CN112825002A - 基准电流源电路 - Google Patents
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Abstract
一种基准电流源电路,所述基准电流源电路电流产生电路,包括:第一PMOS管,与所述第一PMOS管串联连接的第一NMOS管,与所述第一PMOS管栅极连接的第二PMOS管,以及与所述第二PMOS管串联连接的第二NMOS管;第一电压调整电路,与所述电流产生电路连接,适于在所述第二PMOS管的漏极电压变化时,通过调整所述第二NMOS管的源极电压,使得所述第一PMOS管漏极的电压值与所述第二PMOS管漏极的电压值相等;第二电压调整电路,与所述电流产生电路连接,适于在所述第二PMOS管的漏极电压变化时,通过调整所述第一NMOS管的源极电压,使得所述第一PMOS管漏极的电压值与所述第二PMOS管漏极的电压值相等。应用上述方案,可以改善基准电流源的灵敏度特性。
Description
技术领域
本发明的实施例电流源技术领域,具体涉及一种基准电流源电路。
背景技术
在跨导放大器及运算放大器等常用模拟集成电路中,基准电流源是很重要的组成部分。基站电流源可以为模拟集成电路中的其它其他电路提供偏置电流。
在实际应用中,需要尽量避免基准电流源中出现电流不匹配的情况,以使得基准电流源的输出电流保持稳定,由此才能后满足对基准电流源灵敏度特性的要求。
然而,现有的基准电流源的灵敏度特性仍然较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何改善基准电流源的灵敏度特性。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种基准电流源电路,所述基准电流源电路,包括:电流产生电路,包括:第一PMOS管,与所述第一PMOS管串联连接的第一NMOS管,与所述第一PMOS管栅极连接的第二PMOS管,以及与所述第二PMOS管串联连接的第二NMOS管;第一电压调整电路,与所述电流产生电路连接,适于在所述第二PMOS管的漏极电压变化时,通过调整所述第二NMOS管的源极电压,使得所述第一PMOS管漏极的电压值与所述第二PMOS管漏极的电压值相等;第二电压调整电路,与所述电流产生电路连接,适于在所述第二PMOS管的漏极电压变化时,通过调整所述第一NMOS管的源极电压,使得所述第一PMOS管漏极的电压值与所述第二PMOS管漏极的电压值相等。
可选地,所述第一电压调整电路,输入端与所述第二PMOS管漏极连接,输出端与所述第一NMOS管的栅极及源极连接,适于检测所述第二PMOS管漏极的电压,并将所述第二PMOS管漏极电压的变化反馈至所述第一NMOS管的栅极,同时调整所述第二NMOS管源极的电压,以调整所述第一PMOS管的漏极电压。
可选地,所述第一电压调整电路,包括:第三PMOS管及第三NMOS管;其中:
所述第三PMOS管的栅极与所述第二PMOS管的漏极连接;所述第三PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的栅极和漏极连接;所述第三PMOS管的源极与电源电压输出端连接;所述第三NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接。
可选地,所述第二电压调整电路,输入端与所述第二PMOS管漏极连接,输出端与所述第二NMOS管的栅极及源极连接,适于检测所述第二PMOS管漏极的电压,并将所述第二PMOS管漏极电压的变化反馈至所述第二NMOS管的栅极,同时调整所述第一NMOS管源极的电压,以调整所述第二PMOS管的漏极电压。
可选地,所述第二电压调整电路包括:第四PMOS管及第四NMOS管;其中:
