CN112486242A - 基于基准源的电流温度系数控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，提供一种基于基准源的电流温度系数控制电路，包括：零温度系数电压生成模块，用于生成零温度系数电压；可调温度系数电流生成模块，包括第三电阻R3、第七PMOS管MP7以及第六PMOS管MP6，用于在所述零温度系数电压稳定的情况下，通过所述第七PMOS管MP7的正温度系数电流与所述第六PMOS管MP6的负温度系数电流之和，得到可调温度系数的参考电流，所述参考电流的可调温度系数通过调节施加有负温度系数电流的所述第三电阻R3的阻值得到。本发明实施例在保证基准源中零温度系数电压特性稳定的前提下，实现基准源中电流温度系数的调节。

Description

基于基准源的电流温度系数控制电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体地涉及一种基于基准源的电流温度系数控制电路。
背景技术
在现有实现零温度系数电压的基准源中，主要采用具有正温度系数的两个不同电流密度的三极管得到VBE电压差，并将该电压差加到一个低温度系数电阻上，得到一个与温度成正比的电流，再将该电流送给一个相同类型的低温度系数电阻，得到一个正温度系数的电压，该电压与三极管具有负温度系数的VBE相加，得到一个零温度系数电压。若是需要调整该基准源中电流的温度系数，则会影响零温度系数电压的温度系数，无法保证该电压的零温度系数。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于基准源的电流温度系数控制电路，实现了在基准源中可同时满足零温度系数电压与电流温度系数可调的需求。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于基准源的电流温度系数控制电路，包括：零温度系数电压生成模块，用于生成零温度系数电压；可调温度系数电流生成模块，包括第三电阻R3、第七PMOS管MP7以及第六PMOS管MP6，用于在所述零温度系数电压稳定的情况下，通过所述第七PMOS管MP7的正温度系数电流与所述第六PMOS管MP6的负温度系数电流之和，得到可调温度系数的参考电流，所述参考电流的可调温度系数通过调节施加有负温度系数电流的所述第三电阻R3的阻值得到。
进一步地，所述零温度系数电压生成模块包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电阻R1以及第二电阻R2；所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2以及第四PMOS管MP4的栅极与所述第一PMOS管MP1的漏极连接，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4的源极与电源电压连接，所述第三PMOS管MP3的栅极与所述第二PMOS管MP2的漏极连接；所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3的栅极与所述第三NMOS管MN3、所述第三PMOS管MP3的漏极连接，所述第一NMOS管MN1的漏极与所述第一PMOS管MP1的漏极连接，所述第二NMOS管MN2的漏极与所述第二PMOS管MP2的漏极连接，所述第一NMOS管MN1与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第二NMOS管MN2的源极通过所述第一电阻R1与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第三NMOS管MN3的源极与所述第三三极管Q3的发射极连接；所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2、所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4的基极、集电极均接地，所述第四PMOS管MP4的漏极与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第四三极管Q4的发射极与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第二电阻R2的第一端输出所述零温度系数电压。
进一步地，所述可调温度系数电流生成模块还包括第五PMOS管MP5与第四NMOS管MN4；所述第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7的源极与所述电源电压连接，所述第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6的栅极与所述第五PMOS管MP5的漏极连接，所述第六PMOS管MP6的漏极与所述第七PMOS管MP7的漏极连接，所述第五PMOS管MP5的漏极与所述第四NMOS管MN4的漏极连接，所述第四NMOS管MN4的栅极与所述第三NMOS管MN3的漏极连接，所述第四NMOS管MN4的源极通过所述第三电阻R3接地。
进一步地，所述第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3为同种类型电阻。
进一步地，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第四PMOS管MP4与第七PMOS管MP7的尺寸相等，所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的尺寸相等，所述第五PMOS管MP5与第六PMOS管MP6的尺寸相等。
