CN110275563B - 一种带温度补偿的电流偏置电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带温度补偿的电流偏置电路，包括第一至第三MOS管、第一至第二三极管、第一电阻和温度补偿电路，温度补偿电路由第四至第五MOS管、第三至第六三极管和第二至第五电阻组成，温度补偿电路的输入端接电源VCC，输出端分别接第三MOS管、第二三极管和地，第一和第二三极管的个数比为1：n，第一至第三MOS管均采用PMOS管，第四至第五MOS管均采用NMOS管，第一、第二、第四至第六三极管均采用NPN型三极管，第三三极管采用PNP型三极管。该电路的温度特性调整或优化极为方便，可通过调节同一种类的第二至第五电阻的比例来实现电路的零温特性，从而大大提升生产工艺的一致性，提升产品良率。

Description

一种带温度补偿的电流偏置电路
技术领域
本发明涉及电流偏置电路技术领域，尤其涉及一种带温度补偿的电流偏置电路。
背景技术
目前所采用的电流偏置电路如图1所示，其中MOS管M1-M3组成电流镜，三极管Q1和Q2均采用NPN型管，且Q1与Q2的个数比设计为n:1，三极管Q1的发射极通过电阻R1接地。若MOS管M1和M2的总宽长比为1:1，则MOS管M1和M2所在支路电流相等，电流记为I1。因此，对于三极管Q1和Q2来说，有以下等式成立：
其中，VT表示热电压，具有正温度特性；为一常数，R1为电阻。
由此可见，电流I1的温度特性取决于VT和电阻R1的比值，因此，要将电流I1设计成零温特性，必须将电阻R1的温度特性调整到与VT一致，通常的做法是，采用两种不同温度特性的电阻组合，通过调整两种电阻的所占的比例，是可以将温度特性调整到与VT相当的。
然而，由于电阻类型的不同，甚至这两种电阻的尺寸也不同，在生产时，不同类型及不同尺寸的电阻可能朝着不同的方向产生偏差，并在工艺上也很难保证其一致性，因此导致产品CP良率较低，在温度特性方面的良率更是不高，并且也难以改版优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带温度补偿的电流偏置电路，通过在电流偏置电路中增设一个温度补偿电路，电路的温度特性调整或优化极为方便，且可仅采用一种电阻来实现电路的零温特性，从而大大提升生产工艺的一致性，提升产品良率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种带温度补偿的电流偏置电路，包括第一至第三MOS管、第一至第二三极管、第一电阻和温度补偿电路，温度补偿电路包括第四至第五MOS管、第三至第六三极管、第二至第五电阻，第一至第三MOS管的源极均连接电源VCC，第一至第三MOS管的栅极共联，第一MOS管的栅极连接其漏极，第一MOS管的漏极连接第一三极管的集电极，第一至第二三极管的基极共联，第一三极管的发射极串联第一电阻后接地，第二MOS管的漏极连接第二三极管的集电极，第二三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接第三三极管的发射极，第三三极管的集电极接地，第三MOS管的漏极连接第四MOS管的漏极，第四至第五MOS管的栅极共联，第四MOS管的漏极连接第四MOS管的栅极，第四至第五MOS管的源极接地，第五MOS管的漏极连接第三三极管的基极，第五和第六三极管的集电极连接电源VCC，第二电阻和第三电阻串联后第二电阻的一端接电源VCC，第三电阻的一端连接第四三极管的集电极，第四电阻和第五电阻串联后第四电阻的一端接第五三极管的发射极，第五电阻的一端接第四三极管的集电极，第四三极管的基极连接其集电极，第四三极管的发射极接地，第五三极管的基极连接在第二电阻和第三电阻之间，第六三极管的基极连接在第四电阻和第五电阻之间，第六三极管的发射极连接第五MOS管的漏极。
作为本发明的一种改进，所述第一三极管和第二三极管的个数比为1：n。
作为本发明的一种改进，所述第一至第三MOS管均采用PMOS管，所述第四至第五MOS管均采用NMOS管，所述第一、第二、第四至第六三极管均采用NPN型三极管，所述第三三极管采用PNP型三极管。