所述第四PMOS管的栅极与所述第二PMOS管的漏极连接;所述第四PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的栅极和漏极连接;所述第四PMOS管的源极与电源电压输出端连接;所述第四NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
可选地,所述基准电流源电路中,所有PMOS管的宽长比相同。
可选地,所述基准电流源电路中,所有NMOS管的宽长比相同。
可选地,所述基准电流源电路中,所有MOS管的宽长比相同,且均为5:1。
可选地,所述第一PMOS管的栅极与漏极连接;所述第一PMOS管的源极及所述第二PMOS管的源极均与电源电压输出端连接。
可选地,所述电流产生电路还包括:第一三极管,第一电阻及第二三极管;其中:所述第一三极管的基极与集电极,与所述第一NMOS管的源极连接;所述第一三极管的发射极接地;所述第一电阻的一端与所述第二NMOS管的源极连接,另一端与所述第二三极管的基极与集电极连接;所述第二NMOS管的发射极接地。
可选地,所述第二三极管的数量为两个以上,且尺寸相同;所述两个以上的所述第二三极管之间并联连接。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:
采用上述方案,通过第一电压调整电路来调整电流产生电路中第二NMOS管源极的电压,同时,通过第二电压调整电路来调整电流产生电路中第一NMOS管源极的电压,也就是同时通过不同的电压调整电路来分别对第一NMOS管及第二NMOS管源极的电压进行调整,可以使得第一PMOS管漏极的电压值与第二PMOS管漏极的电压值相等,由此可以在电源电压发生变化时,更好地保持基准电流源电路输出电流的稳定性,有效改善基准电流源的灵敏度特性。
附图说明
图1是一种基准电流源的电路结构示意图;
图2是本发明实施例中一种基准电流源的电路结构示意图;
图3是对图1及图2中示出的基准电流源进行灵敏度特性仿真的结果示意图。
具体实施方式
图1为现有技术中一种基准电流源的电路结构示意图。参照图1,所述基准电流源电路1包括NMOS管M1、M2及M5,PMOS管M3、M4及M6,一个三极管Q1以及若干个并联连接的三极管Q2。
其中,NMOS管M1,NMOS管M2,PMOS管M3及PMOS管M4构成电流镜,PMOS管M3及PMOS管M4的栅极连接,源极均与电源电压输出端Vdd连接。PMOS管M3的漏极与NMOS管M1的漏极连接,PMOS管M4的漏极与NMOS管M2的漏极连接。PMOS管M3的栅极和漏极连接,构成二极管。NMOS管M1的栅极与NMOS管M2的栅极连接。NMOS管M1的漏极与三极管Q1的基极和集电极连接。NMOS管M2的漏极与电阻R1连接。电阻R1的另一端与三极管Q2的基极和集电极连接。
NMOS管M5的栅极与漏极,与NMOS管M2的栅极连接。NMOS管M5的源极与NMOS管M2的源极连接。PMOS管M6的栅极与PMOS管M4的漏极连接。PMOS管M6的漏极与NMOS管M5的漏极连接。PMOS管M6的源极与电源电压VDD连接。
PMOS管M6可以检测PMOS管M4漏极的电压(即D点的电压),并经NMOS管M5将PMOS管M4的漏极电压变化反馈回NMOS管M2的栅极,从而实现对PMOS管M4漏极的电压的调整,使得VC=VD,消除电流不匹配,改善基准电流源电路的电流灵敏度特性。
然而,在上述基准电流源电路1中,在PMOS管M4漏极的电压因电源电压变化而发生变化时,由于NMOS管M5的源极与NMOS管M2的源极连接,会使得流过电阻R1的电流的变化量会大于NMOS管M1源极电流的变化量,NMOS管M1及PMOS管M3所在的支路,与NMOS管M2及PMOS管M4所在的支路,二者电流不匹配,会使得基准电流源电路1输出电流的灵敏度值较高,难以满足对基准电流源灵敏度特性的要求。
