CN110764565B - 电流产生电路 - Google Patents

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Abstract

一种电流产生电路，包括第一电路子单元、第二电路子单元以及第三电路子单元。第一电路子单元用以产生具有第一温度系数的第一电流。第一温度系数为负温度系数。第二电路子单元用以产生具有第二温度系数的第二电流。第二温度系数为正温度系数。第三电路子单元用以根据第一电流与第二电流的一差值产生具有第三温度系数的第三电流。第三温度系数的斜率的一绝对值大于第一温度系数的斜率的一绝对值或第二温度系数的斜率的一绝对值。本发明提出的一种电流产生电路，可依不同需求产生具有不同温度系数的电流，并且可弹性地调整温度系数的斜率(或梯度)，使得应用于温度检测器时，温度检测准确度可相应地提升。

Description

电流产生电路
技术领域
本发明关于一种电流产生电路，特别是包含一种可依不同需求产生具有不同温度系数且可弹性地调整温度系数的斜率(梯度)的电流产生电路。
背景技术
工艺、电压及温度(process,voltage,and temperature，缩写为PVT)变异是影响集成电路性能的关键因素之一。例如，工艺、电压或温度变异可相应地导致比较器之内在的偏移值(offset)改变。然而，比较器对于任何电子系统都是重要的组成部分。例如，电压、温度等检测器电路通常都会使用比较器。
当比较器内在的偏移值因工艺、电压及温度变异而增加时，检测器电路的检测错误范围也会增加。然而，在现今电子设备对于低功耗与高速的双重要求之下，对于温度检测精确度要求也愈趋严格，因此，各电子设备可接受的温度检测误差已大幅下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种电流产生电路，可依不同需求产生具有不同温度系数的电流，并且可弹性地调整温度系数的斜率(slope)(或梯度(gradient))，使得应用于温度检测器时，温度检测准确度可相应地提升，以抵抗因工艺、电压或温度变异对于各电子元件特性所产生的变化。
本发明揭露一种电流产生电路，包括第一电路子单元、第二电路子单元以及第三电路子单元。第一电路子单元用以产生具有第一温度系数的第一电流，其中第一温度系数为负温度系数。第二电路子单元用以产生具有第二温度系数的第二电流，其中第二温度系数为正温度系数。第三电路子单元用以根据第一电流与第二电流的一差值产生具有第三温度系数的第三电流，其中第三温度系数的斜率的绝对值大于第一温度系数的斜率的绝对值或第二温度系数的斜率的绝对值。
本发明揭露一种电流产生电路，包括第一电路子单元、第二电路子单元、第三电路子单元以及第四电路子单元。第一电路子单元用以产生具有第一温度系数的第一电流，其中第一温度系数为负温度系数。第二电路子单元用以产生具有第二温度系数的第二电流，其中第二温度系数为正温度系数。第三电路子单元用以根据第一电流与第二电流的一差值产生具有第三温度系数的第三电流。第三温度系数的斜率的绝对值大于第一温度系数的斜率的绝对值或第二温度系数的斜的绝对值率。第四电路子单元用以接收第三电流并基于第三电流产生具有第四温度系数的第四电流，使得第四温度系数的斜率与第三温度系数的斜率不同，其中第四温度系数的斜率的绝对值大于第三温度系数的斜率的绝对值。
附图说明
图1是本发明的一实施例所述的电流产生电路的方块图。
图2是本发明的一带隙稳压器的范例电路图。
图3是本发明的另一实施例所述的电流产生电路的范例电路图。
图4是本发明的另一实施例所述的电流产生电路的范例电路图。
附图标记：
100、200、300～电流产生电路；
110、120、130、140、210、220、230、240、310、320、330～电路子单元；
CTAT_OP、PTAT_OP～比较器；
