CN114924610A - 一种正温度系数电流产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正温度系数电流产生电路，其具有较大的偏置电流大小和偏置电流温度系数调节范围，可同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数分别控制，其电压转电流模块一端连接带隙基准电压源，电压转电流模块另一端分别连接温度系数调节模块、电流大小调节模块一端，温度系数调节模块、电流大小调节模块另一端分别连接电流相加模块的第一输入端、第二输入端，电压转电流模块用于将带隙基准电压源的电压转换为第一温度系数电流，温度系数调节模块用于对一次调节电流的电流温度系数进行调节，电流大小调节模块用于对一次调节电流的大小进行二次调节，电压相加模块用于将补偿电流与二次调节电流相加，获得正温度系数电流。

Description

一种正温度系数电流产生电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种正温度系数电流产生电路。

背景技术

芯片设计过程中，电路易受到PVT变化影响，PVT变化主要指芯片工艺、电压、温度的变化，在传统的偏置电流产生电路中，PVT变化不仅会导致偏置电流温度系数及大小产生变化，而且易导致偏置电流电路增益及线性度恶化，从而影响相关电路性能的稳定。

目前常用的降低PVT变化对电路影响的方式是：调节偏置电流大小或偏置电流温度系数，通过偏置电流温度系数的调节来适应温度变化，通过偏置电流大小调节来适应工艺或电压变化，但目前常用的偏置电流大小调节电路或偏置电流温度系数调节电路的可调节范围较小，无法满足宽偏置电流大小或宽偏置电流温度系数的应用需求，而且目前常用的偏置电流产生电路的使用灵活性较差，无法同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数的分别控制，对于对电路稳定性要求较高，对偏置电流大小和偏置电流温度系数的调节范围均有要求的芯片则不适用。

发明内容

针对现有技术中存在的偏置电流产生电路中偏置电流大小调节电路或偏置电流温度系数调节电路的可调节范围较小，适用范围窄的问题，以及偏置电流产生电路的使用灵活性较差，无法同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数分别控制的问题，本发明提供了一种正温度系数电流产生电路，其具有较大的偏置电流大小或偏置电流温度系数调节范围，可同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数分别控制，从而可提高正温度系数电流产生电路的使用灵活性和适用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种正温度系数电流产生电路，其包括电压转电流模块、温度系数调节模块、电流大小调节模块、电流相加模块，所述电压转电流模块一端连接带隙基准电压源，所述电压转电流模块另一端分别连接所述温度系数调节模块、电流大小调节模块一端，所述温度系数调节模块、电流大小调节模块另一端分别连接所述电流相加模块的第一输入端、第二输入端；

所述电压转电流模块用于将所述带隙基准电压源的电压转换为第一温度系数电流，并对所述第一温度系数电流的电流大小进行一次调节，获得一次调节电流；

所述温度系数调节模块用于对所述一次调节电流的电流温度系数进行调节，并对所述一次调节电流的大小进行补偿，获得补偿电流；

所述电流大小调节模块用于对所述一次调节电流的大小进行二次调节，获得二次调节电流；

所述电压相加模块用于将所述温度系数调节模块输出的补偿电流与所述电流大小调节模块输出的二次调节电流相加，获得正温度系数电流IPTAT；

所述电流相加模块的电流输出端输出正温度系数电流IPTAT。

其进一步特征在于，

所述电压转电流模块包括运算放大器、第一开关控制单元、电流温度系数调节单元，所述运算放大器的正向输入端连接所述带隙基准电压源，所述带隙基准电压源的电压为零温度系数电压，所述运算放大器的反向输入端分别连接所述第一开关控制单元一端、电流温度系数调节单元一端，所述第一开关控制单元另一端、电流温度系数调节单元另一端均连接所述温度系数调节模块一端，所述运算放大器、电流温度系数调节单元用于产生与温度系数相关的第一温度系数电流，所述第一开关控制单元用于对所述第一温度系数电流的电流大小进行一次调节，所述第一开关控制单元包括若干开关，所述开关分别通过偏置电压VBP、控制字TA<n:1>控制；

所述第一开关控制单元包括N个MOS管MP3和N个MOS管MP4，其中，N为正整数，所述电流温度系数调节单元包括MOS管MP1、电阻R1，所述运算放大器的输出端分别连接所述电阻R1一端、MOS管MP1栅极，所述MOS管MP1漏极连接所述温度系数调节模块中的MOS管MP2漏极、栅极，所述MOS管MP2源极分别连接N个所述MOS管MP3源极、温度系数调节模块中的MOS管MP5栅极，N个所述MOS管MP4的栅极均通过控制电压VBP控制，N个所述MOS管MP4漏极与N个MOS管MP3漏极一一对应连接，所述MOS管MP3的栅极通过所述控制字TA<n:1>控制，所述MOS管MP4源极连接MOS管MP5、温度系数调节模块中的MOS管MP7、MP9、MP11源极；

所述MOS管MP1～MP4均为PMOS管；

所述温度系数调节模块包括第一电流镜～第四电流镜、第二开关控制单元、第三开关控制单元，所述第一电流镜用于将所述电源转电流模块输出的所述第一温度系数电流按比例K1、K2进行复制，第二电流镜、第三电流镜用于对经过所述第一电流镜的电流按比例K5进行复制，所述第一电流镜、第二开关控制单元、第二电流镜一端顺次连接构成第一电流支路，第三电流镜一端、第三开关控制单元、第四电流镜一端顺次连接构成第二电流支路，所述第二电流镜另一端与所述第三电流镜另一端连接，通过所述第二开关控制单元对所述第一电流支路的导通或关闭进行控制，通过所述第三开关控制单元对所述第二电流支路的导通或关闭进行控制，所述第四电流镜另一端为所述电流输出端，用于输出温度系数调节后的以及电流大小补偿后的所述补偿电流，所述第二开关控制单元中的若干开关通过控制字TC1<n:1>控制，所述第三开关单元中的若干开关分别通过控制字TC1<n:1>、控制电压VBN1、VBN2控制，通过控制字TC1<n:1>对第二开关控制单元中开关的控制，实现一次调节电流的温度系数调节，通过所述控制字TC1<n:1>、控制电压VBN1、VBN2对第三开关单元中的开关的控制，实现一次调节电流的电流大小补偿；

