CN114281144A - 可应用于低电源电压的恒温电流源、芯片及电子设备 - Google Patents

可应用于低电源电压的恒温电流源、芯片及电子设备 Download PDF

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CN114281144A CN202110212742.0A CN202110212742A CN114281144A CN 114281144 A CN114281144 A CN 114281144A CN 202110212742 A CN202110212742 A CN 202110212742A CN 114281144 A CN114281144 A CN 114281144A
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Abstract

本申请实施例提供一种恒温电流源、芯片及电子设备，该恒温电流源包括：第一启动电路、第二启动电路、正温电流产生电路、负温电流产生电路、恒温电流输出电路，所述第一启动电路为所述正温电流产生电路提供第一启动偏置电压，所述第二启动电路为所述负温电流产生电路提供第二启动偏置电压，所述正温电流产生电路提供正温度系数电流，所述负温电流产生电路提供负温度系数电流，所述正温电流产生电路和所述负温电流产生电路组合产生带温度补偿的恒温电流源，并经由所述恒温电流输出电路输出。本申请实施例可以提供高精度的恒温电流源。

Description

可应用于低电源电压的恒温电流源、芯片及电子设备
技术领域
本申请涉及电流源技术领域，具体涉及一种可应用于低电源电压的恒温电流源、芯片及电子设备。
背景技术
集成电路当中的晶体管和场效应管，除了组成放大电路外，还有两个主要作用：一是组成电流源电路，为各级提供合适的静态电流；二是作为有源负载取代高阻值的电阻，可以提高电路的增益。
目前，带隙基准电路是集成电路中最为常见的电路结构，现有的电流源电路通常采用的是带隙基准电路来产生电流源，由于带隙基准电路没有对电流进行温度补偿，难以抵消温度对电流带来的影响。
发明内容
本申请实施例提供一种恒温电流源、芯片及电子设备，可以提供高精度的恒温电流源。
本申请实施例的第一方面提供了一种恒温电流源，包括：
第一启动电路、第二启动电路、正温电流产生电路、负温电流产生电路、恒温电流输出电路，所述第一启动电路为所述正温电流产生电路提供第一启动偏置电压，所述第二启动电路为所述负温电流产生电路提供第二启动偏置电压，所述正温电流产生电路提供正温度系数电流，所述负温电流产生电路提供负温度系数电流，所述正温电流产生电路和所述负温电流产生电路组合产生带温度补偿的恒温电流源，并经由所述恒温电流输出电路输出。
可选的，所述第一启动电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第十一场效应管和第一电容，所述第一场效应管漏极、所述第二场效应管栅极、所述第三场效应管漏极、所述第一电容上极板共同连接，所述第一场效应管源极、所述第二场效应管源极、所述第三场效应管栅极均与电源端连接，所述第三场效应管源极、所述第十一场效应管栅极和漏极共同连接，所述第十一场效应管源极、所述第一电容下极板均与接地端连接。
可选的，所述第二启动电路包括第十二场效应管、第十三场效应管、第十四场效应管、第二十场效应管和第二电容，所述第十二场效应管漏极、所述第十三场效应管栅极、所述第十四场效应管漏极、所述第二电容上极板共同连接，所述第十二场效应管源极、所述第十三场效应管源极、所述第十四场效应管栅极均与所述电源端连接，所述第十四场效应管源极、所述第二十场效应管栅极和漏极共同连接，所述第二十场效应管源极、所述第二电容下极板均与所述接地端连接。
可选的，正温电流产生电路包括第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第一电阻，所述第四场效应管源极、所述第五场效应管源极、所述第八场效应管栅极均与所述电源端连接，所述第六场效应管源极和所述第八场效应管漏极连接，所述第七场效应管源极、所述第十场效应管栅极和漏极共同连接，所述第八场效应管源极和所述第一电阻一端连接，所述第一电阻另一端、所述第九场效应管栅极和漏极共同连接，所述第九场效应管源极、所述第十场效应管源极与所述接地端连接；所述第一电阻为负温度系数电阻。