作为本发明的一种改进，所述第二电阻的阻值为第三电阻阻值的5-10倍，所述第四电阻和第五电阻的阻值基本保持一致。
作为本发明的一种改进，所述第二至第五电阻为同一种类型的电阻，且第二至第五电阻的宽长（即宽度和长度）数值相同。
作为本发明的一种改进，所述第一和第二MOS管的宽长比相等。
相对于现有技术，本发明的电路整体结构设计巧妙，结构合理稳定，易于实现和使用，通过使用由第四至第五MOS管、第三至第六三极管和第二至第五电阻组成的温度补偿电路，而且将第一和第二三极管的个数比设为1：n，还对第二至第五电阻采用同一种类型的电阻，使得电路的温度特性调整或优化极为方便，可通过调节同一种类的第二至第五电阻的比例来实现电路的零温特性，从而大大提升生产工艺的一致性，提升产品良率。
附图说明
图1为现有技术中常用的电流偏置电路；
图2为本发明优选实施例的带温度补偿的电流偏置电路；
图3为本发明优选实施例的偏置电流I1的温度特性图。
实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。
如图2所示，为本发明优选实施例所示出的一种带温度补偿的电流偏置电路，包括第一至第三MOS管、第一至第二三极管、第一电阻R1和温度补偿电路，温度补偿电路包括第四至第五MOS管、第三至第六三极管、第二至第五电阻，第一至第三MOS管的源极均连接电源VCC，第一至第三MOS管的栅极共联，第一MOS管P1的栅极连接其漏极，第一MOS管P1的漏极连接第一三极管Q1的集电极，第一至第二三极管的基极共联，第一三极管Q1的发射极串联第一电阻R1后接地，第二MOS管P2的漏极连接第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的集电极连接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的发射极连接第三三极管Q3的发射极，第三三极管Q3的集电极接地，第三MOS管P3的漏极连接第四MOS管N1的漏极，第四至第五MOS管的栅极共联，第四MOS管N1的漏极连接第四MOS管N1的栅极，第四至第五MOS管的源极接地，第五MOS管N2的漏极连接第三三极管Q3的基极，第五和第六三极管的集电极连接电源VCC，第二电阻R2和第三电阻R3串联后第二电阻R2的一端接电源VCC，第三电阻R3的一端连接第四三极管Q4的集电极，第四电阻R4和第五电阻R5串联后第四电阻R4的一端接第五三极管Q5的发射极，第五电阻R5的一端接第四三极管Q4的集电极，第四三极管Q4的基极连接其集电极，第四三极管Q4的发射极接地，第五三极管Q5的基极连接在第二电阻R2和第三电阻R3之间，第六三极管Q6的基极连接在第四电阻R4和第五电阻R5之间，第六三极管Q6的发射极连接第五MOS管N2的漏极。
其中，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2的个数比为1：n，n个第二三极管Q2并联连接，所述第一至第三MOS管均采用PMOS管，所述第四至第五MOS管均采用NMOS管，所述第一、第二、第四至第六三极管均采用NPN型三极管，所述第三三极管Q3采用PNP型三极管。
另外，所述第二电阻R2的阻值为第三电阻R3阻值的5-10倍，所述第四电阻R4和第五电阻R5的阻值基本保持一致。则第三电阻R3上的压降为。由于第三电阻R3的阻值小于第二电阻R2的阻值，故VR3的数值较小，如R2=100K，R3=15K，R4=R5=30K，VCC=5V，这样可保证在低温或常温条件下，（一般约在-50°C~50°C），压降VR3的电压小于一个三极管的BE结电压Vbe，因此第五三极管Q5不导通，第六三极管Q6的基极电压等于第四三极管Q4的BE结电压Vbe4，第六三极管Q6处于极弱的导通状态，此时，第五三极管Q5的栅源电压Vds几乎接近于0V。而在较高温度下，第三电阻R3的压降将高于Vbe。
在本实施例中，设定第一MOS管P1和第二MOS管P2的宽长比相等，则第二MOS管P1和第二MOS管P2所在支路的电流相等，并将电流记为I1，则有以下等式成立：