所述第一电流镜包括MOS管MP2、MOS管MP5、MP7，所述第二电流镜包括MOS管MN1～MN4，所述第三电流镜包括MOS管MP8～MP11，所述第四电流镜包括MOS管MN7～MN10，所述第二开关控制单元包括N个MOS管MP6，所述第三开关控制单元包括M个MOS管MP24、M个MOS管MN5、M个MOS管MN6，其中，M为正整数，所述MOS管MP5源极分别连接所述MOS管MP2、MP4、MP7、MP9、MP11源极，所述MOS管MP5漏极分别连接所述MOS管MN1漏极、栅极以及MOS管MN3栅极，所述MOS管MN1源极分别连接所述MOS管MN2栅极、源极以及MOS管MN4栅极，所述MOS管MP9漏极分别连接所述MOS管MP9栅极、MOS管MP11栅极、MOS管MP8漏极，所述MOS管MP8栅极分别连接MOS管MP8源极、MOS管MP10栅极、MOS管MN3源极，所述MOS管MN3漏极连接所述MOS管MN4漏极，所述MOS管MN2源极分别连接所述MOS管MN4源极、MOS管MN6、MN8、MN10源极，所述MOS管MP11漏极连接所述MOS管MP10漏极，所述MOS管MP10源极连接M个MOS管MP24源极、MOS管MN7源极、栅极以及MOS管MN9栅极，所述MOS管MP24漏极依次串联所述MOS管MN5、MN6，M个所述MOS管MP6栅极通过控制字TC1＜n：1＞控制，所述MOS管MP24栅极通过控制字TC1＜n：1＞控制，M个所述MOS管MN5通过控制电压VBN1控制，M个所述MOS管MN6通过控制电源VBN2控制，所述MOS管MN7漏极分别连接MOS管MN8漏极、栅极以及MOS管MN10栅极，所述MOS管MN10漏极连接所述MOS管MN9漏极，所述MOS管MN9源极为所述电流输出端；

所述MOS管MP5～MP11、MOS管MP24均为PMOS管，所述MOS管MN1～MN10均为NMOS管。

所述电流大小调节模块包括第五电流镜、第四开关控制单元、第六电流镜、第五开关控制单元，所述第六电流镜用于对所述第五电流镜的电流进行等比例复制，所述第四开关控制单元用于对所述第五电流镜所在第三电流支路的导通或关闭进行控制，所述第六电流镜通过所述第五开关控制单元与所述电流相加模块连接，所述第五开关控制单元用于对所述第六电流镜所在第四电流支路的导通或关闭进行控制，所述第五开关单元中的若干开关通过控制字TA1＜m：1＞进行控制；

所述第五电流镜包括MOS管MN11～MN14，所述第六电流镜包括MOS管MP18～MP20，所述第四开关控制单元包括MOS管MP23、MP22，所述第五开关控制单元包括M个MOS管MP17，所述MOS管MP23源极分别连接所述MOS管MP21、MP19、MP16、MP14、MP11、MP9、MP4源极，所述MOS管MP23漏极连接所述MOS管MP22漏极，所述MOS管MP22漏极分别连接所述MOS管MN13源极、栅极以及MOS管MN11栅极，所述MOS管MN13漏极分别连接所述MOS管MN14漏极、栅极以及MOS管MN12栅极，所述MOS管MN12漏极连接所述MOS管MN11漏极，所述MOS管MN11源极分别连接所述MOS管MP20源极、栅极以及MOS管MP18栅极，所述MOS管MP20漏极分别连接所述MOS管MP21漏极、栅极以及MOS管MP19栅极，所述MOS管MP19漏极连接所述MOS管MP18漏极，所述述MOS管MP18源极连接所述MOS管MP17源极，所述MOS管MP17漏极分别连接输出端IPTAT、MOS管MP15漏极；

所述电流相加模块包括第七电流镜，所述第七电流镜用于对所述电流大小调节模块中的第六电流镜所在第四电流支路的电流进行等比例复制，所述第七电流镜与所述第五电流镜连接，实现所述补偿电流与所述二次可调电流的相加，并在所述电流输出端IPTAT输出所述正温度系数电流；

所述第七电流镜包括MOS管MP13～MP16，MOS管MN9源极分别连接所述MOS管MP13源极、栅极以及MOS管MP15栅极，所述MOS管MP15源极连接所述MOS管MP16源极，所述MOS管MP16栅极分别连接所述MOS管MP14栅极、MOS管MP13、MP14漏极。

一种电压转电流的方法，该方法应用了上述电压转电流模块，其特征在于，使用所述电压转电流模块将带隙基准电压源的零温度系数电压转换为电流的步骤包括：A1、零温度系数电压经运算放大器放大，获得放大电流；

A2、放大电流经电流温度系数调节单元转换，获得第一温度系数电流；

A3、通过偏置电压VBP、控制字TA<n:1>对第一开关控制单元中的开关进行控制，实现第一温度系数电流的电流大小的一次调节，获得一次调节电流。

其进一步特征在于，

步骤A2中，放大电流经电流温度系数调节单元中的MOS管MP1、电阻R1补偿，产生与电阻R1温度系数相关的第一温度系数电流；

步骤A3中，通过偏置电压VBP、控制字TA<n:1>分别对第一开关控制单元中的N个MOS管MP4、N个MOS管MP3进行控制，第一开关控制单元对第一温度系数电流进行调节的具体步骤包括：第一温度系数电流经所述MOS管MP4时，通过偏置电压VBP对N个MOS管MP4的栅极进行控制，同时通过控制字TA<n:1>控制N个MOS管MP3的栅极，对第一温度系数电流的电流大小进行一次调节；