进一步地，所述第七PMOS管MP7、所述第四PMOS管MP4、所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2的电流均相等。
进一步地，所述第五PMOS管MP5与第六PMOS管MP6的电流相等。
进一步地，所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的电流相等。
进一步地，根据
Figure BDA0002765164270000031
得到所述可调温度系数的参考电流IREF，其中，VEB3为所述第三三极管Q3的发射极与基极电压，VEB1为所述第一三极管Q1的发射极与基极电压，VEB2为所述第二三极管Q2的发射极与基极电压。
进一步地，根据
Figure BDA0002765164270000032
得到所述零温度系数电压VREF，其中，VEB4为所述第四三极管Q4的发射极与基极电压，VEB1为所述第一三极管Q1的发射极与基极电压，VEB2为所述第二三极管Q2的发射极与基极电压。
通过上述技术方案，在保证基准源中零温度系数电压特性稳定的前提下，通过调节施加有负温度系数电流的所述第三电阻R3的阻值，使得生成正温度系数电流的第七PMOS管MP7以及生成负温度系数电流的第六PMOS管MP6的电流相加得到可调温度系数的参考电流，其温度系数可以是正温度系数、负温度系数或者是零温度系数。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种基于基准源的电流温度系数控制电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于基准源的电流温度系数控制电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明实施例提供的一种基于基准源的电流温度系数控制电路的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种基于基准源的电流温度系数控制电路，包括：零温度系数电压生成模块11，用于生成零温度系数电压；可调温度系数电流生成模块12，包括第三电阻R3、第七PMOS管MP7以及第六PMOS管MP6，用于在所述零温度系数电压稳定的情况下，通过所述第七PMOS管MP7的正温度系数电流与所述第六PMOS管MP6的负温度系数电流之和，得到可调温度系数的参考电流，所述参考电流的可调温度系数通过调节施加有负温度系数电流的所述第三电阻R3的阻值得到。所述基准源中的可调温度系数电流生成模块，实现了在零温度系数电压生成模块得到零温度系数电压，并保证其零温度系数的同时，可以得到可调温度系数的电流，并通过调节第三电阻R3的阻值，得到正温度系数电流、负温度系数电流或零温度系数电流。
具体的，如图2所示的基于基准源的电流温度系数控制电路的电路图，所述零温度系数电压生成模块包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电阻R1以及第二电阻R2。
其中，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2以及第四PMOS管MP4的栅极与所述第一PMOS管MP1的漏极连接，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4的源极与电源电压连接，所述第三PMOS管MP3的栅极与所述第二PMOS管MP2的漏极连接，所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3的栅极与所述第三NMOS管MN3、所述第三PMOS管MP3的漏极连接，所述第一NMOS管MN1的漏极与所述第一PMOS管MP1的漏极连接，所述第二NMOS管MN2的漏极与所述第二PMOS管MP2的漏极连接，所述第一NMOS管MN1与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第二NMOS管MN2的源极通过所述第一电阻R1与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第三NMOS管MN3的源极与所述第三三极管Q3的发射极连接，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2、所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4的基极、集电极均接地，所述第四PMOS管MP4的漏极与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第四三极管Q4的发射极与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第二电阻R2的第一端输出所述零温度系数电压。
另外，所述可调温度系数电流生成模块还包括第五PMOS管MP5与第四NMOS管MN4。具体的，所述第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7的源极与所述电源电压连接，所述第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6的栅极与所述第五PMOS管MP5的漏极连接，所述第六PMOS管MP6的漏极与所述第七PMOS管MP7的漏极连接，所述第五PMOS管MP5的漏极与所述第四NMOS管MN4的漏极连接，所述第四NMOS管MN4的栅极与所述第三NMOS管MN3的漏极连接，所述第四NMOS管MN4的源极通过所述第三电阻R3接地。
