接，所述基础电压单元的第三端与所述第一电阻的一端连接，所述基础电压单元的第四端与所述控制单元的第二端连接；

所述控制单元的第三端与所述电源连接，所述控制单元的第四端接地；

所述第一电阻的另一端和所述基础电压单元的第四端接地；

所述控制单元，用于控制基于所述基础电压单元产生的电压而生成的电流随环境温度呈线性变化。

上述方案中，所述控制单元包括：第一电流镜像子单元和反馈生成子单元，其中：

所述第一子电流镜像子单元的第一端与电源连接，所述第一子电流镜像子单元的第二端与所述反馈生成子单元的第一端连接，所述第一电流镜像子单元的第三端接地；

所述反馈生成子单元的第二端与所述基础电压单元的第二端连接，所述反馈生成子单元的第三端与所述基础电压单元的第四端连接。

上述方案中，所述第一电流镜像子单元包括：第一MOS管和第二MOS管，其中：

所述第一MOS管的第一极与所述反馈生成子单元的一端连接，所述第一MOS管的第二极与所述电源连接，所述第一MOS管的第三极与所述第二MOS管的第三极连接；其中，所述第一MOS管的第一极与所述第一MOS管的第三极连接在一起；

所述第二MOS管的第一极接地，所述第二MOS管的第二极与所述电源连接。

上述方案中，所述反馈生成子单元包括：第三MOS管，其中：

所述第三MOS管的第一极与所述第一MOS管的第一极连接，所述第三MOS管的第二极与所述基础电压单元的第二端连接，所述第三MOS管的第三极与所述基础电压单元的第四端连接。

上述方案中，所述第一MOS管与所述第二MOS管的尺寸之间具有特定比例关系。

上述方案中，所述第一MOS管与所述第二MOS管的尺寸比为2:1。

上述方案中，所述第一MOS管与所述第二MOS管的类型相同。

上述方案中，所述电路还包括：第二电阻，其中：

所述第二电阻的一端与所述第二MOS管的第一极连接，所述第二电阻的一端还与所述基础电压单元的第五端连接；

所述第二电阻的另一端接地。

上述方案中，所述基础电压单元包括：电压产生子单元、第二电流镜像子单元和电压调节子单元，其中：

所述电压产生子单元的一端与所述第一电阻的一端连接，所述电压产生子单元的第二端与所述电压调节子单元的第一端连接，所述电压产生子单元的第三端与所述第三MOS管的第二极连接；

所述电压调节子单元的第二端与所述第三MOS管的第三极连接，所述电压调节子单元的第三端与所述第二电流镜像子单元的第一端连接；

所述第二电流镜像子单元的第二端与所述电源连接，所述第二电流镜像子单元的第三端与所述第三MOS管的第三极连接。

上述方案中，所述电压产生子单元包括：第一三极管和第二三极管，所述电压调节子单元包括：第四MOS管和第五MOS管，所述第二电流镜像子单元包括：第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管，其中：

所述第一三极管的第一极与第四MOS管的第二极连接，所述第一三极管的第二极与所述第一电阻的一端连接，所述第一三极管的第三极与所述第二三极管的第三极连接；

所述第二三极管的第一极第五MOS管的第二极连接，所述第二三极管的第二极接地，所述第二三极管的第三极与第三MOS管的第二极连接；

所述第四MOS管的第一极与所述第六MOS管的第一极连接，所述第四MOS管的第三极与第五MOS管的第三极连接；

所述第五MOS管的第一极与所述第七MOS管的第一极连接，所述第五MOS管的第三极与所述第三MOS管的第三极连接；其中，所述第五MOS管的第一极与所述第五MOS管的第三极连接在一起；

第六MOS管的第二极与电源连接，所述第六MOS管的第三极与第七MOS管的第三极连接；其中，所述第六MOS管的第一极与所述第六MOS管的第三极连接在一起；

所述第七MOS管的第二极与电源连接，所述第七MOS管的第三极与第八MOS管的第三极连接；

所述第八MOS管的第一极与所述第二电阻的一端连接，所述第八MOS管的第二极与电源连接。

本发明的实施例所提供的信号生成电路，该电路包括基础电压单元、第一电阻和控制单元，基础电压单元的第一端与电源连接，基础电压单元的第二端与控制单元的第一端连接，基础电压单元的第三端与第一电阻的一端；控制单元的第二端与电源连接，控制单元的第三端接地；第一电阻的另一端和基础电压单元的第四端接地；控制单元用于控制基于基础电压单元产生的电压而生成的电流随环境温度呈线性变化，如此，该信号生成电路中PATA电流源结构的输出的电压与环境温度之间呈线性比，避免了对温度系数的影响，从而提高了PTAT的输出电压与环境温度之间的线性度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种信号生成电路的结构示意图；

