CN116404991B - 一种电压转电流放大电路、模拟数字转换器以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与温度无关的电压转电流放大电路、模拟数字转换器以及电子设备，涉及集成电路技术领域，包括：带隙基准模块、电压转电流放大模块；带隙基准模块产生的正温度系数电流，经镜像电路复制后，流经所述电压转电流放大模块，且正温度系数电流与电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用输出与温度无关的电流。本发明提出了使用带隙基准模块产生一个正温度系数电流，其与电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用输出与温度无关的电流。整个电路结构简单，且利用可调电阻结构可以精准调节正温度系数电流的大小。同时无需运算放大器，整体上降低了功耗，从而提升了Gm模块在比较器及其相关电子设备中的适用性。

Description

一种电压转电流放大电路、模拟数字转换器以及电子设备
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别是一种与温度无关的电压转电流放大电路、模拟数字转换器以及电子设备。
背景技术
目前传统ADC结构的比较器，一般均包含一个电压转电流放大电路模块，简称Gm模块。Gm模块都具有一定的温度系数，且该温度系数通常与Gm模块中PMOS输入对管、NMOS输入对管各自对应的电压转电流放大系数相关，而在不同温度下，电压转电流放大系数的改变对其工作性能造成波动和扰动，对其性能产生影响。
对于工作在饱和区和亚阈值区域的CMOS管(金属-氧化物-半导体Metal-Oxide-Semiconductor结构的晶体管，简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分)，无论是工作在饱和区的MOS管，还是工作在亚阈值区的MOS管，其电压转电流放大系数都呈现负温度系数，即Gm模块产生负温度系数电流，其受温度变化影响较大。
为了解决上述问题，目前采用的方式大体是：额外提供一个电压源，通过电容和运算放大器以及其它元器件的组合结构，产生一个外部电流，输入进Gm模块代替负温度系数电流，以避免温度变化带来的影响。
但上述的解决方式，整体电路结构较为复杂，不能很精准的调节外部电流的大小，以替代负温度系数电流，并且因为运算放大器的高功耗导致整个Gm模块的整体功耗很高，也严重的限制了Gm模块在比较器及其相关电子设备中的适用性。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种与温度无关的电压转电流放大电路、模拟数字转换器以及电子设备。
本发明实施例提供了一种与温度无关的电压转电流放大电路，所述电压转电流放大电路包括：带隙基准模块、电压转电流放大模块；
所述带隙基准模块包括：共源共栅电流镜单元、第一半单元以及可调电阻单元；
所述电压转电流放大模块包括：第二半单元、电压转电流放大单元，且所述第二半单元和所述第一半单元共同构成一个共源共栅电流镜结构；
所述共源共栅电流镜单元包括：八个MOS管、三个固定电阻、三极管以及多个三极管构成的三极管组，其中，所述三极管与所述三极管组中三极管的个数比为预设比例；
三个所述固定电阻中第一固定电阻和第二固定电阻上分别产生所述共源共栅电流镜单元的偏置电压；
所述可调电阻单元包括：第一可调电阻和第二可调电阻，所述第一可调电阻与所述三极管并联连接，所述第二可调电阻与所述三极管组并联连接，所述第一可调电阻的可调阻值与所述第二可调电阻的可调阻值相同；
三个所述固定电阻中第三固定电阻的阻值与所述可调阻值的单位电阻的阻值相同；
所述第一半单元包括：四个MOS管、第四固定电阻，四个MOS管中前两个MOS管串联后与所述第四固定电阻串联连接，且所述第四固定电阻与四个MOS管中后两个MOS管串联连接，其中，所述前两个MOS管的栅极分别接收所述共源共栅电流镜单元的偏置电压，所述后两个MOS管的栅极分别接收所述第四固定电阻上产生的偏置电压；