可选的，所述负温电流产生电路包括第十五场效应管、第十六场效应管、第十七场效应管、第十八场效应管、第十九场效应管、第二电阻、第一NPN晶体管，所述第十五场效应管源极、所述第十六场效应管源极、所述第十八场效应管栅极均与所述电源端连接，所述第十七场效应管源极、第一NPN晶体管基极和集电极共同连接，第一NPN晶体管发射极和所述接地端连接，所述第十八场效应管源极和所述第十九场效应管漏极连接，所述第十九场效应管源端和所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述接地端连接；所述第二电阻为负温度系数电阻。
可选的，所述恒温电流输出电路包括第二十一场效应管、第二十二场效应管，所述第二十一场效应管源极、所述第二十二场效应管源极和所述电源端连接，所述第二十一场效应管漏极和所述第二十二场效应管漏极连接。
可选的，所述第一场效应管栅极、所述第四场效应管栅极和漏极、所述第六场效应管漏极、所述第五场效应管栅极、所述第二十二场效应管栅极共同连接；
所述第二场效应管漏极、所述第六场效应管栅极、所述第七场效应管栅极和漏极、所述第五场效应管漏极共同连接。
可选的，所述第十二场效应管栅极、所述第十五场效应管栅极、所述第十六场效应管栅极和漏极、所述第十八场效应管漏极、所述第二十一场效应管栅极共同连接；
所述第十三场效应管漏极、所述第十五场效应管漏极、所述第十七场效应管栅极和漏极共同连接。
可选的，所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第十五场效应管、所述第十六场效应管的宽长比相等，所述第六场效应管、所述第七场效应管的宽长比相等，所述第十七场效应管、所述第十八场效应管的宽长比相等。
可选的，所述第四场效应管的漏极电流为正温度系数电流，且所述第八场效应管能对正温度系数电流进行调节。
可选的，所述第四场效应管的漏极电流按照如下公式确定：
Figure BDA0002952954080000031
其中，I3为所述第四场效应管的漏极电流，R1为所述第一电阻的阻值，μn为电子迁移率，Cox为场效应管的栅氧电容，W为所述第八场效应管的沟道宽度，L为所述第八场效应管的沟道长度，VDD为所述电源端的供电电压，VTH为场效应管的阈值电压，K1为所述第九场效应管的宽长比，△VGS为所述第十场效应管的漏源电压与所述第九场效应管的漏源电压的差值。
可选的，所述第十六场效应管的漏极电流为负温度系数电流，且所述第十九场效应管能对负温度系数电流进行调节。
可选的，所述第十六场效应管的漏极电流按照如下公式确定：
Figure BDA0002952954080000032
其中，I9为所述第十六场效应管的漏极电流，R2为所述第二电阻的阻值，μn为电子迁移率，Cox为场效应管的栅氧电容，W为所述第十九场效应管的沟道宽度，L为所述第十九场效应管的沟道长度，VDD为所述电源端的供电电压，VTH为场效应管的阈值电压，VBE为所述第一NPN三极管的基极和发射极之间的电压。
可选的，通过调节所述第二十一场效应管、所述第二十二场效应管的宽长比来获得高精度恒温电流源输出。
本申请第二方面，提供一种芯片，包括本申请实施例第一方面所述的恒温电流源和稳压模块，所述稳压模块用于向所述恒温电流源提供稳定电压；所述恒温电流源包括第一启动电路、第二启动电路、正温电流产生电路、负温电流产生电路、恒温电流输出电路，所述第一启动电路为所述正温电流产生电路提供第一启动偏置电压，所述第二启动电路为所述负温电流产生电路提供第二启动偏置电压，所述正温电流产生电路提供正温度系数电流，所述负温电流产生电路提供负温度系数电流，所述正温电流产生电路和所述负温电流产生电路组合产生带温度补偿的恒温电流源，并经由所述恒温电流输出电路输出。
本申请第三方面，提供一种电子设备，包括本申请实施例第二方面所述的芯片。
本申请主要具有以下有益效果：
本申请所述的恒温电流源，通过正温电流产生电路产生的正温度系数电流和负温电流产生电路产生的负温度系数电流进行叠加，从而得到不受温度影响的恒温电流源，可以提供具有较高的电流精度的恒温电流源。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种恒温电流源的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种恒温电流源的各个部分的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种芯片的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种恒温电流源的结构示意图，该恒温电流源100包括第一启动电路10、第二启动电路20、正温电流产生电路30、负温电流产生电路40、恒温电流输出电路50，第一启动电路10为正温电流产生电路30提供第一启动偏置电压，第二启动电路20为负温电流产生电路40提供第二启动偏置电压，正温电流产生电路30提供正温度系数电流，负温电流产生电路40提供负温度系数电流，正温电流产生电路30和负温电流产生电路40组合产生带温度补偿的恒温电流源，并经由恒温电流输出电路50输出。