图2为相对技术中提供的一种信号生成电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。另外，以下所提供的实施例是用于实施本发明的部分实施例，而非提供实施本发明的全部实施例，在不冲突的情况下，本发明实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。

本发明的实施例提供一种信号生成电路，参照图1所示，该电路包括：基础电压单元1、第一电阻R1和控制单元2，其中：

基础电压单元1的第一端与电源VDD连接，基础电压单元1的第二端与控制单元2的第一端连接，基础电压单元1的第三端与第一电阻R1的一端连接，基础电压单元1的第四端与控制单元2的第二端连接；

其中，基础电压单元在与其连接的外部电源VDD的作用下，产生PTAT电压，并输入至控制单元。

控制单元2的第三端与电源连接，控制单元2的第四端接地；

第一电阻R1的另一端和基础电压单元1的第四端接地；

控制单元2用于控制基础电压单元1产生的电压根据环境温度呈线性变化。

其中，基础电压单元产生PTAT电压后，在控制单元的控制下，使得最终产生的PTAT电压与基础电压单元中的三极管的放大系数没有关系，进而可以保证最终产生的PTAT电压不受三极管的放大系数的影响，可以实现PTAT电压与环境温度之间的绝对线性关系。

本发明的实施例所提供的信号生成电路，该信号生成电路中PATA电流源结构的输出的电压与环境温度之间呈线性比，避免了对温度系数的影响，从而提高了PTAT的输出电压与环境温度之间的线性度。

基于前述实施例，在本发明的其他实施例中，参照图1所示，控制单元2包括：第一电流镜像子单元21和反馈生成子单元22，其中：

第一子电流镜像子单元21的第一端与电源连接，第一子电流镜像子单元21的第二端与反馈生成子单元22的第一端连接，第一电流镜像子单元21的第三端接地；

反馈生成子单元22的第二端与基础电压单元1的第二端连接，反馈生成子单元22的第三端与基础电压单元1的第四端连接。

其中，反馈生成子单元与基础电压单元连接后，可以与基础电压单元形成一完整的环路，进而使得第一子电流镜像子单元可以镜像流过第一电阻R1的电流I_e；并且，使得镜像流过第一电阻R1的电压的大小与基础电压单元中的三极管的放大系数之间没有任何关系。

在本发明的其他实施例中，参照图1所示，第一电流镜像子单元21包括：第一MOS管M1和第二MOS管M2，其中：

第一MOS管M1的第一极与反馈生成子单元22的一端连接，第一MOS管M1的第二极与电源VDD连接，第一MOS管M1的第三极与第二MOS管M2的第三极连接；

其中，第一MOS管M1的第一极与第一MOS管M1的第三极连接在一起；

第二MOS管M2的第一极接地，第二MOS管M2的第二极与电源VDD连接。

其中，第一MOS管与第二MOS管的尺寸之间具有特定比例关系；在一种可行的实现方式中，第一MOS管与第二MOS管的尺寸比为2:1。

需要说明的是，通过第一MOS管与第二MOS组成的第一电流镜像子单元，可以镜像流过第一电阻R1的电流I_e，且在第一MOS管与第二MOS的作用下，最终流过电阻R1的电流的表达式可以如下公式(1)所示：

根据公式(1)可以知道，此时流经第一电阻R1的电流I_e与基础电压单元中的三极管之间没有任何关系，从而使得最终产生的电压与环境温度之间可以呈绝对线性变化。此外，设置第一MOS管与第二MOS管之间的尺寸比为2:1，可以更进一步保证最终产生的电压与环境温度之间可以呈绝对线性变化。

在本发明的其他实施例中，参照图1所示，反馈生成子单元22包括：第三MOS管M3，其中：

第三MOS管M3的第一极与第一MOS管M1的第一极连接，第三MOS管M3的第二极与基础电压单元1的第二端连接，第三MOS管M3的第三极与基础电压单元1的第四端连接。

其中，第一MOS管与第二MOS管的类型相同。

在一种可行的实现方式中，第一MOS管和第二MOS管的类型可以相同，均可以为P型MOS管。

需要说明的是，第三MOS管与基础电压单元连接后可以与基础电压单元之间形成完整的反馈环路，为最终在第一MOS管与第二MOS的作用下使得流过第一电阻的电压与基础电压单元中的三极管没有任何关系打下基础。