I11、I12、I13、I’13、I14、I21、I22、I23、I’23、I24、I31、I32、I33、ICTAT、IPTAT～电流；
M11、M12、M13、M14、M15、M16、M17、M18、M21、M22、M23、M24、M25、M26、M27、M28、M1A、M1B、M1C、M2A、M2B、M2C、M3A、M3B、M3C、M3D、M3E、M3F～三极管；
N1、N2、N3、N4～端点；
R1、R2、R3、R4～电阻；
S1、S2、S3～斜率；
VDD、VBGR～电压。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，应理解下列实施例可经由软件、硬件、韧体、或上述任意组合来实现。
图1是本发明的一实施例所述的电流产生电路的范例电路图。电流产生电路100可包括电路子单元110、120与130。电路子单元110用以产生具有第一温度系数的电流I11，其中第一温度系数为一负温度系数，即，电流大小随着温度上升而下降。电路子单元120用以产生具有第二温度系数的电流I12，其中第二温度系数为一正温度系数，即，电流大小随着温度上升而上升。电路子单元130耦接至电路子单元110与120，用以根据电流I11与I12产生具有第三温度系数的电流I13，电路子单元130是用以调整温度系数的斜率，使得第三温度系数的一斜率的绝对值大于第一温度系数的一斜率的绝对值或第二温度系数的一斜率的绝对值。
根据本发明的一实施例，电路子单元130可为一电流扣除电路(currentsubtraction circuit)，用以根据电流I11与I12的一差值产生电流I13。举例而言，电路子单元130与120可共同耦接至端点N1，并且电路子单元130与120可共同自电路子单元110汲取电流。换言之，根据本发明的一实施例，电流I11为电流I12与I13的和。因此，于此实施例中电流I13的第三温度系数为一负温度系数，并且藉由上述的电流相减操作，利用一具有负温度系数的电流(例如，电流I11)减去一具有正温度系数的电流(例如，电流I12)，所得的电流I13的第三温度系数(负温度系数)的斜率的绝对值将大于电流I11的第一温度系数数(负温度系数)的斜率的绝对值。
根据本发明的一实施例，电路子单元110可包括一电流源，用以提供具有一第一基础温度系数的一基础电流ICTAT，其中于此实施例中，基础电流ICTAT为与绝对温度成反比(complementary to absolute temperature，缩写为CTAT)的一电流，因此，第一基础温度系数为一负温度系数。图1中亦显示有第一基础温度系数的一范例图，其中第一基础温度系数的斜率为S1。电路子单元120可包括另一电流源，用以提供具有一第二基础温度系数的一基础电流IPTAT，其中于此实施例中，基础电流IPTAT为与绝对温度成正比(proportional toabsolute temperature，缩写为PTAT)的一电流，因此，第二基础温度系数为一正温度系数。图1中亦显示有第二基础温度系数的一范例图，其中第二基础温度系数的斜率为S2。
根据本发明的一实施例，电流产生电路100可自一带隙稳压器(Bandgapregulator)电路取得基础电流ICTAT与IPTAT。图2是显示一带隙稳压器的范例电路图。带隙稳压器可包括与绝对温度成正比的比较器PTAT_OP、与绝对温度成反比的比较器CTAT_OP、多个二极管以及多个三极管，用以根据电压VDD与VBGR产生基础电流IPTAT与ICTAT。
根据本发明的一实施例，电路子单元110可更包括一或多个三极管，例如，三极管M1A与M1B，用以根据基础电流ICTAT产生电流I11。电路子单元120可更包括一或多个三极管，例如，三极管M1C，用以根据基础电流IPTAT产生电流I12。根据本发明的一实施例，三极管M1A与M1B可为P型金属氧化物半导体(PMOS)场效三极管，三极管M1C可为N型金属氧化物半导体(NMOS)场效三极管。