针对上述问题,本发明实施例提供了一种基准电流源电路,在所述基准电流源电路中,同时通过不同的电压调整电路来分别对第一NMOS管及第二NMOS管源极的电压进行调整,可以使得第一PMOS管漏极的电压值与第二PMOS管漏极的电压值相等,由此可以在电源电压发生变化时,更好地保持基准电流源电路输出电流的稳定性,有效改善基准电流源的灵敏度特性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。
参照图2,本发明实施例提供了一种基准电流源电路2,所述基准电流源电路2可以包括:电流产生电路21,第一电压调整电路22及第二电压调整电路23。其中:
所述电流产生电路21,适于输出电流。所述电流产生电路21可以包括:第一PMOS管P1,与所述第一PMOS管P1串联连接的第一NMOS管N1,与所述第一PMOS管P1栅极连接的第二PMOS管P2,以及与所述第二PMOS管P2串联连接的第二NMOS管N2。
所述第一电压调整电路22,与所述电流产生电路21连接,适于在所述第二PMOS管P2的漏极电压变化时,通过调整所述第一NMOS管N1的源极电压,使得所述第一PMOS管P1漏极的电压值VD与所述第二PMOS管P2漏极的电压值相等。
第二电压调整电路23,与所述电流产生电路21连接,适于在所述第二PMOS管P2的漏极电压变化时,通过调整所述第二NMOS管N2的源极电压,使得所述第二NMOS管N2漏极的电压值VD与所述第一PMOS管P1漏极的电压值VC相等,即使得VC=VD。
在实际应用中,随着器件尺寸的缩小,短沟道效应会使得基准电流源电路2中出现电流不匹配的现象。所谓电流不匹配,即电流产生电路21中,流过A点的电流值IA与流过B点的电流值IB不相等。IA≠IB,表明基准电流源电路2的输出电流值IB出现了波动。而IA≠IB,其根本原因是VC≠VD,即C点的电压值和D点的电压值不相等。因此,为了改善基准电流源电路2的灵敏度特性,需要尽可能地使得VC=VD。
在具体实施中,电流产生电路21可以采用多种电路结构,只要能够在VC=VD时,IA=IB即可。
在本发明的一实施例中,所述第一PMOS管P1的栅极与漏极连接。所述第一PMOS管P1的源极及所述第二PMOS管P2的源极均与电源电压输出端Vdd连接。
在本发明的一实施例中,所述电流产生电路21还包括:第一三极管X1,第一电阻R2及第二三极管X2。其中:
所述第一三极管X1的基极与集电极,与所述第一NMOS管N1的源极连接。所述第一三极管X1的发射极接地Vss。所述第一电阻R2的一端与所述第二NMOS管N2的源极连接,另一端与所述第二三极管X2的基极与集电极连接。所述第二NMOS管N2的发射极接地Vss。
在本发明的一实施例中,所述第二三极管X2的数量为两个以上,且尺寸相同。所述两个以上的所述第二三极管之间并联连接。也就是说,并联的多个第二三极管X2的基极与集电极,均与第一电阻R2连接,发射极接地Vss。
在具体实施中,所述第一电压调整电路22可以采用多种电路结构,具体不作限制,只要能够通过控制所述第一NMOS管N1的开关,来调整所述第一PMOS管P1漏极的电压,使得所述第一PMOS管P1漏极的电压值VD与所述第二PMOS管P2漏极的电压值VC相等。
在本发明的一实施例中,所述第一电压调整电路22的输入端可以与所述第二PMOS管P2漏极连接,输出端与所述第一NMOS管N1的栅极及源极连接。所述第一电压调整电路22适于检测所述第二PMOS管P2漏极的电压,并将所述第二PMOS管P2漏极电压的变化反馈至所述第一NMOS管N1的栅极,同时调整所述第二NMOS管N2源极的电压,以调整所述第一PMOS管P1的漏极电压。
为了调整所述第一PMOS管P1的漏极电压,在本发明的一实施例中,所述第一电压调整电路22可以包括:第三PMOS管P3及第三NMOS管N3。
其中:
所述第三PMOS管P3的栅极与所述第二PMOS管P2的漏极连接;所述第三PMOS管P3的漏极与所述第三NMOS管N3的栅极和漏极连接;所述第三PMOS管P3的源极与电源电压输出端连接;所述第三NMOS管N3的源极与所述第二NMOS管N2的源极连接。