所述共源共栅电流镜单元结合所述可调电阻单元产生的正温度系数电流，经所述第一半单元和所述第二半单元镜像复制后，流经所述电压转电流放大单元，且所述正温度系数电流与所述电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。
可选地，所述八个MOS管包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管；
所述四个MOS管包括：第五PMOS管、第六PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管；
所述第一PMOS管、所述第二PMOS管、所述第五PMOS管的栅极均与所述第二固定电阻的第一端连接，各自的源极均接收电源电压；
所述第一PMOS管的漏极与所述第三PMOS管的源极连接，所述第二PMOS管的漏极与所述第四PMOS管的源极连接，所述第五PMOS管的漏极与所述第六PMOS管的源极连接；
所述第三PMOS管、所述第四PMOS管、所述第六PMOS管的栅极均与所述第二固定电阻的第二端连接；
所述第三PMOS管的漏极与所述第一固定电阻的第一端、所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极分别连接；
所述第四PMOS管的漏极与所述第二固定电阻的第一端连接；
所述第一NMOS管的漏极与所述第一固定电阻的第二端、所述第三NMOS管的栅极、所述第四NMOS管的栅极分别连接；
所述第二NMOS管的漏极与所述第二固定电阻的第二端连接；
所述第一NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极连接；
所述第三NMOS管的源极与所述三极管的发射极、所述第一可调电阻的第一端分别连接，所述三极管的基极与自身的集电极、所述第一可调电阻的第二端分别连接，并接地；
所述第四NMOS管的源极与所述第三固定电阻的第一端、所述第二可调电阻的第一端分别连接；
所述三极管组中多个三极管并联，对外形成所述三极管组的发射极、基极以及集电极；
所述第三固定电阻的第二端与所述三极管组的发射极连接，所述三极管组的基极与自身的集电极、所述第二可调电阻的第二端分别连接，并接地；
所述第五PMOS管的漏极与所述第六PMOS管的源极连接，所述第五PMOS管的栅极与所述第二半单元连接；
所述第六PMOS管的漏极与所述第四固定电阻的第一端、所述第五NMOS管的栅极分别连接，所述第六PMOS管的栅极与所述第二半单元连接；
所述第四固定电阻的第二端与所述第五NMOS管的漏极、所述第六NMOS管的栅极分别连接；
所述第五NMOS管的源极与所述第六NMOS管的漏极连接，所述第六NMOS管的源极接地，所述第五NMOS管的栅极、所述第六NMOS管的栅极均与所述第二半单元连接。
可选地，调节所述第一可调电阻和所述第二可调电阻的电阻值，对所述正温度系数电流的温度系数进行校正，以匹配所述负温度系数电流的温度系数；
其中，所述第三固定电阻、所述第一可调电阻以及所述第二可调电阻均为负温度系数特性的电阻。
可选地，所述第一可调电阻和所述第二可调电阻设置m bit可调；
所述m bit不小于8bit。
可选地，所述正温度系数电流Iout的表达式为：
上式中，VBE9表示所述三极管的基极与发射极之间的电压，R3表示所述第三固定电阻的阻值，R4表示所述第一可调电阻的电阻值，VT表示热电压，k表示玻尔兹曼常数，T表示温度，q表示点位电荷电量。
可选地，所述第二半单元包括：第七PMOS管、第八PMOS管、第七NMOS管以及第八NMOS管；
所述第七PMOS管的源极接收所述电源电压，栅极与所述第五PMOS管的栅极连接；
所述第七PMOS管的漏极与所述第八PMOS管的源极连接，所述第八PMOS管的栅极与所述第六PMOS管的栅极连接；
所述第八PMOS管的漏极与所述电压转电流放大单元的一端连接，所述电压转电流放大单元的另一端与所述第七NMOS管的漏极连接；
所述第七NMOS管的栅极与所述第五NMOS管的栅极连接；