根据本发明的一实施例，电路子单元130可包括一或多个电流镜电路，例如，由三极管M11、M12、M13及M14所组成的电流镜电路，用以根据电流I13产生电流I’13，其中电流I’13与电流I13具有一定比例关系。三极管M11、M12、M13及M14的尺寸可依所需的斜率缩放比例适当地被设计，使得电流I13可依需求被放大或缩小。于此实施例中，三极管M11、M12、M13及M14的尺寸被设计为相等，因此，电流I13大体等于电流I’13，即，电流I’13大体等于(I11-I12)，并且同样具有第三温度系数。图1中亦显示有第三基础温度系数的一范例图，其中第三基础温度系数的斜率为S3。如图所示，于此实施例中，斜率S3的绝对值大于斜率S1的绝对值。根据本发明的一实施例，三极管M11、M12、M13及M14可为NMOS三极管。
根据本发明的一实施例，若需要更进一步调整输出电流的温度系数的斜率，电流产生电路100可更包括电路子单元140。电路子单元140可包括一或多个电流镜电路，例如，由三极管M15、M16、M17及M18所组成的电流镜电路，用以根据电流I’13产生电流I14，其中电流I14与电流I’13具有一定比例关系。三极管M15、M16、M17及M18的尺寸可依所需的斜率缩放比例适当地被设计，使得电流I’13可依需求被放大或缩小。于此实施例中，三极管M17及M18的尺寸被设计为三极管M15及M16的倍数，例如，4倍。因此，电流I14大体等于四倍的电流I’13，并且具有第四温度系数，其中，藉由电流放大的操作，第四温度系数的一斜率的绝对值会大于第三温度系数的斜率的绝对值。根据本发明的一实施例，三极管M15、M16、M17及M18可为PMOS三极管。
值得注意的是，于本发明的实施例中，为了使电流镜电路能准确地映射电流，三极管栅极的耦接方式可做特殊的设计。根据本发明的一实施例，电流产生电路100可包括电阻R1，耦接于端点N1与三极管M11的一漏极之间，并且三极管M11与三极管M12的栅极是耦接于电阻R1的两端。如此一来，电路子单元130可准确地根据电流I13映射出电流I’13。
相似地，根据本发明的一实施例，电流产生电路100可包括电阻R2，耦接于端点N2与三极管M16之间，并且三极管M15与三极管M16的栅极是耦接于电阻R2的两端。如此一来，电路子单元140可准确地根据电流I’13映射出电流I14。
图3是显示根据本发明的另一实施例所述的电流产生电路的范例电路图。电流产生电路200可包括电路子单元210、220与230。电路子单元210用以产生具有第一温度系数的电流I21，其中，于此实施例，第一温度系数为一正温度系数。电路子单元220用以产生具有第二温度系数的电流I22，其中，于此实施例，第二温度系数为一负温度系数。电路子单元230耦接至电路子单元210与220，用以根据电流I21与I22产生具有第三温度系数的电流I23，电路子单元230是用以调整温度系数的斜率，使得第三温度系数的一斜率的绝对值大于第一温度系数的一斜率的绝对值或第二温度系数的一斜率的绝对值。
根据本发明的一实施例，电路子单元230可为一电流扣除电路，用以根据电流I21与I22的一差值产生电流I23。因此，于此实施例中电流I23的第三温度系数为一正温度系数，并且所得的电流I23的第三温度系数(正温度系数)的斜率的绝对值将大于电流I21的第一温度系数(正温度系数)的斜率的绝对值。
根据本发明的一实施例，电路子单元210可包括一电流源，用以提供具有一第一基础温度系数的一基础电流IPTAT，其中于此实施例中，基础电流IPTAT为与绝对温度成正比的一电流。电路子单元220可包括另一电流源，用以提供具有一第二基础温度系数的一基础电流ICTAT，其中于此实施例中，基础电流ICTAT为与绝对温度成反比的一电流。