其中，Vbe1为第一三极管Q1的BE结电压，Vbe2为第二三极管Q2的BE结电压，Vbe3为第三三极管Q3的BE结电压，Vds2为第二三极管Q2的栅源电压，VT表示热电压，为一常数，n为第二三极管Q2的个数，通常n取4。
一般地，第三三极管Q3的BE结电压的温度系数约为-3000ppm，VT的温度系数约为3000ppm，国内Fab工艺中的多晶高阻温度系数大多在-2000~-4000ppm之间，如CSMC0.25um工艺中的多晶高阻温度系数为-2600ppm。
因此在低温阶段（一般约在-50°C~50°C），由于第二三极管Q2的栅源电压接近于0V，偏置电流I1整体来说略偏负温特性。
并随着温度的升高，第三电阻R3的压降公式中，第四三极管Q4的BE结电压Vbe4将减小，致使第三电阻R3的压降VR3增大到超过Vbe，则第五三极管Q5能够导通，在第五三极管Q5导通后，第二三极管Q2的栅源电压Vds2可以重新用以下表达式表示：
由于在同一生产工艺中，单个PN结的正偏压降差异不大，因此可以认为Vbe4=Vbe5=Vbe6，则Vds2可以重新表示为：
在上式中，电阻的温度特性可以相互抵消，电源VCC认为是零温特性，则Vds2带有一定的正温特性，且该正温特性可以通过第二至第五电阻的阻值进行调节。并且所述第二至第五电阻为同一种类型的电阻，且第二至第五电阻的宽长（即宽度和长度）数值相同。
由此，对于偏置电流I1来说，在低温阶段，偏置电流I1略呈负温特性，随着温度的升高，偏置电流I1略呈正温特性，其温度特性如图3所示。
在本实施例中，由于温度补偿电路中仅采用了一种类型的电阻，所有电阻的宽长（即宽度和长度）设计为统一数值，因此采用该结构的产品的生产一致性将大幅改善。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带温度补偿的电流偏置电路，其特征在于：包括第一至第三MOS管、第一至第二三极管、第一电阻和温度补偿电路，温度补偿电路包括第四至第五MOS管、第三至第六三极管、第二至第五电阻，第一至第三MOS管的源极均连接电源VCC，第一至第三MOS管的栅极共联，第一MOS管的栅极连接其漏极，第一MOS管的漏极连接第一三极管的集电极，第一三极管和第二三极管的基极共联，所述第一三极管和第二三极管的个数比为1：n，且n个第二三极管并联连接，第一三极管的发射极串联第一电阻后接地，第二MOS管的漏极连接第二三极管的集电极，第二三极管的集电极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接第三三极管的发射极，第三三极管的集电极接地，第三MOS管的漏极连接第四MOS管的漏极，第四至第五MOS管的栅极共联，第四MOS管的漏极连接第四MOS管的栅极，第四至第五MOS管的源极接地，第五MOS管的漏极连接第三三极管的基极，第五和第六三极管的集电极连接电源VCC，第二电阻和第三电阻串联后第二电阻的一端接电源VCC，第三电阻的一端连接第四三极管的集电极，第四电阻和第五电阻串联后第四电阻的一端接第五三极管的发射极，第五电阻的一端接第四三极管的集电极，第四三极管的基极连接其集电极，第四三极管的发射极接地，第五三极管的基极连接在第二电阻和第三电阻之间，第六三极管的基极连接在第四电阻和第五电阻之间，第六三极管的发射极连接第五MOS管的漏极；所述第二至第五电阻为同一种类型的电阻，且第二至第五电阻的宽度和长度数值相同。
2.如权利要求1所述的一种带温度补偿的电流偏置电路，其特征在于，所述第一至第三MOS管均采用PMOS管，所述第四至第五MOS管均采用NMOS管，所述第一、第二、第四至第六三极管均采用NPN型三极管，所述第三三极管采用PNP型三极管。
3.如权利要求1-2任一项所述的一种带温度补偿的电流偏置电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值为第三电阻阻值的5-10倍，所述第四电阻和第五电阻的阻值保持一致。
4.如权利要求3所述的一种带温度补偿的电流偏置电路，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管的宽长比相等。
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