所述第七NMOS管的源极与所述第八NMOS管的漏极连接；
所述第八NMOS管的栅极与所述第六NMOS管的栅极连接；
所述第八NMOS管的源极接地。
可选地，所述第五PMOS管的长度与所述第七PMOS管的长度相同；
所述第五PMOS管的宽度与所述第七PMOS管的宽度成比例1:n；
所述第六PMOS管的长度与所述第八PMOS管的长度相同；
所述第六PMOS管的宽度与所述第八PMOS管的宽度成比例1:n；
所述第五NMOS管的长度与所述第七NMOS管的长度相同；
所述第五NMOS管的宽度与所述第七NMOS管的宽度成比例1:x；
所述第六NMOS管的长度与所述第八NMOS管的长度相同；
所述第六NMOS管的宽度与所述第八NMOS管的宽度成比例1:x。
可选地，流经所述电压转电流放大单元中PMOS输入对管的电流和为nIout，Iout为所述正温度系数电流；
流经所述电压转电流放大单元中NMOS输入对管的电流和为xIout；
其中，n>x，则所述电压转电流放大单元输出的与温度无关的电流中有共模电流值差模电流值ΔIo：
ΔIo＝Gm*(VINP-VINP)＝(gm15+gm17)*(VINP-VINP)
＝(gm16+gm18)*(VINP-VINN)
上式中，Gm表示电压转电流放大系数，VINP表示所述电压转电流放大单元接收的一个输入电压，VINN表示所述电压转电流放大单元接收的另一个输入电压，gm15、gm17、gm16、gm18分别表示所述电压转电流放大单元中PMOS输入对管、NMOS输入对管各自对应的电压转电流放大系数。
本发明实施例提供了一种模拟数字转换器，所述模拟数字转换器包括：如上任一项所述的与温度无关的电压转电流放大电路。
本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：比较器；
所述比较器包括：如上任一项所述的与温度无关的电压转电流放大电路。
本发明提供的与温度无关的电压转电流放大电路，其包括：带隙基准模块、电压转电流放大模块；带隙基准模块包括：共源共栅电流镜单元、第一半单元以及可调电阻单元；电压转电流放大模块包括：第二半单元、电压转电流放大单元，且第二半单元和第一半单元共同构成一个共源共栅电流镜结构。
共源共栅电流镜单元包括：八个MOS管、三个固定电阻、三极管以及多个三极管构成的三极管组，其中，三极管与三极管组中三极管的个数比为预设比例；第一固定电阻和第二固定电阻上分别产生共源共栅电流镜单元的偏置电压。
可调电阻单元包括：第一可调电阻和第二可调电阻，第一可调电阻与三极管并联连接，第二可调电阻与三极管组并联连接，第一可调电阻的可调阻值与第二可调电阻的可调阻值相同，第三固定电阻的阻值与可调阻值的单位电阻的阻值相同。
第一半单元包括：四个MOS管、第四固定电阻，四个MOS管中前两个MOS管串联后与第四固定电阻串联连接，且第四固定电阻与四个MOS管中后两个MOS管串联连接，其中，前两个MOS管的栅极分别接收共源共栅电流镜单元的偏置电压，后两个MOS管的栅极分别接收第四固定电阻上产生的偏置电压。
共源共栅电流镜单元中产生的正温度系数电流，经第一半单元和第二半单元镜像复制后，流经电压转电流放大单元，且正温度系数电流与电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。
本发明所提与温度无关的电压转电流放大电路，不采用目前已有的电路结构，创造性的提出了使用带隙基准模块产生一个正温度系数电流，其与电压转电流放大模块(即传统的Gm模块)自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。整个电路结构简单，且利用可调电阻结构可以精准调节正温度系数电流的大小，以更好的与负温度系数电流相互作用。同时无需运算放大器，整体上降低了功耗，从而提升了Gm模块在比较器及其相关电子设备中的适用性，具有较高的实用性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例的与温度无关的电压转电流放大电路的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中Gm模块的结构示意图；