通过控制字TA<n:1>控制MOS管MP3的栅极的具体步骤包括：A321、当n＝0，TA<n:1>＝0时，相对应位的MOS管MP3闭合，相对应位的MOS管MP4的电流通过MOS管MP3进入MOS管MP1支路，实现MOS管MP1电流与MOS管MP2电流的相加；A322、当n＝1，TA<n:1>＝1时，MOS管MP3关断，MOS管MP4到MOS管MP1支路的电流通过MOS管MP3关断，从而实现第一温度系数电流的电流大小调节，获得具有正温度系数的电流。

由于运算放大器的反向输入端电压为反馈电压，反馈电压与控制电压VBG相等，且均为零温度系数电压，该反馈电压经过一个接地的电阻R1，电阻R1具有负温度系数特性，因此该电阻R1所在的电流支路具有一个正温度系数电流。通过MOS管MP2的电流Imp2＝Imp1-Imp4,Imp1＝Ir1,因此，调节通过MOS管MP4和MOS管MP3的电流大小，可以直接改变通过MOS管MP2的电流Imp2的大小，MOS管MP4和MOS管MP3的电流大小由控制字控制，因此，通过控制字TA<n:1>调节MOS管MP4和MOS管MP3的电流大小，能够实现第一温度系数电流的电流大小调节。

一种电流温度系数调节方法，该方法应用了上述温度系数调节模块，其特征在于，使用所述温度系数调节模块对电流的温度系数进行调节的步骤包括：B1、通过第二开关控制单元控制，使第一电流支路导通；

B2、通过第一电流镜对第一正温度系数电流按比例K1、K2进行复制；

B3、通过控制字TC1<m:1>及控制电压VBN1、VBN2对第三开关控制单元中的开关进行控制，实现温度系数调节后的电流大小的补偿；

B4、通过第四电流镜对补偿后的电流进行复制，在所述电流输出端输出补偿电流。

其进一步特征在于，

MOS管MP5与MOS管MP2的尺寸比为K1，经过MOS管MP5的电流与MOS管MP2的电流之比为K1，即Imp5＝K1*Imp2；

MOS管MP7与MOS管MP2的尺寸比为K1，经过MOS管MP7的电流与MOS管MP2的电流之比为K2，即Imp7＝K2*Imp2；

步骤B2中，通过第一电流镜中的MOS管MP5、MP7对流经MOS管MP2的电流分别按比例K1、K2进行复制；

步骤B2中，流过第一电流镜中MOS管MP2的电流为电压转电流模块转换获得的一次调节电流，所述一次调节电流的温度系数为TC1，则流经MOS管MP2的电流的温度系数为TC1*T，其中，T表示电路工作温度，实现一次调节电流的温度系数的一次调节；

步骤B2中，流过第一电流支路中的MOS管MN1的电流为Imn1＝Imp5+mtc*Imp6～7＝K1*Imp2+mtc*K2*Imp2，

其中Imp5表示流过MOS管MP5的电流，Imp6～7表示流过MOS管MP6与MOS管MP7的电流，Imp2表示流过MOS管MP2的电流，mtc代表与MOS管MN1导通连接的MOS管MP7或MOS管MP6的晶体管个数，即在控制字TC1<n:1>控制作用下，相应位的MOS管MP6闭合导通的个数)，m≥mtc≥0，流过MOS管MN5、MN6的电流温度系数为K1+mtc*K2；

步骤B3中，MOS管MN5、MN6通过其栅极的控制电压VBN1、VBN2进行控制，控制电压VBN1、VBN2为零温度系数电压；

步骤B3中，通过控制字TC1<m:1>对相应的MOS管MP24进行控制，实现流过MOS管MN5、MN6的电流大小的调节，满足电流补偿要求。

一种电流大小调节方法，其特征在于，该方法应用了上述电流大小调节模块和电流相加模块，使用上述电流大小调节模块和电流相加模块对电流大小进行调节的具体步骤包括：C1、通过偏置电压VBP控制第五开关控制单元中的其中一个开关，同时向所述第五开关控制单元中的另一开关的控制端接地；

C2、通过第五电流镜等比例复制所述第一电流；

C3、通过第六电流镜等比例复制流过所述第五电流镜的电流；

C4、通过控制字TA1<m:1>对第六开关控制单元中的开关进行控制，实现所述第四电流支路的电流大小调节。

其进一步特征在于，

步骤C4中，通过控制字TA1<m:1>对第六开关控制单元中的开关进行控制的具体步骤为：当控制字中m＝0，TA1＝0时，相对应位的MOS管MP17闭合，相对应的MOS管MP18、MP19电流通过MOS管MP17接入电流相加模块，起到与MOS管MP15电流相加作用，当控制字中m＝1，TA1＝1时，相对应位的MOS管MP17闭合，相对应的MOS管MP18～MP19电流通过MOS管MP17关断，实现电流输出端IPTAT输出电流大小的调节；

步骤C4中，电路输出端IPTAT输出电流大小为：IPTAT＝Imp5+mtc*Imp6～7-mtc*Imp24 or Imn5～6+mta*Imp18～19；

其中，Imp6～7表示MOS管MP6、MP7的电流，Imn5～6表示MOS管MN5、MN6的电流，Imp18～19表示MOS管MP18、MP19的电流，输出电流IPTAT为正温度系数电流，温度系数为K1+mtc*K2，电流大小为Imp5+mta*Imp18～19。

采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：由于电流输出端输出的正温度系数电流(即输出电流IPTAT)的电流温度系数、电流大小均可调，有利于扩大偏置电流大小和偏置电流温度系数的调节范围，从而满足了宽电流温度系数范围和宽电流大小范围的应用要求，提高了该电流产生电路的适用范围；另外，由于温度系数调节模块、电流大小调节模块中的开关分别通过相应的控制电压和控制字控制，有利于同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数分别控制，从而提高了正温度系数电流产生电路的使用灵活性。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图；