其中，在第一启动电路10为正温电流产生电路30提供第一启动偏置电压的情况下，正温电流产生电路30产生正温度系数电流；在第二启动电路20为负温电流产生电路40提供第二启动偏置电压的情况下，负温电流产生电路40产生负温度系数电流，正温电流产生电路30产生的正温度系数电流和负温电流产生电路40产生的负温度系数电流叠加后产生带温度补偿的恒温电流源，并经由恒温电流输出电路50输出。
本申请实施例中的恒温电流源，通过正温电流产生电路产生的正温度系数电流和负温电流产生电路产生的负温度系数电流进行叠加，从而得到不受温度影响的恒温电流源，可以提供具有较高的电流精度的恒温电流源。
如图2所示，第一启动电路10包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第十一场效应管M11和第一电容C1，第一场效应管M1漏极、第二场效应管M2栅极、第三场效应管M3漏极、第一电容C1上极板共同连接，第一场效应管M1源极、第二场效应管M2源极、第三场效应管M3栅极均与电源端VDD连接，第三场效应管M3源极、第十一场效应管M11栅极和漏极共同连接，第十一场效应管M11源极、第一电容C1下极板均与接地端GND连接。
如图2所示，第二启动电路20包括第十二场效应管M12、第十三场效应管M13、第十四场效应管M14、第二十场效应管M20和第二电容C2，第十二场效应管M12漏极、第十三场效应管M13栅极、第十四场效应管M14漏极、第二电容C2上极板共同连接，第十二场效应管M12源极、第十三场效应管M13源极、第十四场效应管M14栅极均与电源端VDD连接，第十四场效应管M14源极、第二十场效应管M20栅极和漏极共同连接，第二十场效应管M20源极、第二电容C2下极板均与接地端GND连接。
如图2所示，正温电流产生电路30包括第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9、第十场效应管M10、第一电阻R1，第四场效应管M4源极、第五场效应管M5源极、第八场效应管M8栅极均与电源端VDD连接，第六场效应管M6源极和第八场效应管M8漏极连接，第七场效应管M7源极、第十场效应管M10栅极和漏极共同连接，第八场效应管M8源极和第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端、第九场效应管M9栅极和漏极共同连接，第九场效应管M9源极、第十场效应管M10源极与接地端GND连接；所述第一电阻R1为负温度系数电阻。具体的，第一电阻R1可以为高值多精电阻。
如图2所示，负温电流产生电路40包括第十五场效应管M15、第十六场效应管M16、第十七场效应管M17、第十八场效应管M18、第十九场效应管M19、第二电阻R2、第一NPN晶体管b1，第十五场效应管M15源极、第十六场效应管M16源极、第十八场效应管M18栅极均与电源端VDD连接，第十七场效应管M17源极、第一NPN晶体管b1基极和集电极共同连接，第一NPN晶体管b1发射极和接地端GND连接，第十八场效应管M18源极和第十九场效应管M19漏极连接，第十九场效应管M19源端和第二电阻R2一端连接，第二电阻R2另一端与接地端GND连接；所述第二电阻R2为负温度系数电阻。具体的，第二电阻R2可以为高值多精电阻。
如图2所示，恒温电流输出电路50包括第二十一场效应管M21、第二十二场效应管M22，第二十一场效应管M21源极、第二十二场效应管M22源极和电源端VDD连接，第二十一场效应管M21漏极和第二十二场效应管M22漏极连接。
其中，第一场效应管M1栅极、第四场效应管M4栅极和漏极、第六场效应管M6漏极、第五场效应管M5栅极、第二十二场效应管M22栅极共同连接；第二场效应管M2漏极、第六场效应管M6栅极、第七场效应管M7栅极和漏极、第五场效应管M5漏极共同连接。