其中，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第四PMOS管MP4与第七PMOS管MP7的尺寸相等，所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的尺寸相等，所述第五PMOS管MP5与第六PMOS管MP6的尺寸相等。
在本发明实施例中忽略电路中的失配，如电阻间的失配、MOS管间的失配，三极管间的失配。
在图2中的三极管的集电极电流与其发射极与基极电压之间的关系如公式(1)所示：
Figure BDA0002765164270000061
其中，Is为三极管的饱和电流，VT为热电压，VT＝KT/q，q为电子电荷，k为波尔兹曼常数，VEB为三极管的发射极与基极电压，T为绝对温度。
根据三极管的特性，基极电流如公式(2)所示：
IB＝IC/βF 公式(2)
则三极管中的电流如公式(3)所示：
Figure BDA0002765164270000062
所以三极管的发射极与基极电压如公式(4)所示：
Figure BDA0002765164270000071
其中，由于所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的尺寸相等，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2的尺寸相等，所以MN1与MN2的电流相等，因此，所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2中的电流IQ1、IQ2相等，如公式(5)所示：
Figure BDA0002765164270000072
所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2之间的发射极与基极之间的电压差如公式(6)所示：
Figure BDA0002765164270000073
其中，VEB1为所述第一三极管Q1的发射极与基极电压，VEB2为所述第二三极管Q2的发射极与基极电压。假设Q1与Q2的发射极面积之比为1：N，而且IQ1＝IQ2，则二者的饱和电流之比如公式(7)所示：
Is1：Is2＝1：N 公式(7)
另外IQ1＝IQ2，因此，公式(6)中的ΔVEB＝VT*lnN。另外，从图2中可以看到，Q1与Q2中的电流等于流过第一电阻R1的电流，Q1与Q2之间的发射极与基极之间的电压差就是R1两端的电压，因此Q1与Q2中的电流如公式(8)所示：
IQ1＝IQ2＝ΔVEB/R1＝VT·ln N/R1 公式(8)
由于所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2的电流与Q1、Q2的电流相等，且所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2与第四PMOS管MP4的尺寸相等，因此产生正温度系数电流的MP1将电流镜像给所述第四PMOS管MP4，在MP4的支路上通过第二电阻R2产生正温度系数电压，再通过第四三极管Q4的VEB4产生负温度系数电压，两个电压相加得到与温度无关的电压，即得到零温度系数电压VREF，如公式(9)所示：
Figure BDA0002765164270000081
通过选择适当的R1与R2的电阻阻值大小，即可得到零温度系数电压VREF。
由于所述第三NMOS管MN3与所述第四NMOS管MN4的栅极、源极电压相等，在第三电阻R3上产生负温度系数电流ICTAT，如公式(10)所示：
Figure BDA0002765164270000082
另外，由于第七PMOS管MP7镜像所述第一PMOS管MP1的电流，且电流与Q1的电流相等，因此，MP7上的电流为正温度系数电流IPTAT，如公式(11)所示：
Figure BDA0002765164270000083
由于所述第六PMOS管MP6镜像第五PMOS管MP5的电流，因此，MP7与MP6的电流相加，得到最终的可调温度系数的参考电流IREF，如公式(12)所示：
Figure BDA0002765164270000084
通过调节第三电阻R3的大小，即可得到不同温度系数的参考电流。
在本发明实施例中，电阻R1、R2、R3为相同类型的电阻，MN1、MN2、MN3、MP1、MP2、MP3、电阻R1、Q1、Q2组成的环路，MN3的漏极和栅极连接在一起并连接到MN1和MN2的栅极，得到正温度系数电流，同时保证MN1、MN2的四端端点电压相等。MP7和MP4镜像MP1和MP2的正温度系数电流。Q3产生的与负温度系数电压VBE3，MN3向MN4提供栅极电压，通过调整MN3、MN4的尺寸，使得MN3、MN4的源极电压相等，从而在R3上产生负温度系数电流，通过调整R3的阻值，得到一个可以调节的负温度系数电流，MP6镜像MP5的负温度系数电流，MP6与MP7二者的电流按比例相加，实现基准源中电流温度系数的调节。
其中，电阻R1、R2、R3为同一类型的电阻，一致性好，利于得到高精度的零温度系数电压和可调温度系数的参考电流。另外，采用MP1、MP2、MP3、MN1、MN2、MN3、R1、Q1、Q2组成的多反馈环路，保证MN1、MN2、MP1、MP2的漏极电压的稳定性，当电源发生变化时，使MN1和MN2的源极电压能保持稳定，具有较强的电源抑制能力。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述电路包括：
零温度系数电压生成模块，用于生成零温度系数电压；