图2为本发明的电路原理图；

图3为本发明的N个MOS管MP3和N个MOS管MP4连接的阵列结构示意图；

图4为通过本发明电流温度系数调节模块调节获得的电流温度系数仿真图；

图5为通过本发明电流大小调节模块调节获得的电流大小仿真图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现有技术中先进工艺条件下放大器尤其是动态放大器的电学性能随温度变化较大，芯片温度的变化，易导致电学性能(例如芯片工作稳定性、电流大小准确性)恶化。为适应电路温度变化，需对电路的电流温度系数进行调节，但电流温度系数调节过程中，电流大小会随电流温度系数的变化等比例的放大或缩小，导致偏置电流产生电路输出的电流稳定性和准确性降低，从而影响整个芯片工作的稳定性。为防止电流大小变化较大而降低电路稳定性，电流温度系数的调节范围不能太大，电流温度系数的调节范围受限导致整个电流产生电路的适用范围较窄，无法满足宽温度范围电路的应用需求。而且目前常用的偏置电流产生电路的使用灵活性较差，其一般只对偏置电流产生电路的电流温度系数进行调节，或对偏置电流产生电路的电流大小进行调节，无法同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数的分别控制，对于对电路稳定性要求较高，对偏置电流大小和偏置电流温度系数的调节范围均有要求的芯片则不适用。

针对现有技术中存在的偏置电流产生电路中偏置电流大小调节电路或偏置电流温度系数调节电路的可调节范围较小，适用范围窄的问题，以及偏置电流产生电路的使用灵活性较差，无法同时进行偏置电流大小和偏置电流温度系数分别控制的问题，本发明提供了一种正温度系数电流产生电路的具体实施例。

见图1、图2，一种正温度系数电流产生电路，其包括电压转电流模块1、温度系数调节模块2、电流大小调节模块3、电流相加模块4，电压转电流模块1一端连接带隙基准电压源，电压转电流模块1另一端分别连接温度系数调节模块2、电流大小调节模块3一端，温度系数调节模块2、电流大小调节模块3另一端分别连接电流相加模块4的第一输入端、第二输入端；

电压转电流模块1用于将带隙基准电压源的电压转换为第一温度系数电流，并对第一温度系数电流的电流大小进行一次调节，获得一次调节电流；温度系数调节模块2用于对一次调节电流的电流温度系数进行调节，并对一次调节电流的大小进行补偿，获得补偿电流；电流大小调节模块3用于对一次调节电流的大小进行二次调节，获得二次调节电流；电压相加模块4用于将温度系数调节模块2输出的补偿电流与电流大小调节模块3输出的二次调节电流相加，获得正温度系数电流IPTAT；电流相加模块4的电流输出端输出正温度系数电流IPTAT。

电压转电流模块1包括运算放大器11、第一开关控制单元12、电流温度系数调节单元13，运算放大器11的正向输入端连接带隙基准电压源，带隙基准电压源的电压为零温度系数电压，运算放大器11的反向输入端分别连接第一开关控制单元12一端、电流温度系数调节单元13一端，第一开关控制单元12另一端、电流温度系数调节单元13另一端均连接温度系数调节模块一端，运算放大器11、电流温度系数调节单元13用于产生与温度系数相关的第一温度系数电流，第一开关控制单元12用于对第一温度系数电流的电流大小进行一次调节，第一开关控制单元12包括若干开关，开关分别通过偏置电压VBP、控制字TA<n:1>控制。

电压转电流模块2的具体电路结构为：第一开关控制单元12包括N个MOS管MP3和N个MOS管MP4，其中，N为正整数，电流温度系数调节单元13包括MOS管MP1、电阻R1，运算放大器11的输出端分别连接电阻R1一端、MOS管MP1漏极，MOS管MP1源极连接MOS管MP2漏极、栅极及温度系数调节模块2一端，MOS管MP2源极分别连接N个MOS管MP4源极、温度系数调节模块2，MOS管MP4的栅极均通过偏置电压VBP控制，N个MOS管MP4漏极与N个MOS管MP3源极一一对应连接，MOS管MP3的栅极通过控制字TA<n:1>控制，MOS管MP3漏极均连接MOS管MP2、MP5栅极；MOS管MP1～MP4均为PMOS管。

应用上述电压转电流模块将带隙基准电压源的零温度系数电压转换为电流的步骤包括：A1、带隙基准电压源产生的零温度系数电压经运算放大器11放大，获得放大电流；带隙基准电压源由带隙基准电压电路产生。

A2、放大电流经电流温度系数调节单元13转换，获得第一温度系数电流；

A3、通过偏置电压VBP、控制字TA<n:1>对第一开关控制单元12中的开关进行控制，实现第一温度系数电流的电流大小的一次调节，获得一次调节电流。

零温度系数电压经上述步骤A1、A2、A3产生具有一定温度系数电流的具体方式为：带隙基准源产生的零温度系数电压，经过由电流温度系数调节单元中的MOS管MP1和运算放大器OPA以及电阻R1，产生一个与电阻R1温度系数相关的第一温度系数电流，电阻R1为正温度系数电阻，因此产生的第一温度系数电流具有正温度系数。

第一开关控制单元12中的N个MOS管MP4(在图2中用MP4<n:1>表示)由控制电源VBP控制，起到对第一温度系数电流的大小进行调节的作用，由于Imp2+Imp4 or Imp3＝Imp1＝Ir1，其中，Imp2表示MOS管MP2的电流，Imp4表示MOS管MP4的电流，Imp3表示MOS管MP3的电流，Imp1表示MOS管MP1的电流，Ir1表示电阻R1的电流，因此通过调节控制字TA<n:1>即可实现N个MOS管MP3(在图2中用MP3<n:1>表示)、MP4所在支路的电流导通或关闭的调节，调节通过MP4和MP3的电流大小，可以直接改变Imp2的大小，MP5电流为电流镜复制的Imp2，因此可以调节大小，从而实现电压转电流模块输出电流大小的一次调节，即当控制字中的某一位n＝0，TA<n:1>＝0时，相对应位的MOS管MP3闭合，相对应位的MOS管MP4电流通过MOS管MP3接入MOS管MP1所在支路，起到与MOS管MP2电流相加的作用，当控制字中的某一位TA＝1，TA<n:1>＝1时，MOS管MP3关断，MOS管MP4到MOS管MP1支路上电流通过MOS管MP3关断，因此该电压转电流模块中可以调节电压转电流模块的输出正温度系数电流，该正温度系数电流由电阻R1确定，电流大小由MOS管MP5与MOS管MP2的尺寸比确定。