其中，第十二场效应管M12栅极、第十五场效应管M15栅极、第十六场效应管M16栅极和漏极、第十八场效应管M18漏极、第二十一场效应管M21栅极共同连接；第十三场效应管M13漏极、第十五场效应管M15漏极、第十七场效应管M17栅极和漏极共同连接。
可选的，第四场效应管M4、第五场效应管M5、第十五场效应管M15、第十六场效应管M16的宽长比相等，第六场效应管M6、第七场效应管M7的宽长比相等，第十七场效应管M17、第十八场效应管M18的宽长比相等。
可选的，第四场效应管M4的漏极电流为正温度系数电流，且第八场效应管M8能对所述正温度系数电流进行调节。
可选的，第十六场效应管M16的漏极电流为负温度系数电流，且第十九场效应管M19能对所述负温度系数电流进行调节。
可选的，通过调节第二十一场效应管M21、第二十二场效应管M22的宽长比来获得高精度恒温电流源输出。
具体的，本申请实施例的一种高精度恒温电流源，其包括一电源端VDD、一接地端GND、一第一场效应管M1、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一第八场效应管M8、一第九场效应管M9、一第十场效应管M10、一第十一场效应管M11、一第十二场效应管M12、一第十三场效应管M13、一第十四场效应管M14、一第十五场效应管M15、一第十六场效应管M16、一第十七场效应管M17、一第十八场效应管M18、一第十九场效应管M19、一第二十场效应管M20、一第二十一场效应管M21、一第二十二场效应管M22、一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第一电容C1、一第二电容C2、一第一NPN晶体管b1。
其中，第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第十一场效应管M11和第一电容C1组合构成正温电流产生电路30的启动电路；第十二场效应管M12、第十三场效应管M13、第十四场效应管M14、第二十场效应管M20和第二电容C2组合构成负温电流产生电路40的启动电路；第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9、第十场效应管M10、第一电阻R1组合构成正温电流产生电路30；第十五场效应管M15、第十六场效应管M16、第十七场效应管M17、第十八场效应管M18、第十九场效应管M19、第二电阻R2、第一NPN晶体管b1组合构成负温度电流产生电路；第二十一场效应管M21、第二十二场效应管M22组合构成恒温电流输出电路50。
在实际应用中，首先，设置第四场效应管M4、第五场效应管M5、第十五场效应管M15、第十六场效应管M16的宽长比相等，第六场效应管M6、第七场效应管M7的宽长比相等，第十七场效应管M17、第十八场效应管M18的宽长比相等。
其中，第四场效应管M4、第五场效应管M5组成镜像电流源，第六场效应管M6、第七场效应管M7组成镜像电流源。第四场效应管M4的漏极电流I3与第五场效应管M5的漏极电流I4相等(I3＝I4)，第六场效应管M6的漏极电流与第七场效应管M7的漏极电流相等。
第十五场效应管M15、第十六场效应管M16组成镜像电流源，第十七场效应管M17、第十八场效应管M18组成镜像电流源。第十五场效应管M15的漏极电流I7与第十六场效应管M16的漏极电流I8相等(I7＝I8)，第十七场效应管M17的漏极电流与第十八场效应管M18的漏极电流相等。
由于第二十一场效应管M21的栅极与第十六场效应管M16的栅极连接，第二十一场效应管M21可以把第十六场效应管M16产生的负温度系数的电流I8给镜像过来，第二十一场效应管M21代表的就是一个已经产生了负温度系数的电流，第二十一场效应管M21的漏极电流I9等于第十六场效应管M16的漏极电流I8(I8＝I9)。由于第二十二场效应管M22的栅极与第五场效应管M5的栅极连接，第二十二场效应管M22可以把第五场效应管M5产生的正温度系数的电流I4给镜像过来，第二十二场效应管M22代表的就是一个已经产生了正温度系数的电流，第二十二场效应管M22的漏极电流I10等于第五场效应管M5的漏极电流I4(I4＝I10)；正温度系数电流I10和负温度系数电流I9的叠加，就是一个不受温度影响的恒温电流源，恒温电流输出电路50输出的正温度系数电流I10和负温度系数电流I9的叠加电流不受温度的影响。
场效应管饱和时的漏极电流公式为：
Figure BDA0002952954080000091
