CN112162584B - 一种电流值可调可补偿的电流偏置电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，涉及一种电流值可调可补偿的电流偏置电路。电路包括：启动电路、正温度系数电流偏置电路、负温度系数电流偏置电路以及正负温度系数电流偏置选择补偿电路；启动电路用于触发启动正温度系数电流偏置电路；正温度系数电流偏置电路和负温度系数电流偏置电路将电流输出至正负温度系数电流偏置选择补偿电路，正负温度系数电流偏置选择补偿电路根据接收到的电流值进行选择补偿。解决了现有技术中正负温度系数无法实现真正补偿的问题。由于上述电路中同时包括正温度系数电流偏置电路和负温度系数电流偏置电路，解决了现有技术中仅包括正温度系数电流偏置电路或者仅包括负温度系数电流偏置电路，较为单一的问题。

Description

一种电流值可调可补偿的电流偏置电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电流值可调可补偿的电流偏置电路。

背景技术

在集成电路设计中，由晶体管、MOS管等半导体器件所构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证这些器件处于特定的工作状态，即应该设置它们的工作点，而这些工作点的设置是可以通过外部电路来实现的，这种外部电路就称为偏置电路。当然除了放大器，在集成电路中很多电路结构都要由偏置电路为它们提供工作点或者稳定的初始态，这些电路结构通常称为偏置电路所驱动的后续电路，因此偏置电路在集成电路中非常重要，且应用广泛。根据所提供的信号类型，偏置电路分成电流偏置和电压偏置等不用类型。

电流偏置电路所提供的电流都是有温度特性的，即随着温度的变化，这些电流都会随之变化；随时温度的升高，电流变大，称之为该电流偏置电路具有正的温度系数，反之称为具有负的温度系数。正、负温度系数电流偏置电路各有不同的用途，有的电路需要采用具有正温度系数的电流偏置电路，有的则正好相反。如射频电路在高温下通常会造成性能下降，这时就需要用到正温度系数的电流偏置，并且尽量提高正温度系数的办法来补偿高温下性能的恶化。因此如果能够同时提供正、负温度系数电流偏置，将进一步提高后续电路的使用灵活性。

当然也有的场合需要采用不随温度变化的电流偏置电路，因此目前研究中有很多补偿技术，即正、负温度系数之间通过某种结构进行补偿，实现零温度系数。目前而目前所谓的零温度系数电流偏置电路都是采用两种不同类型电阻如阱电阻和高阻多晶电阻，利用它们温度系数相反的特性来进行补偿的，而这两种类型电阻的温度特性并不是完全相同，即随着温度变化，两种类型电阻的阻值变化特性是有差异的，因此无法真正做到温度补偿。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电流值可调可补偿的电流偏置电路，以解决现有技术中的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种电流值可调可补偿的电流偏置电路，所述电路包括：启动电路、正温度系数电流偏置电路、负温度系数电流偏置电路以及正负温度系数电流偏置选择补偿电路；所述启动电路用于触发启动所述正温度系数电流偏置电路；

所述正温度系数电流偏置电路和所述负温度系数电流偏置电路将电流输出至所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路，所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路根据接收到的电流值进行选择补偿。

可选的，所述正温度系数电流偏置电路包括第一P沟道场效应管P0、第二 P沟道场效应管P1、第一N沟道场效应管N0、第二N沟道场效应管N1、第一三极管Q0和第二三极管Q1以及第一电阻R0。

可选的，所述第一P沟道场效应管P0、所述第二P沟道场效应管P1、所述第一N沟道场效应管N0以及第二N沟道场效应管N1组成电流镜，所述第一所述第一N沟道场效应管N0与第一三极管Q0连接，所述第二N沟道场效应管 N1在连接所述第一电阻R0后与所述第二三极管Q1连接；

所述第二P沟道场效应管P1和所述第二N沟道场效应管N1的连接处输出电流偏置信号。

可选的，所述启动电路包括第三P沟道场效应管P2、第四P沟道场效应管 P3、第五P沟道场效应管P4以及第二电阻R1。

可选的，所述第三P沟道场效应管P2和所述第四P沟道场效应管P3关于所述第五P沟道场效应管P4互为镜像，所述第四P沟道场效应管P3与所述第二电阻R1串联；

所述第三P沟道场效应管P2和第五P沟道场效应管P4与所述正温度系数电流偏置电路相连。

可选的，所述负温度系数电流偏置电路包括：两个熔丝压点F1和F2、两个熔丝FUSE1和FUSE2、运算放大器、第六P沟道场效应管P5、第三N沟道场效应管N2、第三电阻R2、第四电阻R3、第五电阻R4、第四N沟道场效应管N3、第五N沟道场效应管N4、反相器以及两个电流源I3和I4。