在本发明的一实施例中,所述第二电压调整电路23的输入端可以与所述第二PMOS管P2漏极连接,输出端与所述第二NMOS管N2的栅极连接。所述第二电压调整电路23适于检测所述第二PMOS管P2漏极的电压,并将所述第二PMOS管P2漏极电压的变化反馈至所述第二NMOS管N2的栅极,以调整所述第二PMOS管P2的漏极电压。
为了调整所述第二PMOS管P2的漏极电压,所述第二电压调整电路23可以包括:第四PMOS管P4及第四NMOS管N4。其中:
所述第四PMOS管P4的栅极与所述第二PMOS管P2的漏极连接;所述第四PMOS管P4的漏极与所述第四NMOS管N4的栅极和漏极连接;所述第四PMOS管P4的源极与电源电压输出端连接;所述第四NMOS管N4的源极与所述第一NMOS管N1的源极连接。
当VD变化时,并使得第三PMOS管P3的漏极通过第三NMOS管N3的源极向第二NMOS管N2的源极输入电流,而同时,第四PMOS管P4的漏极通过第四NMOS管N4的源极向第一NMOS管的源极输入电流。此时,第一NMOS管N1及第一PMOS管P1所在的支路,与第二NMOS管N2及第二PMOS管P2所在的支路的电流值相等,即两支路的电流匹配,最终使得VC=VD。
在本发明的实施例中,第一NMOS管N1的衬底、第二NMOS管N2的衬底、第三NMOS管N3的衬底以及第四NMOS管N4的衬底,均接地Vss。第一PMOS管P1的衬底、第二PMOS管P2的衬底、第三PMOS管P3的衬底及第四PMOS管P4的衬底均与电源电压输出端Vdd连接。
在现有技术中,基准电流源电路中PMOS管及NMOS管的宽长比通常为10:1,由此使得基准电流源电路的总电流较大,也就使得基准电流源电路的总功耗较大。
本发明的一实施例中,为了降低功耗基准电流源电路2的功耗,可以设定所有PMOS管的宽长比相同,即第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3及第四PMOS管P4的宽长比均相同。
本发明的另一实施例中,为了降低功耗基准电流源电路2的功耗,也可以设定所有NMOS管的宽长比相同,即第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3以及第四NMOS管N4的宽长比均相同。
在本发明的又一实施例中,为了降低功耗基准电流源电路2的功耗,可以设定基准电流源电路2中所有MOS管的宽长比相同,且均为5:1。
若第四PMOS管P4及第四NMOS管N4所在的支路为支路1,第三PMOS管P3及第三NMOS管N3所在的支路为支路3,第二PMOS管P2及第二NMOS管N2所在的支路为支路2,以及第一PMOS管P1及第一NMOS管N1所在的支路为支路1,当基准电流源电路2中所有MOS管的宽长比相同时,各个支路的电流值均相同,均未I。
在电源电压相同的情况下,若所有MOS管的宽长比均为5:1的情况下,相当于每个支路的电流值减小了一半,整个基准电流源电路2的总电流为4I,由此可以有效降低基准电流源电路2的功耗。
图3为对图1及图2中基准电流源电路的灵敏度特性进行仿真所得到的仿真结果示意图。
参照图3,横轴表示电源电压值,纵轴表示基准电流源电路输出的电流值,曲线L1表示图1中示出的基准电流源电路的灵敏度特性曲线,曲线L2表示图2中示出的基准电流源电路的灵敏度特性曲线。
从图3可以看出,随着电源电压值Vdd的变化,图1中示出的基准电流源电路所输出的电流值缓慢上升,而图2中示出的基准电流源电路的电流值基本不变,故图2中示出的基准电流源电路的灵敏度特性较好。
由上述内容可以看出,本发明实施例中的基准电流源电路,为了弥补短沟道效应带来的电流不匹配,降低输出电流的电源灵敏度,引入第一电压调整电路及第二电压调整电路,来调整第一PMOS管及第二PMOS管的漏极电压。另外,通过使得基准电流源电路中所有MOS管的宽长比相同,可以使得电路结构对称,进而可以通过调整MOS管的宽长比,改善基准电流源电路的功耗。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (11)