其中，ID为场效应管饱和时的漏极电流，此时场效应管工作在恒流区。μn为电子迁移率。Cox为场效应管的单位面积栅氧化层电容。W/L为场效应管的沟道宽长比。VGS为场效应管的栅源电压，VTH为场效应管的阈值电压。
如图2所示，基于上述漏极电流公式，可以得到式(1)和式(2)：
Figure BDA0002952954080000092
Figure BDA0002952954080000093
其中，V1、V2分别表示第九场效应管M9、第十场效应管M10的漏源电压(由于第九场效应管M9、第十场效应管M10的漏极和栅极连接，V1、V2分别表示第九场效应管M9、第十场效应管M10的栅源电压)，I3、I4分别表示第四场效应管M4、第五场效应管M5的漏极电流，un为电子迁移率，Cox为栅氧电容，K1、K2分别表示第九场效应管M9、第十场效应管M10的宽长比，VTH为场效应管的阈值电压，因此，将上述公式(2)与公式(1)相减，可以得出式(3)：
Figure BDA0002952954080000094
其中，N＝K1/K2，由于电子迁移un正比于载流子最大饱和速度，而随着温度升高势，会造成载流子最大饱和速度的明显下降，所以电子迁移un随温度的升高而下降。电子迁移un为负温度系数，则△VGS为正温度系数。
从图2可以看出，由于第四场效应管M4、第五场效应管M5组成镜像电流源，第六场效应管M6、第七场效应管M7组成镜像电流源。第六场效应管M6的源极电压等于第七场效应管M7的源极电压(V2)，而第六场效应管M6的源极电压等于M8的导通内阻上的压降、第一电阻R1上的压降与V1之和，则可以得到式(4)：
Figure BDA0002952954080000101
其中，I3为所述第四场效应管的漏极电流，R1为所述第一电阻的阻值，μn为电子迁移率，Cox为场效应管的栅氧电容，W为所述第八场效应管的沟道宽度，L为所述第八场效应管的沟道长度，VDD为所述电源端的供电电压，VTH为场效应管的阈值电压，K1为所述第九场效应管的宽长比，△VGS为所述第十场效应管的漏源电压与所述第九场效应管的漏源电压的差值。
从公式(4)可知，△VGS等于第一电阻R1上的压降(公式(4)中的I3与R1之积)和M8的导通内阻上的压降(公式(4)中I3与中括号中除R1之外的M8的导通内阻之积)之和。由于第一电阻R1为负温度系数电阻(即第一电阻R1的阻值大小随温度升高而降低)，而M8的导通内阻为正温度系数电阻(即M8的导通内阻的阻值大小随温度升高而升高)。
第一电阻R1为负温度系数电阻，M8的导通内阻为正温度系数电阻，由于R1的负温度系数其主要作用，M8的导通电阻的正温度系数起次要作用，第一电阻R1与M8的导通内阻这二者整体上为负温度系数，因此第四场效应管M4的漏极电流I3为正温度系数电流，且第八场效应管M8能对M8的导通内阻的正温度系数进行调节(比如，通过调节M8的宽长比来调节导通内阻的大小，从而调节导通内阻的正温度系数)，从而调节第四场效应管M4的漏极电流I3的正温度系数。即可以调节第四场效应管M4的漏极电流I3随在温度增加单位温度时电流增加的幅度。由于第一电阻R1和第八场效应管M8是不同批次制造的，如果第一电阻R1的工艺角往一个方向偏，则第八场效应管M8的导通内阻则往另一个方向偏，二者起到相互抵消作用，从而降低第四场效应管M4的漏极电流I3随工艺角偏差的影响。
此外，第一NPN晶体管b1的基极和发射极压差VBE可表示为式(5)：
Figure BDA0002952954080000111
其中，VBG0是0K时的带隙电压，约为1.12V；T0是参考温度；T是绝对温度；VBE0是温度为T0时的发射结电压；η是与工艺相关、与温度无关的常数；α是集电极电流IC的温度特性相关的常数，VT是热电压。从公式(5)可以看出，随着温度T的上升，VBE下降，即VBE为负温度系数的电压。
从图2可以看出，由于第十五场效应管M15、第十六场效应管M16组成镜像电流源，第十七场效应管M17、第十八场效应管M18组成镜像电流源。第十七场效应管M17的漏极电压等于第十八场效应管M18的漏极电压，而第十七场效应管M17的漏极电压等于VBE，第十八场效应管M18的漏极电压等于第二电阻R2上的压降与第十九场效应管M19的导通内阻之和，则可以得到式(6)：
Figure BDA0002952954080000112