图3是本发明实施例中带隙基准模块的结构示意图；
图4是本发明实施例中不带第一可调电阻R4和第二可调电阻R5时在TSMC018um工艺下的正温度系数电流的温度系数仿真曲线图；
图5是本发明实施例中带第一可调电阻R4和第二可调电阻R5时在TSMC018um工艺下的正温度系数电流的温度系数仿真曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。
本发明所提与温度无关的电压转电流放大电路可用于模拟数字转换器系统，及其他适用比较器的系统中，尤其适用在中高精度的ADC比较器中。所提与温度无关的电压转电流放大电路包括：带隙基准模块、电压转电流放大模块。
带隙基准模块包括：共源共栅电流镜单元、第一半单元以及可调电阻单元；电压转电流放大模块包括：第二半单元、电压转电流放大单元，且第二半单元和第一半单元共同构成一个共源共栅电流镜结构。
具体的，共源共栅电流镜单元包括：八个MOS管、三个固定电阻、三极管以及多个三极管构成的三极管组，其中，三极管与三极管组中三极管的个数比为预设比例，例如三极管与三极管组中三极管的个数比为1：h，即当使用1个三极管的情况下，三极管组中三极管的个数为h个，当使用2个三极管的情况下，三极管组中三极管的个数为2h个。
三个固定电阻中第一固定电阻和第二固定电阻上分别产生共源共栅电流镜单元的偏置电压。
可调电阻单元包括：第一可调电阻和第二可调电阻，第一可调电阻与三极管并联连接，第二可调电阻与三极管组并联连接，第一可调电阻的可调阻值与第二可调电阻的可调阻值相同。三个固定电阻中第三固定电阻的阻值与可调阻值的单位电阻的阻值相同。
第一半单元包括：四个MOS管、第四固定电阻，四个MOS管中前两个MOS管串联后与第四固定电阻串联连接，且第四固定电阻与四个MOS管中后两个MOS管串联连接，其中，前两个MOS管的栅极分别接收共源共栅电流镜单元的偏置电压，后两个MOS管的栅极分别接收第四固定电阻上产生的偏置电压。
共源共栅电流镜单元结合可调电阻单元产生的正温度系数电流，经第一半单元和第二半单元镜像复制后，流经电压转电流放大单元，且正温度系数电流与电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。
为了更好的解释和说明本发明所提与温度无关的电压转电流放大电路，参照图1，示出了本发明实施例的与温度无关的电压转电流放大电路的整体结构示意图，图1中用Gm模块指代电压转电流放大模块。可以知晓，电压转电流放大单元分别接收第一输入电压VINP、第二输入电压VINN，转换为两路对应的电流Iop、Ion输出至后续模块或者电路单元。电压转电流放大单元中包括：两个PMOS管输入对管M15和M16，两个NMOS管输入对管M17和M18。共源共栅电流镜单元包括：M1～M10以及R1～R3，可调电阻单元包括：R4、R5，两者结合产生正温度系数电流。第一半单元包括：M11、M13、M19、M21以及R6。第二半单元包括：M12、M14、M20、M22。正温度系数电流，经第一半单元和第二半单元镜像复制后，流经电压转电流放大单元，且正温度系数电流与电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流Iop、Ion。需要说明的是，图1以及后续附图中，均是为了更清楚的示出电路结构，并不代表其仅能使用PMOS管、NMOS管、三极管以及电阻实现其功能，一切相同或相似功能的元器件或者电路结构均可替换。
在一种较优的实现方式中，参照图2所示的Gm模块的结构示意图，电压转电流放大模块包括：第二半单元、电压转电流放大单元。第二半单元具体包括：第七PMOS管M12、第八PMOS管M14、第七NMOS管M20、第八NMOS管M22；电压转电流放大单元具体包括：PMOS输入对管M15、M16，NMOS输入对管M22、M21。