可选的，所述第六P沟道场效应管P5的栅极以及所述第六P沟道场效应管 P5和所述第三N沟道场效应管N2的连接端输出电流偏置信号；

所述第三电阻R2、第四电阻R3和第五电阻R4串联，所述第四N沟道场效应管N3与所述第四电阻R3并联，所述第五N沟道场效应管N4与所述第五电阻R4并联；所述第五N沟道场效应管N4的栅极与所述反相器的输出端连接，所述反相器的输入端连接熔丝FUSE1和所述熔丝压点F1；所述第四N沟道场效应管N3的栅极与所述熔丝FUSE2所述熔丝压点F2；

所述熔丝压点F1和F2分别用于控制熔丝FUSE1和FUSE2，进而控制所述负温度系数电流偏置电路的输出电流。

可选的，在熔丝未熔断时，所述第四N沟道场效应管N3的栅极和反相器的输入端接地；

在熔丝熔断时，所述电流源I3和I4把所述第四N沟道场效应管N3的栅极和反相器的输入端拉至高电平。

可选的，所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路包括：选择电路和补偿电路；

所述选择电路与所述正温度系数电流偏置电路的电流偏置信号输出端以及所述负温度系数电流偏置电路的电流偏置信号输出端连接；

所述补偿电路与所述负温度系数电流偏置电路相连，用于通过控制所述负温度系数电流偏置电路中的熔丝熔断控制电流。

通过提供上述结构的电流偏置电路，解决了现有技术中正负温度系数无法实现真正补偿的问题，达到了可以实现补偿的效果。由于上述电路中同时包括正温度系数电流偏置电路和负温度系数电流偏置电路，解决了现有技术中仅包括正温度系数电流偏置电路或者仅包括负温度系数电流偏置电路，较为单一的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的电流值可调可补偿的电流偏置电路的示意图；

图2是根据本发明实施例提供的启动电路和正温度系数电流偏置电路的示意图；

图3是根据本发明实施例提供的负温度系数电流偏置电路的示意图；

图4是根据本发明实施例提供的正负温度系数电流偏置选择补偿电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的电流值可调可补偿的电流偏置电路，如图1所示，所述电流值可调可补偿的电流偏置电路包括：启动电路11、正温度系数电流偏置电路12、负温度系数电流偏置电路13以及正负温度系数电流偏置选择补偿电路14；所述启动电路11用于触发启动所述正温度系数电流偏置电路12；

所述正温度系数电流偏置电路12和所述负温度系数电流偏置电路13将电流输出至所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路14，所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路14根据接收到的电流值进行选择补偿。

在上述实施例中，请参考图2，其中虚线框中示出了启动电路的一种可能的示意图，如图2所示，该启动电路包括：第三P沟道场效应管P2、第四P沟道场效应管P3、第五P沟道场效应管P4以及第二电阻R1。

其中，如图2所示，所述第三P沟道场效应管P2和所述第四P沟道场效应管P3关于所述第五P沟道场效应管P4互为镜像，所述第四P沟道场效应管P3 与所述第二电阻R1串联；

所述第三P沟道场效应管P2和第五P沟道场效应管P4与所述正温度系数电流偏置电路相连。

请参考图2，其示出了正温度系统电流偏置电路的一种可能的示意图，如图 3所示，该正温度系统电流偏置电路包括第一P沟道场效应管P0、第二P沟道场效应管P1、第一N沟道场效应管N0、第二N沟道场效应管N1、第一三极管Q0和第二三极管Q1以及第一电阻R0。

所述第一P沟道场效应管P0、所述第二P沟道场效应管P1、所述第一N沟道场效应管N0以及第二N沟道场效应管N1组成电流镜，所述第一所述第一N 沟道场效应管N0与第一三极管Q0连接，所述第二N沟道场效应管N1在连接所述第一电阻R0后与所述第二三极管Q1连接；并且，实际实现时Q0和Q1的发射面积可以相同或者不同，比如，Q1的发射面积为Q0发射面积的n倍，n 为大于1的整数。