其中，I9为所述第十六场效应管的漏极电流，R2为所述第二电阻的阻值，μn为电子迁移率，Cox为场效应管的栅氧电容，W为所述第十九场效应管的沟道宽度，L为所述第十九场效应管的沟道长度，VDD为所述电源端的供电电压，VTH为场效应管的阈值电压，VBE为所述第一NPN三极管的基极和发射极之间的电压。
从公式(6)可知，VBE等于与第十六场效应管的漏极电流I9的比值等于第二电阻R2的阻值和第十九场效应管M19的导通内阻之和。由于第二电阻R2为负温度系数电阻(即第二电阻R的阻值大小随温度升高而降低)，而M19的导通内阻为正温度系数电阻(即M19的导通内阻的阻值大小随温度升高而升高)。
第二电阻R2为负温度系数电阻，M19的导通内阻为正温度系数电阻，由于R2的负温度系数其主要作用，M19的导通电阻的正温度系数起次要作用，第二电阻R2与M19的导通内阻这二者整体上为负温度系数，由于VBE为负温度系数，因此第十六场效应管的漏极电流I9为负温度系数电流，且第十九场效应管M19能对M19的导通内阻的正温度系数进行调节(比如，通过调节M19的宽长比来调节M19的导通内阻的大小，从而调节M19的导通内阻的正温度系数)，从而调节第十六场效应管的漏极电流I9的负温度系数。即可以调节第十六场效应管的漏极电流I9随在温度增加单位温度时电流下降的幅度。由于第二电阻R1和第十九场效应管M19是不同批次制造的，如果第二电阻R1的工艺角往一个方向偏，则第十九场效应管M19的导通内阻则往另一个方向偏，二者起到相互抵消作用，从而第十九场效应管M19的漏极电流I9随工艺角偏差的影响。
因此，可通过调节第二十一场效应管M21、第二十二场效应管M22的宽长比来获得高精度恒温电流源。
在本实施例中，本申请采用电流镜结构(M21和M22组成的电流镜)来对电压进行钳位，表示为式(7)和式(8)：
VDD>VX+VDSAT6+VDSAT4+|VTHP| (7)
VDD>VM+VDSAT17+VTHN+VDSAT15 (8)
其中，Vx为第六场效应管M6的源极电压，VDSAT6为第六场效应管M6的饱和漏源电压，VDSAT7为第七场效应管M7的饱和漏源电压，|VTHP|为M8的阈值电压。VM为第十七场效应管M17的源极电压，VDSAT17为第十七场效应管M17的饱和漏源电压，VDSAT15为第十五场效应管M15的饱和漏源电压，|VTHN|为b1的阈值电压。
由上述公式(7)和(8)可知，VDD只需满足这些条件即可，VDD可以采用较低的电压来实现本申请实施例的恒温电流源。本申请提供的一种低电源电压应用的高精度恒温电流源电路，能在低电源电压条件下正常工作，采用电流镜结构来对电压钳位，通过场效应管的宽长比来调节其导通阻抗，获得高精度恒温电流源，从而满足后续电路的需求。
由此可见，本申请的恒温电流源对电源电压有较低的要求，具有非常好的温度稳定性，适用于低电源电压结构的电子产品中，较高的输出电流精度能提高相应电子产品的稳定性，且输出电流随工艺角、温度偏差较小，具有较高的电流精度。
所以，本申请无需采用带隙基准电路，仅采用场效应管即可产生高温度特性的电流源，结构简单，成本低廉，且易于实现。
请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种芯片的结构示意图，如图3所示，该芯片300包括恒温电流源100和稳压模块200，所述稳压模块200用于向所述恒温电流源100提供稳定电压VDD。
请参阅图4，图4是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备400包括图3所示的芯片300。芯片300中的恒温电流源100可以为低电源电压的电子设备提供高精度的恒温电流源。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在申请明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种恒温电流源，其特征在于，包括：
第一启动电路、第二启动电路、正温电流产生电路、负温电流产生电路和恒温电流输出电路，
其中，
所述第一启动电路为所述正温电流产生电路提供第一启动偏置电压，所述第二启动电路为所述负温电流产生电路提供第二启动偏置电压，
其中，所述正温电流产生电路提供正温度系数电流，所述负温电流产生电路提供负温度系数电流，所述正温电流产生电路和所述负温电流产生电路组合产生带温度补偿的恒温电流源，并经由所述恒温电流输出电路输出。