在本发明的其他实施例中，参照图1所示，该电路还包括：第二电阻R2，其中：

第二电阻R2的一端与第二MOS管M2的第一极连接，第二电阻R2的一端还与基础电压单元1的第五端连接；

第二电阻R2的另一端接地。

其中，本发明的实施例中增加第二电阻后，可以增大流过第一电阻的电压随该信号生成电路所在的电路的温度变化的变化趋势。当然，通过第一MOS管与第二MOS组成的第一电流镜像子单元，可以镜像流过第二电阻R2的电流I_e；也就是说，流过第一电阻R1的电流与流过第二电阻R2的电流相同。

在本发明的其他实施例中，基础电压单元1包括：电压产生子单元11、第二电流镜像子单元12和电压调节子单元13，其中：

电压产生子单元11的一端与第一电阻R1的一端连接，电压产生子单元11的第二端与电压调节子单元13的第一端连接，电压产生子单元11的第三端与第三MOS管M3的第二极连接；

电压调节子单元13的第二端与第三MOS管M3的第三极连接，电压调节子单元13的第三端与第二电流镜像子单元12的第一端连接；

第二电流镜像子单元12的第二端与电源VDD连接，第二电流镜像子单元12的第三端与第三MOS管M3的第三极连接。

在本发明的其他实施例中，电压产生子单元11包括：第一三极管Q1和第二三极管Q2，电压调节子单元12包括：第四MOS管M4和第五MOS管M5，第二电流镜像子单元13包括：第六MOS管M6、第七MOS管M7和第八MOS管M8，其中：

第一三极管Q1的第一极与第四MOS管M4的第二极连接，所述第一三极管Q1的第二极与第一电阻R1的一端连接，第一三极管Q1的第三极与第二三极管Q2的第三极连接。

第二三极管Q2的第一极第五MOS管M5的第二极连接，第二三极管Q2的第二极接地，第二三极管Q2的第三极与第三MOS管M3的第二极连接；

第四MOS管M4的第一极与第六MOS管M6的第一极连接，第四MOS管M4的第三极与第五MOS管M5的第三极连接；

第五MOS管M5的第一极与第七MOS管M7的第一极连接，第五MOS管M5的第三极与第三MOS管M3的第三极连接；

其中，第五MOS管M5的第一极与第五MOS管M5的第三极连接在一起；

第六MOS管M6的第二极与电源VDD连接，第六MOS管M6的第三极与第七MOS管M7的第三极连接；

其中，第六MOS管M6的第一极与第六MOS管M6的第三极连接在一起；

第七MOS管M7的第二极与电源VDD连接，第七MOS管M7的第三极与第八MOS管M8的第三极连接；

第八MOS管M8的第一极与第二电阻R2的一端连接，第八MOS管M8的第二极与电源VDD连接。

其中，本发明实施例中提供的信号生成电路最终生成的PTAT的电压可以如公式(2)中所示：

根据公式(2)中PATA的电压的表达式可知，产生的电压与第一三极管和第二三极管的放大系数没有任何关系，进而保证最终产生的电压不受第一三极管和第二三极管的影响，可以与环境温度之间呈绝对线性变化。

但是，如图2中所示为相对技术中提供的PTAT电流源的信号生成电路的结构图；基于图2所示的电路结构，对其产生的电压说明如下：

相对技术中，其产生的电压可以如下公式(3)所示：

其中，

是第一三极管和第二三极管的系数之间的比值；也就说，相对技术中的PTAT电流源的信号生成电路中最终产生的电压的大小与第一三极管和第二三极管的系数的大小有关系，即PTAT电压会受到第一三极管和第二三极管的系数的影响，从而无法保证PTAT电压与环境温度之间的绝对线性变化。但是，根据上述公式(2)可知，本发明实施例中提供的PTAT电流源的信号生成电路中最终生成的PTAT电压不会受到第一三极管和第二三极管的系数的影响，可以保证PTAT电压与环境温度之间呈绝对线性变化。

需要说明的是，在一种可行的实现方式中，对于MOS管，第一极可以指的是漏极，第二极可以指的是源极，第三极可以指的是栅极；对于三极管，第一极可以指的是集电极、第二极可以指的是发射极，第三极可以指的是基极。

本发明的实施例所提供的信号生成电路，该电路包括基础电压单元、第一电阻和控制单元，基础电压单元的第一端与电源连接，基础电压单元的第二端与控制单元的第一端连接，基础电压单元的第三端与第一电阻的一端；控制单元的第二端与电源连接，控制单元的第三端接地；第一电阻的另一端和基础电压单元的第四端接地；控制单元用于控制基于基础电压单元产生的电压而生成的电流随环境温度呈线性变化，如此，该信号生成电路中PATA电流源结构的输出的电压与环境温度之间呈线性比，避免了对温度系数的影响，从而提高了PTAT的输出电压与环境温度之间的线性度。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种信号生成电路，其特征在于，所述电路包括：基础电压单元、第一电阻和控制单元，其中：