所述第二P沟道场效应管P1和所述第二N沟道场效应管N1的连接处输出电流偏置信号。

图2中P0和P1、N0和N1组成两个电流镜，W3和W4的电位相同，并且流过Q0和Q1的电流相同，假设Q1的发射区面积是Q0的n倍，则Q1发射结的电流密度是Q0发射结电流密度的1/n，W3和W4的电压差是V(W3，W4) ＝VTln(n)＝kTln(n)/q，(室温下约为52mV)，这个压差加在电阻R0两端，确定了回路的电流。从式子中可以看出，在n大于1的情况下，电阻R0两端的电压和绝对温度成正比，所以，随着温度的上升，R0中的电流增大，呈正温度系数。

结合图2，以下简述上述启动电路以及正温度电流偏置电路的工作原路。

假设初始状态电路未启动，则回路电流为0，P4中电流为0，P3管和R1串联，P3管的电流镜像到P2管，流过P2管的电流经过N0和Q0流到地，由于镜像作用，N1中也有电流流过，N1中的电流也流过P1管，再由P1管镜像到P0 管，于是回路中就有电流流过，此时P4管也开启，把W5拉到高电平，p2管关断，电流源回路通过反馈工作在平衡状态，启动过程完成，此后启动电路不再影响电流源回路。图2中启动电路只有4个器件，与现有技术中采用的专门的启动相比非常简单，节省了芯片的成本，也降低了芯片的功耗。

请参考图3，其示出了本申请一个实施例提供的负温度系数电流偏置电路的一种可能的结构示意图，如图3所示，该负温度系数电流偏置电路包括：两个熔丝压点F1和F2、两个熔丝FUSE1和FUSE2、运算放大器、第六P沟道场效应管P5、第三N沟道场效应管N2、第三电阻R2、第四电阻R3、第五电阻R4、第四N沟道场效应管N3、第五N沟道场效应管N4以及两个电流源I3和I4。

其中，所述第六P沟道场效应管P5的栅极以及所述第六P沟道场效应管P5 和所述第三N沟道场效应管N2的连接端输出电流偏置信号；

所述第三电阻R2、第四电阻R3和第五电阻R4串联，所述第四N沟道场效应管N3与所述第四电阻R3并联，所述第五N沟道场效应管N4与所述第五电阻R4并联；所述第五N沟道场效应管N4的栅极与所述反相器的输出端连接，所述反相器的输入端连接熔丝FUSE1和所述熔丝压点F1；所述第四N沟道场效应管N3的栅极与所述熔丝FUSE2所述熔丝压点F2；

所述熔丝压点F1和F2分别用于控制熔丝FUSE1和FUSE2，进而控制所述负温度系数电流偏置电路的输出电流。

图3中W1的点位是一个PN结的正向压降。由于运放的作用，W2和W1 电位相同，相当于PN结的正向压降加在电阻R2、R3和R4上，流过电阻的电流也流过P5管，提供给其他模块。从电路参数计算，室温下流过电阻的电流约为 1.2uA。随着温度上升，PN结的正向降以约每度2mV的速度下降，W2电位也随之下降，电阻中的电流也随温度下降，呈负温度系数。

图3所示的电路中有两个熔丝用于调节负温度系数电流源的电流值，两个熔丝压点是F1和F2。熔丝未熔断时，N3的栅极和I2的输入电位被拉到地，熔丝熔断时，I3和I4两个电流源把N3的栅极和I2的输入端拉到高电平。根据熔丝的熔断情况，电阻R1和R2被串入电路中或短路，从而实现对电流的调节。

可选的，如图4所示，其示出了本申请一个实施例提供的正负温度系数电流偏置选择补偿电路的一种可能的结构示意图，如图4所示，所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路包括：选择电路和补偿电路；

所述选择电路与所述正温度系数电流偏置电路的电流偏置信号输出端以及所述负温度系数电流偏置电路的电流偏置信号输出端连接；

所述补偿电路与所述负温度系数电流偏置电路相连，用于通过控制所述负温度系数电流偏置电路中的熔丝熔断控制电流。

图4所示的正负温度系数电流偏置选择补偿电路中，分别由正、负温度系数电流偏置电路产生相应的偏置信号，然后可以通过后续电路的实际使用需求，通过选择信号选择是正温度系数偏置信号B_PTAT控制图中的P1.。。。Pn管，或者是负温度系数偏置信号B_NTAT控制图中的P2.。。。Pm管，分别产生正温度系数电流I_PTAT或者负温度系数电流I_NTAT。