2.根据权利要求1所述的恒温电流源，其特征在于：所述第一启动电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第十一场效应管和第一电容，所述第一场效应管漏极、所述第二场效应管栅极、所述第三场效应管漏极、所述第一电容上极板共同连接，所述第一场效应管源极、所述第二场效应管源极、所述第三场效应管栅极均与电源端连接，所述第三场效应管源极、所述第十一场效应管栅极和漏极共同连接，所述第十一场效应管源极、所述第一电容下极板均与接地端连接。
3.根据权利要求2所述的恒温电流源，其特征在于：所述第二启动电路包括第十二场效应管、第十三场效应管、第十四场效应管、第二十场效应管和第二电容，所述第十二场效应管漏极、所述第十三场效应管栅极、所述第十四场效应管漏极、所述第二电容上极板共同连接，所述第十二场效应管源极、所述第十三场效应管源极、所述第十四场效应管栅极均与所述电源端连接，所述第十四场效应管源极、所述第二十场效应管栅极和漏极共同连接，所述第二十场效应管源极、所述第二电容下极板均与所述接地端连接。
4.根据权利要求3所述的恒温电流源，其特征在于：
所述正温电流产生电路包括第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第一电阻，所述第四场效应管源极、所述第五场效应管源极、所述第八场效应管栅极均与所述电源端连接，所述第六场效应管源极和所述第八场效应管漏极连接，所述第七场效应管源极、所述第十场效应管栅极和漏极共同连接，所述第八场效应管源极和所述第一电阻一端连接，所述第一电阻另一端、所述第九场效应管栅极和漏极共同连接，所述第九场效应管源极、所述第十场效应管源极与所述接地端连接；所述第一电阻为负温度系数电阻。
5.根据权利要求4所述的恒温电流源，其特征在于：
所述负温电流产生电路包括第十五场效应管、第十六场效应管、第十七场效应管、第十八场效应管、第十九场效应管、第二电阻、第一NPN晶体管，所述第十五场效应管源极、所述第十六场效应管源极、所述第十八场效应管栅极均与所述电源端连接，所述第十七场效应管源极、第一NPN晶体管基极和集电极共同连接，第一NPN晶体管发射极和所述接地端连接，所述第十八场效应管源极和所述第十九场效应管漏极连接，所述第十九场效应管源端和所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述接地端连接；所述第二电阻为负温度系数电阻。
6.根据权利要求5所述的恒温电流源，其特征在于：
所述恒温电流输出电路包括第二十一场效应管、第二十二场效应管，所述第二十一场效应管源极、所述第二十二场效应管源极和所述电源端连接，所述第二十一场效应管漏极和所述第二十二场效应管漏极连接。
7.根据权利要求6所述的恒温电流源，其特征在于：
所述第一场效应管栅极、所述第四场效应管栅极和漏极、所述第六场效应管漏极、所述第五场效应管栅极、所述第二十二场效应管栅极共同连接；
所述第二场效应管漏极、所述第六场效应管栅极、所述第七场效应管栅极和漏极、所述第五场效应管漏极共同连接。
8.根据权利要求6所述的恒温电流源，其特征在于：
所述第十二场效应管栅极、所述第十五场效应管栅极、所述第十六场效应管栅极和漏极、所述第十八场效应管漏极、所述第二十一场效应管栅极共同连接；
所述第十三场效应管漏极、所述第十五场效应管漏极、所述第十七场效应管栅极和漏极共同连接。
9.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的恒温电流源和稳压模块，所述稳压模块用于向所述恒温电流源提供稳定电压。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的芯片。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114815950A (zh) * 2022-05-27 2022-07-29 浙江地芯引力科技有限公司 电流产生电路、芯片及电子设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112882527B (zh) * 2021-01-25 2022-10-21 合肥艾创微电子科技有限公司 一种用于光耦隔离放大器的恒流产生电路及电流精度修调方法
CN116414170B (zh) * 2023-03-03 2023-10-10 西安航天民芯科技有限公司 一种零温度系数电流产生电路