温度系数调节模块2包括第一电流镜21～第四电流镜24、第二开关控制单元25、第三开关控制单元26，第一电流镜21用于将电源转电流模块1输出的第一温度系数电流按比例K1、K2进行复制，第二电流镜22、第三电流镜23用于对经过第一电流镜21的电流按比例K5进行复制，第一电流镜21、第二开关控制单元25、第二电流镜22一端顺次连接构成第一电流支路，第三电流镜23一端、第三开关控制单元26、第四电流镜24一端顺次连接构成第二电流支路，第二电流镜22另一端与第三电流镜23另一端连接，通过第二开关控制单元25对第一电流支路的导通或关闭进行控制，通过第三开关控制单元26对第二电流支路的导通或关闭进行控制，第四电流镜24另一端为电流输出端，用于输出温度系数调节后的以及电流大小补偿后的补偿电流，第二开关控制单元25中的若干开关通过控制字TC1<n:1>控制，第三开关单元26中的若干开关分别通过控制字TC1<n:1>、控制电压VBN1、VBN2控制，通过控制字TC1<n:1>对第二开关控制单元25中开关的控制，实现一次调节电流的温度系数调节，通过控制字TC1<n:1>、控制电压VBN1、VBN2对第三开关单元26中的开关的控制，实现一次调节电流的电流大小补偿。

温度系数调节模块的具体电路结构为：第一电流镜21包括MOS管MP2、MOS管MP5、MP7，第二电流镜22包括MOS管MN1～MN4，第三电流镜23包括MOS管MP8～MP11，第四电流镜24包括MOS管MN7～MN10，第二开关控制单元25包括N个MOS管MP6，第三开关控制单元26包括M个MOS管MP24、M个MOS管MN5、M个MOS管MN6，其中，M为正整数，MOS管MP5源极分别连接MOS管MP2、MP4、MP7、MP9、MP11源极，MOS管MP5漏极分别连接MOS管MN1漏极、栅极以及MOS管MN3栅极，MOS管MN1源极分别连接MOS管MN2栅极、源极以及MOS管MN4栅极，MOS管MP9漏极分别连接MOS管MP9栅极、MOS管MP11栅极、MOS管MP8漏极，MOS管MP8栅极分别连接MOS管MP8源极、MOS管MP10栅极、MOS管MN3源极，MOS管MN3漏极连接MOS管MN4漏极，MOS管MN2源极分别连接MOS管MN4源极、MOS管MN6、MN8、MN10源极，MOS管MP11漏极连接MOS管MP10漏极，MOS管MP10源极连接M个MOS管MP24源极、MOS管MN7源极、栅极以及MOS管MN9栅极，MOS管MP24漏极依次串联MOS管MN5、MN6，M个MOS管MP6栅极通过控制字TC1＜n：1＞控制，MOS管MP24栅极通过控制字TC1＜n：1＞控制，M个MOS管MN5通过控制电压VBN1控制，M个MOS管MN6通过控制电源VBN2控制，MOS管MN7漏极分别连接MOS管MN8漏极、栅极以及MOS管MN10栅极，MOS管MN10漏极连接MOS管MN9漏极，MOS管MN9源极为电流输出端。

本实施例中，MOS管MP5～MP11、MOS管MP24均为PMOS管，MOS管MN1～MN10均为NMOS管。MOS管MP5与MOS管MP2的尺寸比为K1，经过MOS管MP5的电流与MOS管MP2的电流之比为K1，即Imp5＝K1*Imp2；MOS管MP7与MOS管MP2的尺寸比为K1，经过MOS管MP7的电流与MOS管MP2的电流之比为K2，即Imp7＝K2*Imp2，其中，MOS管MP7的电流Imp7，MOS管MP2的电流为Imp2。

应用了上述温度系数调节模块对一次调节电流的温度系数进行调节的步骤包括：B1、通过第二开关控制单元控制，使第一电流支路导通；

B2、通过第一电流镜对第一正温度系数电流按比例K1、K2进行复制；

B3、通过控制字TC1<m:1>及控制电压VBN1、VBN2对第三开关控制单元中的开关进行控制，实现温度系数调节后的电流大小的补偿；

B4、通过第四电流镜对补偿后的电流进行复制，在电流输出端输出补偿电流。

经上述步骤B1～B4产生具有一定温度系数的电流的具体方式：通过第一电流镜中的MOS管MP5、MP7对流经MOS管MP2的电流分别按比例K1、K2进行复制；流过第一电流镜中MOS管MP2的电流为电压转电流模块转换获得的一次调节电流，一次调节电流的温度系数为TC1，即Imp2＝TC1*T，其中T表示电路工作温度。因此MOS管MN1所在支路上流过的电流为：

Imn1＝Imp5+mtc*Imp6～7＝K1*Imp2+mtc*K2*Imp2；

其中Imp5表示流过MOS管MP5的电流，Imp6～7表示流过MOS管MP6与MOS管MP7的电流，Imp2表示流过MOS管MP2的电流，mtc代表与MOS管MN1导通连接的MOS管MP7或MOS管MP6的晶体管个数，即在控制字TC1<n:1>控制作用下，相应位的MOS管MP6闭合导通的个数)，m≥mtc≥0；因此，流过MOS管MN5、MN6的电流温度系数为K1+mtc*K2；

步骤B3中，MOS管MN5、MN6通过其栅极的控制电压VBN1、VBN2进行控制，控制电压VBN1、VBN2为零温度系数电压。通过控制字TC1<m:1>对相应的MOS管MP24进行控制，实现流过MOS管MN5、MN6的电流大小的调节，满足电流补偿要求。即当某一位m＝0，TC1＝0时，相对应位的MOS管MP6闭合，相对应的MOS管MP7电流通过MOS管MP6接入MOS管MN1支路电流，起到与MOS管MP5电流相加作用，当某一位m＝1，TC1＝1时，相对应位的MOS管MP6闭合，相对应的MOS管MP7电流通过MOS管MP6关断，使得mtc位的TC1置0，即可得到一个相应K1+mtc*K2温度系数的电流，从而实现电流温度系数的调节，扩大了电流温度系数的调节范围。