第七PMOS管M12的源极接收电源电压VDD，栅极与第五PMOS管M11的栅极连接；第七PMOS管M12的漏极与第八PMOS管M14的源极连接，第八PMOS管M14的栅极与第六PMOS管M13的栅极连接。
第八PMOS管M14的漏极与PMOS输入对管M15、M16的源极连接，PMOS输入对管M15、M16的漏极与分别与NMOS输入对管M22、M21的漏极连接；NMOS输入对管M22、M21的源极均与第七NMOS管M20的漏极连接。
第七NMOS管M20的栅极与第五NMOS管M19的栅极连接；第七NMOS管M20的源极与第八NMOS管M22的漏极连接；第八NMOS管M22的栅极与第六NMOS管M21的栅极连接；第八NMOS管M22的源极接地。
Gm结构中，PMOS输入对管M15、M16的尺寸相同；NMOS输入对管M22、M21的尺寸相同；假设流经第七PMOS管M12、第八PMOS管M14的电流I1，大于流经第七NMOS管M20、第八NMOS管M22的电流I2。
则电压转电流放大模块具有的输出共模电流差值
两路电流Iop、Ion的输出差值ΔIo＝Gm(VinP-VinN)；
上式中，VinP表示第一输入电压，VinN表示第二输入电压，Gm＝gm15+gm17＝gm16+gm18，gmi(i＝15，16，17，18)分别表示两对输入对管的电压转电流放大系数。
对于工作在饱和区的MOS管，其其中gm(T)表示温度函数，μ(T)表示载流子迁移率，且载流子迁移率为负温度系数，Cox为单位面积的栅氧化层电容，W、L为MOS管沟道宽度、长度，Ids(T)为流过MOS管电流与温度相关的函数，对于工作在亚阈值区的MOS管来说，其/>其中ε为非理想常数，VT为热电压/>k表示玻尔兹曼常数，T表示温度，q表示点位电荷电量。
若不考虑电流温度系数，则无论是工作在饱和区的MOS管，还是工作在亚阈值区的MOS管，其gm都呈现负温度系数。假设Ids(T)＝I0T，I0表示比例函数系数，迁移率为μ0表示迁移率常数，则对于亚阈值区MOS管来说，/>为常数，与温度无关，调整I0即可调整gm大小。对于饱和区MOS管有/>在一定的温度范围，例如：-45℃～125℃范围内，gm的温度系数也可以达到20ppm左右，这是较好的温度性能。
在一种较优的实现方式中，参照图3所示的带隙基准模块的结构示意图，第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第五PMOS管M11的栅极均与第二固定电阻R2的第一端连接，各自的源极均接收电源电压VDD。
第一PMOS管M1的漏极与第三PMOS管M3的源极连接，第二PMOS管M2的漏极与第四PMOS管M4的源极连接，第五PMOS管M11的漏极与第六PMOS管M13的源极连接。
第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第六PMOS管M13的栅极均与第二固定电阻R2的第二端连接；第三PMOS管M3的漏极与第一固定电阻R1的第一端、第一NMOS管M5的栅极、第二NMOS管M6的栅极分别连接。
第四PMOS管M4的漏极与第二固定电阻R2的第一端连接；第一NMOS管M5的漏极与第一固定电阻R1的第二端、第三NMOS管M7的栅极、第四NMOS管M8的栅极分别连接。
第二NMOS管M6的漏极与第二固定电阻R2的第二端连接；第一NMOS管M5的源极与第三NMOS管M7的漏极连接，第二NMOS管M6的源极与第四NMOS管M8的漏极连接。
第三NMOS管M7的源极与三极管M9的发射极、第一可调电阻R4的第一端分别连接，三极管M9的基极与自身的集电极、第一可调电阻R4的第二端分别连接，并接地。
第四NMOS管M8的源极与第三固定电阻R3的第一端、第二可调电阻R5的第一端分别连接；三极管组M10中多个三极管并联，对外形成三极管组M10的发射极、基极以及集电极。
第三固定电阻R3的第二端与三极管组M10的发射极连接，三极管组M10的基极与自身的集电极、第二可调电阻R5的第二端分别连接，并接地。
第五PMOS管M11的漏极与第六PMOS管M13的源极连接，第五PMOS管M11的栅极与第二半单元中第七PMOS管M12的栅极连接，均受控于偏置电压Vbps。