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0367578A1 (en) * 1988-10-31 1990-05-09 Teledyne Industries, Inc. CMOS compatible bandgap voltage reference
US20020093324A1 (en) * 2001-01-18 2002-07-18 Dar-Chang Juang Low temperature coefficient reference current generator
KR20050093516A (ko) * 2004-03-19 2005-09-23 엘지전자 주식회사 전류 레퍼런스 회로
CN102354250A (zh) * 2011-08-25 2012-02-15 西安电子科技大学 适应用于无源uhfrfid标签芯片的带隙基准电路
CN103309391A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 福州大学 高电源抑制比、低功耗基准电流及基准电压产生电路
CN103809644A (zh) * 2014-03-04 2014-05-21 福州大学 一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路
CN105425891A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 苏州市职业大学 零温度系数可调电压基准源

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105022441B (zh) * 2014-04-30 2016-09-14 中国科学院声学研究所 一种与温度无关的集成电路电流基准源
CN205247255U (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 陕西省电子技术研究所 一种新型基准电压源电路
CN108897365A (zh) * 2018-08-27 2018-11-27 桂林电子科技大学 一种高精度电流模式基准电压源
CN109857183A (zh) * 2019-03-26 2019-06-07 成都锐成芯微科技股份有限公司 一种带温度补偿的基准电流源

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0367578A1 (en) * 1988-10-31 1990-05-09 Teledyne Industries, Inc. CMOS compatible bandgap voltage reference
US20020093324A1 (en) * 2001-01-18 2002-07-18 Dar-Chang Juang Low temperature coefficient reference current generator
KR20050093516A (ko) * 2004-03-19 2005-09-23 엘지전자 주식회사 전류 레퍼런스 회로
CN102354250A (zh) * 2011-08-25 2012-02-15 西安电子科技大学 适应用于无源uhfrfid标签芯片的带隙基准电路
CN103309391A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 福州大学 高电源抑制比、低功耗基准电流及基准电压产生电路
CN103809644A (zh) * 2014-03-04 2014-05-21 福州大学 一种新型的低功耗无电阻型基准电压产生电路
CN105425891A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 苏州市职业大学 零温度系数可调电压基准源

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114815950A (zh) * 2022-05-27 2022-07-29 浙江地芯引力科技有限公司 电流产生电路、芯片及电子设备
CN114815950B (zh) * 2022-05-27 2024-03-12 浙江地芯引力科技有限公司 电流产生电路、芯片及电子设备

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