1.一种基准电流源电路,其特征在于,包括:
电流产生电路,包括:第一PMOS管,与所述第一PMOS管串联连接的第一NMOS管,与所述第一PMOS管栅极连接的第二PMOS管,以及与所述第二PMOS管串联连接的第二NMOS管;
第一电压调整电路,与所述电流产生电路连接,适于在所述第二PMOS管的漏极电压变化时,通过调整所述第二NMOS管的源极电压,使得所述第一PMOS管漏极的电压值与所述第二PMOS管漏极的电压值相等;
第二电压调整电路,与所述电流产生电路连接,适于在所述第二PMOS管的漏极电压变化时,通过调整所述第一NMOS管的源极电压,使得所述第一PMOS管漏极的电压值与所述第二PMOS管漏极的电压值相等。
2.如权利要求1所述的基准电流源电路,其特征在于,所述第一电压调整电路,输入端与所述第二PMOS管漏极连接,输出端与所述第一NMOS管的栅极及源极连接,适于检测所述第二PMOS管漏极的电压,并将所述第二PMOS管漏极电压的变化反馈至所述第一NMOS管的栅极,同时调整所述第二NMOS管源极的电压,以调整所述第一PMOS管的漏极电压。
3.如权利要求2所述的基准电流源电路,其特征在于,所述第一电压调整电路,包括:第三PMOS管及第三NMOS管;其中:
所述第三PMOS管的栅极与所述第二PMOS管的漏极连接;所述第三PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的栅极和漏极连接;所述第三PMOS管的源极与电源电压输出端连接;所述第三NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接。
4.如权利要求1所述的基准电流源电路,其特征在于,所述第二电压调整电路,输入端与所述第二PMOS管漏极连接,输出端与所述第二NMOS管的栅极及源极连接,适于检测所述第二PMOS管漏极的电压,并将所述第二PMOS管漏极电压的变化反馈至所述第二NMOS管的栅极,同时调整所述第一NMOS管源极的电压,以调整所述第二PMOS管的漏极电压。
5.如权利要求4所述的基准电流源电路,其特征在于,所述第二电压调整电路包括:第四PMOS管及第四NMOS管;其中:
所述第四PMOS管的栅极与所述第二PMOS管的漏极连接;所述第四PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的栅极和漏极连接;所述第四PMOS管的源极与电源电压输出端连接;所述第四NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
6.如权利要求1所述的基准电流源电路,其特征在于,所述基准电流源电路中,所有PMOS管的宽长比相同。
7.如权利要求1所述的基准电流源电路,其特征在于,所述基准电流源电路中,所有NMOS管的宽长比相同。
8.如权利要求1所述的基准电流源电路,其特征在于,所述基准电流源电路中,所有MOS管的宽长比相同,且均为5:1。
9.如权利要求1至8任一项所述的基准电流源电路,其特征在于,所述第一PMOS管的栅极与漏极连接;所述第一PMOS管的源极及所述第二PMOS管的源极均与电源电压输出端连接。
10.如权利要求9所述的基准电流源电路,其特征在于,所述电流产生电路还包括:第一三极管,第一电阻及第二三极管;其中:
所述第一三极管的基极与集电极,与所述第一NMOS管的源极连接;所述第一三极管的发射极接地;
所述第一电阻的一端与所述第二NMOS管的源极连接,另一端与所述第二三极管的基极与集电极连接;
所述第二NMOS管的发射极接地。
11.如权利要求10所述的基准电流源电路,其特征在于,所述第二三极管的数量为两个以上,且尺寸相同;所述两个以上的所述第二三极管之间并联连接。
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