根据本发明的一实施例，电流产生电路200可自一带隙稳压器电路取得基础电流ICTAT与IPTAT。此外，根据本发明的一实施例，电路子单元210可更包括一或多个三极管，例如，三极管M2A与M2B，用以根据基础电流IPTAT产生电流I21。电路子单元220可更包括一或多个三极管，例如，三极管M2C，用以根据基础电流ICTAT产生电流I22。根据本发明的一实施例，三极管M2A与M2B可为PMOS三极管，三极管M2C可为NMOS三极管。
根据本发明的一实施例，电路子单元230可包括一或多个电流镜电路，例如，由三极管M21、M22、M23及M24所组成的电流镜电路，用以根据电流I23产生电流I’23，其中电流I’23与电流I23具有一定比例关系。三极管M21、M22、M23及M24的尺寸可依所需的斜率缩放比例适当地被设计，使得电流I23可依需求被放大或缩小。于此实施例中，三极管M21、M22、M23及M24的尺寸被设计为相等，因此，电流I23大体等于电流I’23，并且同样具有第三温度系数。图3中亦显示有第三基础温度系数的一范例图。如图所示，于此实施例中，第三基础温度系数的斜率的绝对值大于第一基础温度系数的斜率的绝对值。根据本发明的一实施例，三极管M21、M22、M23及M24可为NMOS三极管。
根据本发明的一实施例，若需要更进一步调整输出电流的温度系数的斜率，电流产生电路200可更包括电路子单元240。电路子单元240可包括一或多个电流镜电路，例如，由三极管M25、M26、M27及M28所组成的电流镜电路。电路子单元240与前述电路子单元140类似，在此不再赘述。
根据本发明的一实施例，电流产生电路亦可于电流相减操作前放大或缩小上述的第一电流I11/I21以及/或第二电流I12/I22，使得输出电流的温度系数的斜率可更有弹性地被调整。
图4是显示根据本发明的另一实施例所述的电流产生电路的范例电路图。电流产生电路300可包括电路子单元310、320与330。电路子单元310可包括一电流源以及一斜率调整电路。电流源用以提供具有一第一基础温度系数的一第一基础电流，其中第一基础电流可为自带隙稳压器电路取得的一基础电流ICTAT或IPTAT。斜率调整电路可包括一或多个电流镜电路，例如，由三极管M3A、M3B、M3C及M3D所组成的电流镜电路，用以接收第一基础电流并基于第一基础电流产生具有第一温度系数的第一电流I31，使得第一基础温度系数的斜率与第一温度系数的斜率不同。举例而言，三极管M3A及M3B的尺寸被设计为三极管M3C及M3D的倍数，根据一既定比例放大第一基础电流，以产生第一电流I31。值得注意的是，三极管M3A及M3B的尺寸亦可被设计为小于三极管M3C及M3D的尺寸，用以根据一既定比例缩小第一基础电流，以产生第一电流I31。根据本发明的一实施例，三极管M3A、M3B、M3C及M3D可为PMOS三极管。
根据本发明的一实施例，电路子单元320亦可包括一电流源以及一斜率调整电路。电流源用以提供具有一第二基础温度系数的一第二基础电流，其中第二基础电流可为自带隙稳压器电路取得的另一基础电流IPTAT或ICTAT。斜率调整电路可包括一或多个电流镜电路，例如，由三极管M3E及M3F所组成的电流镜电路，用以接收第二基础电流并基于第二基础电流产生具有第二温度系数的第二电流I32，使得第二基础温度系数的斜率与第二温度系数的斜率不同。根据本发明的一实施例，三极管M3E及M3F可为NMOS三极管。
根据本发明的一实施例，电路子单元330可为一电流扣除电路，用以根据电流I31与I32的一差值产生电流I33。电路子单元330与前述电路子单元130类似，在此不再赘述。
值得注意的是，本发明并不限于上述的电路架构。根据本发明的精神，若欲产生具有负温度系数且斜率的绝对值更大的电流，可将具有负温度系数的电流减去具有正温度系数的电流。若欲产生具有正温度系数且斜率的绝对值更大的电流，可将具有正温度系数的电流减去具有负温度系数的电流。此外，若欲更进一步调整输出电流的温度系数的斜率，电流产生电路可于电流相减操作前以及/或后任意放大以及/或缩小各对应的电流，使得输出电流的温度系数的斜率可更有弹性地被调整。