在此基础上，根据后续电路的实际使用需求来决定是否进行温度系数的补偿，如果不补偿，那么正温度系数电流I_PTAT、负温度系数电流I_NTAT可以分别输出；如果需要补偿，则可以通过图4中的熔丝调节负温度系数电流大小，实现和正温度系数电流的真正意义上的补偿。这是因为上述正、负温度系数电流偏置电路都是利用基极和集电极短接的三极管中PN接正向压降随温度的变化特性，是同样类型的器件，温度特性可以做到一致。

综上所述，通过提供上述结构的电流值可调可补偿的电流偏置电路，解决了现有技术中正负温度系数无法实现真正补偿的问题，达到了可以实现补偿的效果。由于上述电路中同时包括正温度系数电流偏置电路和负温度系数电流偏置电路，解决了现有技术中仅包括正温度系数电流偏置电路或者仅包括负温度系数电流偏置电路，较为单一的问题。

同时，由于上述启动电路中仅包括4个器件，也即包括的器件较少，解决了现有技术中启动电路中器件较多，电路复杂进而成本和功耗较高的问题。

此外，通过使用上述结构的负温度系数电流偏置电路，解决了现有技术中电流不可调的问题；达到了可以通过控制熔丝的熔断情况来控制电流的调节，进而实现电流可调的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电流值可调可补偿的电流偏置电路，其特征在于，所述电路包括：启动电路、正温度系数电流偏置电路、负温度系数电流偏置电路以及正负温度系数电流偏置选择补偿电路；所述启动电路用于触发启动所述正温度系数电流偏置电路；

所述正温度系数电流偏置电路和所述负温度系数电流偏置电路将电流输出至所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路，所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路根据接收到的电流值进行选择补偿；

所述负温度系数电流偏置电路包括：两个熔丝压点F1和F2、两个熔丝FUSE1和FUSE2、运算放大器、第六P沟道场效应管P5、第三N沟道场效应管N2、第三电阻R2、第四电阻R3、第五电阻R4、第四N沟道场效应管N3、第五N沟道场效应管N4、反相器以及两个电流源I3和I4；

所述第六P沟道场效应管P5的栅极以及所述第六P沟道场效应管P5和所述第三N沟道场效应管N2的连接端输出电流偏置信号；

所述第三电阻R2、第四电阻R3和第五电阻R4串联，所述第四N沟道场效应管N3与所述第四电阻R3并联，所述第五N沟道场效应管N4与所述第五电阻R4并联；所述第五N沟道场效应管N4的栅极与所述反相器的输出端连接，所述反相器的输入端连接熔丝FUSE1和所述熔丝压点F1；所述第四N沟道场效应管N3的栅极与所述熔丝FUSE2和所述熔丝压点F2相连；

所述熔丝压点F1和F2分别用于控制熔丝FUSE1和FUSE2，进而控制所述负温度系数电流偏置电路的输出电流；

在熔丝FUSE2未熔断时，所述第四N沟道场效应管N3的栅极和反相器的输入端接地；

在熔丝FUSE2熔断时，所述电流源I3和I4把所述第四N沟道场效应管N3的栅极和反相器的输入端拉至高电平；

所述正负温度系数电流偏置选择补偿电路包括：选择电路和补偿电路；

所述选择电路与所述正温度系数电流偏置电路的电流偏置信号输出端以及所述负温度系数电流偏置电路的电流偏置信号输出端连接；

所述补偿电路与所述负温度系数电流偏置电路相连，用于通过控制所述负温度系数电流偏置电路中的熔丝熔断控制电流。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述正温度系数电流偏置电路包括第一P沟道场效应管P0、第二P沟道场效应管P1、第一N沟道场效应管N0、第二N沟道场效应管N1、第一三极管Q0和第二三极管Q1以及第一电阻R0。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述第一P沟道场效应管P0、所述第二P沟道场效应管P1、所述第一N沟道场效应管N0以及第二N沟道场效应管N1组成电流镜，所述第一N沟道场效应管N0与第一三极管Q0连接，所述第二N沟道场效应管N1在连接所述第一电阻R0后与所述第二三极管Q1连接；

所述第二P沟道场效应管P1和所述第二N沟道场效应管N1的连接处输出电流偏置信号。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述启动电路包括第三P沟道场效应管P2、第四P沟道场效应管P3、第五P沟道场效应管P4以及第二电阻R1。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，

所述第三P沟道场效应管P2和所述第四P沟道场效应管P3关于所述第五P沟道场效应管P4互为镜像，所述第四P沟道场效应管P3与所述第二电阻R1串联；

所述第三P沟道场效应管P2和第五P沟道场效应管P4与所述正温度系数电流偏置电路相连。

Images