所述基础电压单元的第一端与电源连接，所述基础电压单元的第二端与所述控制单元的第一端连接，所述基础电压单元的第三端与所述第一电阻的一端连接，所述基础电压单元的第四端与所述控制单元的第二端连接；

所述控制单元的第三端与所述电源连接，所述控制单元的第四端接地；

所述第一电阻的另一端和所述基础电压单元的第四端接地；

其中：

所述控制单元包括：第一电流镜像子单元和反馈生成子单元；所述基础电压单元包括：电压产生子单元、第二电流镜像子单元和电压调节子单元；其中，所述反馈生成子单元与所述电压调节子单元、所述电压产生子单元、所述第一电流镜像子单元均连接，所述电压调节子单元与所述电压产生子单元、所述第二电流镜像子单元均连接；所述电压产生子单元包括三极管结构；所述电压调节子单元与所述反馈生成子单元均包括MOS管结构；

所述控制单元，用于控制基于所述基础电压单元产生的电压而生成的电流随环境温度呈线性变化。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述第一电流镜像子单元的第一端与所述电源连接，所述第一电流镜像子单元的第二端与所述反馈生成子单元的第一端连接，所述第一电流镜像子单元的第三端接地；

所述反馈生成子单元的第二端与所述基础电压单元的第二端连接，所述反馈生成子单元的第三端与所述基础电压单元的第四端连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一电流镜像子单元包括：第一MOS管和第二MOS管，其中：

所述第一MOS管的第一极与所述反馈生成子单元的一端连接，所述第一MOS管的第二极与所述电源连接，所述第一MOS管的第三极与所述第二MOS管的第三极连接；其中，所述第一MOS管的第一极与所述第一MOS管的第三极连接在一起；

所述第二MOS管的第一极接地，所述第二MOS管的第二极与所述电源连接。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述反馈生成子单元包括：第三MOS管，其中：

所述第三MOS管的第一极与所述第一MOS管的第一极连接，所述第三MOS管的第二极与所述基础电压单元的第二端连接，所述第三MOS管的第三极与所述基础电压单元的第四端连接。

5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述第一MOS管与所述第二MOS管的尺寸之间具有特定比例关系。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一MOS管与所述第二MOS管的尺寸比为2:1。

7.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述第一MOS管与所述第二MOS管的类型相同。

8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：第二电阻，其中：

所述第二电阻的一端与所述第二MOS管的第一极连接，所述第二电阻的一端还与所述基础电压单元的第五端连接；

所述第二电阻的另一端接地。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，

所述电压产生子单元的一端与所述第一电阻的一端连接，所述电压产生子单元的第二端与所述电压调节子单元的第一端连接，所述电压产生子单元的第三端与所述第三MOS管的第二极连接；

所述电压调节子单元的第二端与所述第三MOS管的第三极连接，所述电压调节子单元的第三端与所述第二电流镜像子单元的第一端连接；

所述第二电流镜像子单元的第二端与所述电源连接，所述第二电流镜像子单元的第三端与所述第三MOS管的第三极连接。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述电压产生子单元包括：第一三极管和第二三极管，所述电压调节子单元包括：第四MOS管和第五MOS管，所述第二电流镜像子单元包括：第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管，其中：

所述第一三极管的第一极与第四MOS管的第二极连接，所述第一三极管的第二极与所述第一电阻的一端连接，所述第一三极管的第三极与所述第二三极管的第三极连接；

所述第二三极管的第一极第五MOS管的第二极连接，所述第二三极管的第二极接地，所述第二三极管的第三极与第三MOS管的第二极连接；

所述第四MOS管的第一极与所述第六MOS管的第一极连接，所述第四MOS管的第三极与第五MOS管的第三极连接；

所述第五MOS管的第一极与所述第七MOS管的第一极连接，所述第五MOS管的第三极与所述第三MOS管的第三极连接；其中，所述第五MOS管的第一极与所述第五MOS管的第三极连接在一起；

第六MOS管的第二极与电源连接，所述第六MOS管的第三极与第七MOS管的第三极连接；其中，所述第六MOS管的第一极与所述第六MOS管的第三极连接在一起；

所述第七MOS管的第二极与电源连接，所述第七MOS管的第三极与第八MOS管的第三极连接；

所述第八MOS管的第一极与所述第二电阻的一端连接，所述第八MOS管的第二极与电源连接。

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