本发明所提出的电流产生电路，可依不同需求产生具有不同温度系数的电流，并且可弹性地调整温度系数的斜率(slope)(或梯度(gradient))，因此，适用于各种需要检测温度变化或能反映出温度变化的电路。举例而言，根据本发明的一实施例，当本发明所提出的电流产生电路应用于温度检测器时，温度检测准确度可相应地提升，有效抵抗或补偿因工艺、电压及温度变异对于各电子元件特性所产生的变化，例如，有效抵抗或补偿因工艺、电压或温度变异所导致温度检测器的比较器的内在的偏移值(offset)改变。
申请专利范围中用以修饰元件的“第一”、“第二”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或方法所执行的步骤的次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同元件。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种电流产生电路，其特征在于，包括：
一第一电路子单元，用以产生具有一第一温度系数的一第一电流，其中该第一温度系数为一负温度系数；
一第二电路子单元，用以产生具有一第二温度系数的一第二电流，其中该第二温度系数为一正温度系数；以及
一第三电路子单元，用以根据该第一电流与该第二电流的一差值产生具有一第三温度系数的一第三电流，其中该第三温度系数的一斜率的一绝对值大于该第一温度系数的一斜率的一绝对值或该第二温度系数的一斜率的一绝对值，
其中该第三电流为藉由将该第二电流自该第一电流减去，或者将该第一电流自该第二电流减去而得，
其中当该第三电流为藉由将该第二电流自该第一电流减去而得时，该第三温度系数为一负温度系数，该第三温度系数的该斜率的该绝对值大于该第一温度系数的该斜率的该绝对值，并且当该第三电流为藉由将该第一电流自该第二电流减去而得时，该第三温度系数为一正温度系数，该第三温度系数的该斜率的该绝对值大于该第二温度系数的该斜率的该绝对值。
2.如权利要求1所述的电流产生电路，其特征在于，该第一电路子单元包括：
一第一电流源，用以提供具有一第一基础温度系数的一第一基础电流；以及
一第一斜率调整电路，用以接收该第一基础电流并基于该第一基础电流产生该第一电流，使得该第一基础温度系数的一斜率与该第一温度系数的该斜率不同，并且
该第二电路子单元包括：
一第二电流源，用以提供具有一第二基础温度系数的一第二基础电流；以及
一第二斜率调整电路，用以接收该第二基础电流并基于该第二基础电流产生该第二电流，使得该第二基础温度系数的一斜率与该第二温度系数的该斜率不同。
3.如权利要求2所述的电流产生电路，其特征在于，该第一斜率调整电路包括一电流镜电路，用以根据一第一比例放大或缩小该第一基础电流，以产生该第一电流，并且其中该第二斜率调整电路包括一电流镜电路，用以根据一第二比例放大或缩小该第二基础电流，以产生该第二电流。
4.如权利要求1所述的电流产生电路，更包括：
一第四电路子单元，用以接收该第三电流并基于该第三电流产生具有一第四温度系数的一第四电流，使得该第四温度系数的一斜率与该第三温度系数的该斜率不同。
5.如权利要求4所述的电流产生电路，其特征在于，该第四温度系数的一斜率的一绝对值大于该第三温度系数的该斜率的该绝对值。
6.如权利要求4所述的电流产生电路，其特征在于，该第四电路子单元包括一电流镜电路，用以根据一第三比例放大该第三电流，以产生该第四电流。
7.如权利要求1所述的电流产生电路，更包括：
一第一电阻，并且其中该第三电路子单元包括：
一电流镜电路，包括串联耦接的一第一三极管与一第二三极管，其中该第一电阻耦接至该第一三极管的一漏极，并且该第一三极管的一栅极与该第二三极管的一栅极分别耦接于该第一电阻的两端。
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