但是由上式也可以得到流过MOS管MN5、MN6的电流大小也随之变化，因此经过MOS管MN1～MN4以及MOS管MP8～MP11的等尺寸比例的第二电流镜、第三电流镜等比例复制通过MOS管MN1及MN2的电流Imn1～2。对于电路分析可得：

mtc*Imp24 or Imn5～6+Imn7～8＝Imn10～11＝Imp8～9＝Imn3～4＝Imn1～2；

其中，Imp24表示流过MOS管MP24的电流，Imn5～6表示流过MOS管MN5、MN6的电流，Imn7～8表示流过MOS管MN7、MN8的电流，Imn10～11表示流过MOS管MN10、MN11的电流，Imp8～9表示流过MOS管MP8、MP9的电流，Imn3～4表示流过MOS管MN3、MN4的电流，Imn1～2表示流过MOS管MN1、MN2的电流。由于控制MOS管MP24的控制字与控制MOS管MP6温度系数调节的控制字相等，所以：

Imn7～8＝Imn1～2-mtc*Imp24 or Imn5～6＝Imp5+mtc*Imp6～7-mtc*Imp24 orImn5～6；

而流过MOS管MN5、MN6的电流通过其栅极电压VBN1和VBN2控制，该电压为一个零温度系数电压，所以流过MOS管MP24或MOS管MN5、MN6电流的温度系数不变，但是大小仍为基础的电流Imp5，但温度系数仍为K1+mtc*K2，从而在实现电流温度系数调节的同时，实现了电流大小补偿，避免了因电路中温度变化或电流温度系数变化而导致的电流大小降低的问题出现。因此该温度系数调节模块可以输出一个温度系数为K1+mtc*K2的正温度系数电流，其常温工作情况下，无论如何调节电流温度系数大小，其输出的补偿电流的电流大小即流过MOS管MN7～MN8的电流大小均为设定的Imp5值，因此，该电流温度系数补偿模块中第三开关的设置提高了电流产生电路输出电流的精度，以便于为后续其它电路模块提供电流大小稳定的补偿电流。

电流大小调节模块3包括第五电流镜31、第六电流镜32、第四开关控制单元33、第五开关控制单元34，第六电流镜32用于对第五电流镜31的电流进行等比例复制，第四开关控制单元33用于对第五电流镜31所在第三电流支路的导通或关闭进行控制，第六电流镜32通过第五开关控制单元34与电流相加模块4连接，第五开关控制单元34用于对第六电流镜32所在第四电流支路的导通或关闭进行控制，第五开关单元34中的若干开关通过控制字TA1<m:1>进行控制。

第五电流镜31包括MOS管MN11～MN14，第六电流镜32包括MOS管MP18～MP20，第四开关控制单元33包括MOS管MP23、MP22，第五开关控制单元34包括M个MOS管MP17，MOS管MP23源极分别连接MOS管MP21、MP19、MP16、MP14、MP11、MP9、MP4源极，MOS管MP23漏极连接MOS管MP22漏极，MOS管MP22漏极分别连接MOS管MN13源极、栅极以及MOS管MN11栅极，MOS管MN13漏极分别连接MOS管MN14漏极、栅极以及MOS管MN12栅极，MOS管MN12漏极连接MOS管MN11漏极，MOS管MN11源极分别连接MOS管MP20源极、栅极以及MOS管MP18栅极，MOS管MP20漏极分别连接MOS管MP21漏极、栅极以及MOS管MP19栅极，MOS管MP19漏极连接MOS管MP18漏极，述MOS管MP18源极连接MOS管MP17源极，MOS管MP17漏极分别连接输出端IPTAT、MOS管MP15漏极。本实施例中，MOS管MN11～MN14均为NMOS管，MOS管MP18～MP20MOS管MP18～MP20、MP23、MP22、MP17均为PMOS管。

电流相加模块4包括第七电流镜41，第七电流镜41用于对电流大小调节模块3中的第六电流镜32所在第四电流支路的电流进行等比例复制，第七电流镜41与第五电流镜31连接，实现补偿电流与二次可调电流的相加，并在电流输出端输出正温度系数电流IPTAT。

第七电流镜41包括MOS管MP13～MP16，MOS管MN9源极分别连接MOS管MP13源极、栅极以及MOS管MP15栅极，MOS管MP15源极连接MOS管MP16源极，MOS管MP16栅极分别连接MOS管MP14栅极、MOS管MP13、MP14漏极。本实施例中MOS管MP13～MP16均为PMOS管。

应用上述电流大小调节模块和电流相加模块对电流大小进行调节的具体步骤包括：C1、通过偏置电压VBP控制第五开关控制单元中的其中一个开关，同时向第五开关控制单元中的另一开关的控制端接地，确保该另一开关始终保持关闭状态，偏置电压VBP由带隙基准电压源输出；

C2、通过第五电流镜等比例复制第一电流；

C3、通过第六电流镜等比例复制流过第五电流镜的电流；

C4、通过控制字TA1＜m：1＞对第六开关控制单元中的开关进行控制，实现第四电流支路的电流大小调节。

采用上述步骤C1～C4实现电流大小调节的具体方式为：由MOS管MN11～MN14构成的第五电流镜31等比例复制通过MOS管MP22～MP23的电流到MOS管MP20～MP21，其中MOS管MP23的栅极电压VBP为带隙基准电压源输出的偏置电压，通过该偏置电压VBP控制MOS管MP22～MP23输出一个零温度系数电流Imp22～23，而MOS管MP18～MP21构成的第六电流镜32对该零温度系数电流起到一个电流复制作用，因此通过调节控制字TA1<m:1>(即当某一位m＝0，TA1＝0时，相对应位的MOS管MP17闭合，相对应的MOS管MP18～MP19电流通过MP17接入电流相加模块，起到与MOS管MP15电流相加作用，当某一位m＝1，TA1＝1时，相对应位的MOS管MP17闭合，相对应的MOS管MP18～MP19电流通过MOS管MP17关断，实现输出电流大小的调节，输出的正温度系数电流IPTAT为：