可调温度系数电流生成模块，包括第三电阻R3、第七PMOS管MP7以及第六PMOS管MP6，用于在所述零温度系数电压稳定的情况下，通过所述第七PMOS管MP7的正温度系数电流与所述第六PMOS管MP6的负温度系数电流之和，得到可调温度系数的参考电流，所述参考电流的可调温度系数通过调节施加有负温度系数电流的所述第三电阻R3的阻值得到。
2.根据权利要求1所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述零温度系数电压生成模块包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电阻R1以及第二电阻R2；
所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2以及第四PMOS管MP4的栅极与所述第一PMOS管MP1的漏极连接，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4的源极与电源电压连接，所述第三PMOS管MP3的栅极与所述第二PMOS管MP2的漏极连接；
所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3的栅极与所述第三NMOS管MN3、所述第三PMOS管MP3的漏极连接，所述第一NMOS管MN1的漏极与所述第一PMOS管MP1的漏极连接，所述第二NMOS管MN2的漏极与所述第二PMOS管MP2的漏极连接，所述第一NMOS管MN1与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第二NMOS管MN2的源极通过所述第一电阻R1与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第三NMOS管MN3的源极与所述第三三极管Q3的发射极连接；
所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2、所述第三三极管Q3与所述第四三极管Q4的基极、集电极均接地，所述第四PMOS管MP4的漏极与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第四三极管Q4的发射极与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第二电阻R2的第一端输出所述零温度系数电压。
3.根据权利要求2所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述可调温度系数电流生成模块还包括第五PMOS管MP5与第四NMOS管MN4；
所述第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7的源极与所述电源电压连接，所述第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6的栅极与所述第五PMOS管MP5的漏极连接，所述第六PMOS管MP6的漏极与所述第七PMOS管MP7的漏极连接，所述第五PMOS管MP5的漏极与所述第四NMOS管MN4的漏极连接，所述第四NMOS管MN4的栅极与所述第三NMOS管MN3的漏极连接，所述第四NMOS管MN4的源极通过所述第三电阻R3接地。
4.根据权利要求3所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3为同种类型电阻。
5.根据权利要求3所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第四PMOS管MP4与第七PMOS管MP7的尺寸相等，所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的尺寸相等，所述第五PMOS管MP5与第六PMOS管MP6的尺寸相等。
6.根据权利要求5所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述第七PMOS管MP7、所述第四PMOS管MP4、所述第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2的电流均相等。
7.根据权利要求5所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述第五PMOS管MP5与第六PMOS管MP6的电流相等。
8.根据权利要求5所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，所述第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的电流相等。
9.根据权利要求5所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，根据
Figure FDA0002765164260000032
得到所述可调温度系数的参考电流IREF，其中，VEB3为所述第三三极管Q3的发射极与基极电压，VEB1为所述第一三极管Q1的发射极与基极电压，VEB2为所述第二三极管Q2的发射极与基极电压。
10.根据权利要求5所述的基于基准源的电流温度系数控制电路，其特征在于，根据
Figure FDA0002765164260000031
得到所述零温度系数电压VREF，其中，VEB4为所述第四三极管Q4的发射极与基极电压，VEB1为所述第一三极管Q1的发射极与基极电压，VEB2为所述第二三极管Q2的发射极与基极电压。
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