IPTAT＝Imp5+mtc*Imp6～7-mtc*Imp24 or mn5～6+mta*Imp18～19；

其中，Imp6～7表示MOS管MP6、MP7的电流，Imn5～6表示MOS管MN5、MN6的电流，Imp18～19表示MOS管MP18、MP19的电流，输出电流IPTAT为正温度系数电流，温度系数为K1+mtc*K2，电流大小为Imp5+mta*Imp18～19,mta表示接入的MOS管MP18或MOS管MP19的晶体管个数，m≥mtc≥0。

经过分析可知正温度系数电流IPTAT具有温度系数为K1+mtc*K2，电流大小为Imp5+mta*Imp18～19的特性，因此本申请通过调节m位的mtc和m位的mta大小产生一个可同时调节温度系数和电流大小的电流IPTAT。

该正温度系数电流产生电路中包含电压转电流模块、温度系数调节模块、电流大小调节模块、电流相加模块，通过电压转电流模块对带隙基准电压源的电压进行转换，获得一次调节电流，通过温度系数调节模块对一次调节电流的电流温度系数进行调节，并对电流大小进行补偿，获得补偿电流，该补偿电流的电流温度系数可调节；通过电流大小调节模块对电流大小进行调节，获得电流大小可调节电流；再通过电流相加模块将电流温度系数可调的补偿电流与电流大小可调的可调节电流相加，获得电流温度系数与电流大小均可调的正温度系数电流IPTAT。

图4表示该电流产生电路仿真出来的电流温度系数调节功能。图4中横轴表示电路的温度，纵轴表示电流大小，控制mta一致，可以得到在相同电流下，输出电流温度系数的变化，即电路工作温度范围temp在-40℃～125℃范围内，每调节mtc，可以得到电流温度系数大小从337nA/℃到640nA/℃变化，并且在标识V2处，即芯片正常工作温度下，可明显看出每条电流线在该处保持电流大小一致，因为竖轴为电流，横轴为温度，因此每调节mtc，并不影响输出电流大小，即可保证电流大小不变，电流温度系数变化，因此在满足芯片宽温度范围要求的同时，确保了电流大小的稳定。

图5表示该电流产生电路仿真出来的电流大小调节功能。控制mtc一致，可以得到在相同电流温度系数下，输出电流大小的变化，在标识V1处，即正常工作温度下，每调节mta，可以得到电流大小从63uA到122uA变化，并且可明显看出每条电流线的斜率一直，因为竖轴为电流，横轴为温度，因此每调节mta，并不影响输出电流温度系数，即保证温度系数不变，电流大小变化，从而在满足芯片宽电流大小要求的同时，降低了电流温度系数(即温度)对电路运行稳定性的影响。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正温度系数电流产生电路，其包括电压转电流模块、温度系数调节模块、电流大小调节模块、电流相加模块，所述电压转电流模块一端连接带隙基准电压源，所述电压转电流模块另一端分别连接所述温度系数调节模块、电流大小调节模块一端，所述温度系数调节模块、电流大小调节模块另一端分别连接所述电流相加模块的第一输入端、第二输入端；

所述电压转电流模块用于将所述带隙基准电压源的电压转换为第一温度系数电流，并对所述第一温度系数电流的电流大小进行一次调节，获得一次调节电流；

所述温度系数调节模块用于对所述一次调节电流的电流温度系数进行调节，并对所述一次调节电流的大小进行补偿，获得补偿电流；

所述电流大小调节模块用于对所述一次调节电流的大小进行二次调节，获得二次调节电流；

所述电压相加模块用于将所述温度系数调节模块输出的补偿电流与所述电流大小调节模块输出的二次调节电流相加，获得正温度系数电流IPTAT；

所述电流相加模块的电流输出端输出正温度系数电流IPTAT。

2.根据权利要求1所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述电压转电流模块包括运算放大器、第一开关控制单元、电流温度系数调节单元，所述运算放大器的正向输入端连接所述带隙基准电压源，所述带隙基准电压源的电压为零温度系数电压，所述运算放大器的反向输入端分别连接所述第一开关控制单元一端、电流温度系数调节单元一端，所述第一开关控制单元另一端、电流温度系数调节单元另一端均连接所述温度系数调节模块一端，所述运算放大器、电流温度系数调节单元用于产生与温度系数相关的第一温度系数电流，所述第一开关控制单元用于对所述第一温度系数电流的电流大小进行一次调节，所述第一开关控制单元包括若干开关，所述开关分别通过偏置电压VBP、控制字TA<n:1>控制。

3.根据权利要求2所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，根据权利要求2所述的温度系数可调的电流产生电路，其特征在于，所述第一开关控制单元包括N个MOS管MP3和N个MOS管MP4，其中，N为正整数，所述电流温度系数调节单元包括MOS管MP1、电阻R1，所述运算放大器的输出端分别连接所述电阻R1一端、MOS管MP1栅极，所述MOS管MP1漏极连接所述温度系数调节模块中的MOS管MP2漏极、栅极，所述MOS管MP2源极分别连接N个所述MOS管MP3源极、温度系数调节模块中的MOS管MP5栅极，N个所述MOS管MP4的栅极均通过控制电压VBP控制，N个所述MOS管MP4漏极与N个MOS管MP3漏极一一对应连接，所述MOS管MP3的栅极通过所述控制字TA<n:1>控制，所述MOS管MP4源极连接MOS管MP5、温度系数调节模块中的MOS管MP7、MP9、MP11源极。

4.根据权利要求1或3所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述温度系数调节模块包括第一电流镜～第四电流镜、第二开关控制单元、第三开关控制单元，所述第一电流镜用于将所述电源转电流模块输出的所述第一温度系数电流按比例K1、K2进行复制，第二电流镜、第三电流镜用于对经过所述第一电流镜的电流按比例K5进行复制，所述第一电流镜、第二开关控制单元、第二电流镜一端顺次连接构成第一电流支路，第三电流镜一端、第三开关控制单元、第四电流镜一端顺次连接构成第二电流支路，所述第二电流镜另一端与所述第三电流镜另一端连接，通过所述第二开关控制单元对所述第一电流支路的导通或关闭进行控制，通过所述第三开关控制单元对所述第二电流支路的导通或关闭进行控制，所述第四电流镜另一端为所述电流输出端，用于输出温度系数调节后的以及电流大小补偿后的所述补偿电流，所述第二开关控制单元中的若干开关通过控制字TC1<n:1>控制，所述第三开关单元中的若干开关分别通过控制字TC1<n:1>、控制电压VBN1、VBN2控制，通过控制字TC1<n:1>对第二开关控制单元中开关的控制，实现一次调节电流的温度系数调节，通过所述控制字TC1<n:1>、控制电压VBN1、VBN2对第三开关单元中的开关的控制，实现一次调节电流的电流大小补偿。

5.根据权利要求4所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述第一电流镜包括MOS管MP2、MOS管MP5、MP7，所述第二电流镜包括MOS管MN1～MN4，所述第三电流镜包括MOS管MP8～MP11，所述第四电流镜包括MOS管MN7～MN10，所述第二开关控制单元包括N个MOS管MP6，所述第三开关控制单元包括M个MOS管MP24、M个MOS管MN5、M个MOS管MN6，其中，M为正整数，所述MOS管MP5源极分别连接所述MOS管MP2、MP4、MP7、MP9、MP11源极，所述MOS管MP5漏极分别连接所述MOS管MN1漏极、栅极以及MOS管MN3栅极，所述MOS管MN1源极分别连接所述MOS管MN2栅极、源极以及MOS管MN4栅极，所述MOS管MP9漏极分别连接所述MOS管MP9栅极、MOS管MP11栅极、MOS管MP8漏极，所述MOS管MP8栅极分别连接MOS管MP8源极、MOS管MP10栅极、MOS管MN3源极，所述MOS管MN3漏极连接所述MOS管MN4漏极，所述MOS管MN2源极分别连接所述MOS管MN4源极、MOS管MN6、MN8、MN10源极，所述MOS管MP11漏极连接所述MOS管MP10漏极，所述MOS管MP10源极连接M个MOS管MP24源极、MOS管MN7源极、栅极以及MOS管MN9栅极，所述MOS管MP24漏极依次串联所述MOS管MN5、MN6，M个所述MOS管MP6栅极通过控制字TC1<n:1>控制，所述MOS管MP24栅极通过控制字TC1<n:1>控制，M个所述MOS管MN5通过控制电压VBN1控制，M个所述MOS管MN6通过控制电源VBN2控制，所述MOS管MN7漏极分别连接MOS管MN8漏极、栅极以及MOS管MN10栅极，所述MOS管MN10漏极连接所述MOS管MN9漏极，所述MOS管MN9源极为所述电流输出端。

6.根据权利要求5所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述电流大小调节模块包括第五电流镜、第四开关控制单元、第六电流镜、第五开关控制单元，所述第六电流镜用于对所述第五电流镜的电流进行等比例复制，所述第四开关控制单元用于对所述第五电流镜所在第三电流支路的导通或关闭进行控制，所述第六电流镜通过所述第五开关控制单元与所述电流相加模块连接，所述第五开关控制单元用于对所述第六电流镜所在第四电流支路的导通或关闭进行控制，所述第五开关单元中的若干开关通过控制字TA1<m:1>进行控制。

7.根据权利要求6所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述第五电流镜包括MOS管MN11～MN14，所述第六电流镜包括MOS管MP18～MP20，所述第四开关控制单元包括MOS管MP23、MP22，所述第五开关控制单元包括M个MOS管MP17，所述MOS管MP23源极分别连接所述MOS管MP21、MP19、MP16、MP14、MP11、MP9、MP4源极，所述MOS管MP23漏极连接所述MOS管MP22漏极，所述MOS管MP22漏极分别连接所述MOS管MN13源极、栅极以及MOS管MN11栅极，所述MOS管MN13漏极分别连接所述MOS管MN14漏极、栅极以及MOS管MN12栅极，所述MOS管MN12漏极连接所述MOS管MN11漏极，所述MOS管MN11源极分别连接所述MOS管MP20源极、栅极以及MOS管MP18栅极，所述MOS管MP20漏极分别连接所述MOS管MP21漏极、栅极以及MOS管MP19栅极，所述MOS管MP19漏极连接所述MOS管MP18漏极，所述述MOS管MP18源极连接所述MOS管MP17源极，所述MOS管MP17漏极分别连接输出端IPTAT、MOS管MP15漏极。

8.根据权利要求7所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述电流相加模块包括第七电流镜，所述第七电流镜用于对所述电流大小调节模块中的第六电流镜所在第四电流支路的电流进行等比例复制，所述第七电流镜与所述第五电流镜连接，实现所述补偿电流与所述二次可调电流的相加，并在所述电流输出端IPTAT输出所述正温度系数电流。

9.根据权利要求8所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，所述第七电流镜包括MOS管MP13～MP16，MOS管MN9源极分别连接所述MOS管MP13源极、栅极以及MOS管MP15栅极，所述MOS管MP15源极连接所述MOS管MP16源极，所述MOS管MP16栅极分别连接所述MOS管MP14栅极、MOS管MP13、MP14漏极。

10.根据权利要求9所述的正温度系数电流产生电路，其特征在于，应用所述电流大小调节模块和电流相加模块对电流大小进行二次调节的具体步骤包括：C1、通过偏置电压VBP控制第五开关控制单元中的其中一个开关，同时向所述第五开关控制单元中的另一开关的控制端输入第一电流AGND；

C2、通过第五电流镜等比例复制所述第一电流；

C3、通过第六电流镜等比例复制流过所述第五电流镜的电流；

C4、通过控制字TA1<m:1>对第六开关控制单元中的开关进行控制，实现电流输出端输出的正温度系数电流IPTAT大小的调节。

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