第六PMOS管M13的漏极与第四固定电阻R6的第一端、第五NMOS管M19的栅极分别连接，第六PMOS管M13的栅极与第二半单元中第八PMOS管M14的栅极连接，均受控于偏置电压Vbpg。
第四固定电阻R6的第二端与第五NMOS管M19的漏极、第六NMOS管M21的栅极分别连接；第五NMOS管M19的源极与第六NMOS管M21的漏极连接，第六NMOS管M21的源极接地。第五NMOS管M19的栅极与第七NMOS管M20的栅极连接，均受控于偏置电压Vbng；第六NMOS管M21的栅极与第八NMOS管M22的栅极连接，均受控于偏置电压Vbns。
调节第一可调电阻R4和第二可调电阻R5的电阻值，可以对正温度系数电流的温度系数进行校正，以匹配负温度系数电流的温度系数；其中，第三固定电阻R3、第一可调电阻R4以及第二可调电阻R5均为负温度系数特性的电阻。
需要说明的是，在完美的理想因素条件下，无需第一可调电阻R4以及第二可调电阻R5即可产生正温度系数电流，即对应图3中可以删除R4和R5。但实际工作情况中，是不可能有完美的理想因素条件，因此基于非理想因素条件，需要加入第一可调电阻R4以及第二可调电阻R5，对正温度系数电流的温度系数进行一定的校正才能与Gm模块中负温度系数电流的的温度系数进行匹配。
为了验证上述理论，参照图4所示的不带第一可调电阻R4和第二可调电阻R5时在TSMC018um工艺下的正温度系数电流的温度系数仿真曲线图，以及图5所示的带第一可调电阻R4和第二可调电阻R5时在TSMC018um工艺下的正温度系数电流的温度系数仿真曲线图。两图中横坐标均为温度(图4、5中temp)，单位为摄氏度，即℃；纵坐标均为温度系数，单位为毫西门子，即mS。
调整第三固定电阻R3和第一可调电阻R4的比例，对于第一可调电阻R4和第二可调电阻R5设置m bit可调；该m bit不小于8bit，可得到正温度系数电流Iout的表达式为：
上式中，VBE9表示三极管M9的基极与发射极之间的电压，R3表示第三固定电阻R3的阻值，R4表示第一可调电阻R4的电阻值。
设定第五PMOS管M11的长度与第七PMOS管M12的长度相同；第五PMOS管M11的宽度与第七PMOS管M12的宽度成比例1:n。以下全文中将MOS管沟道的长度和宽度简称为MOS管的长度和宽度。
第六PMOS管M13的长度与第八PMOS管M14的长度相同；第六PMOS管M13的宽度与第八PMOS管M14的宽度成比例1:n。
第五NMOS管M19的长度与第七NMOS管M20的长度相同；第五NMOS管M19的宽度与第七NMOS管M20的宽度成比例1:x；第六NMOS管M21的长度与第八NMOS管M22的长度相同；第六NMOS管M21的宽度与第八NMOS管M22的宽度成比例1:x。
则，流经电压转电流放大单元中PMOS输入对管M15、M16的电流和为nIout；流经电压转电流放大单元中NMOS输入对管M17、M18的电流和为xIout。其中，n>x，则电压转电流放大单元输出的与温度无关的电流Iop、Ion中有共模电流值差模电流值ΔIo：
ΔIo＝Gm*(VINP-VINN)＝(gm15+gm17)*(VINP-VINN)
＝(gm16+gm18)*(VINP-VINN)
上式中，Gm表示电压转电流放大系数，其余参数的含义前文已说明，不再赘述。通过上述电路结构，产生一个正温度系数电流，其与电压转电流放大模块(即传统的Gm模块)自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。
本发明实施例中，基于上述与温度无关的电压转电流放大电路，还提出一种模拟数字转换器，所述模拟数字转换器包括：如上任一项所述的与温度无关的电压转电流放大电路。
本发明实施例中，基于上述与温度无关的电压转电流放大电路，还提出一种电子设备，所述电子设备包括：比较器；所述比较器包括：如上任一项所述的与温度无关的电压转电流放大电路。
综上所述，本发明的与温度无关的电压转电流放大电路，其包括：带隙基准模块、电压转电流放大模块；带隙基准模块包括：共源共栅电流镜单元、第一半单元以及可调电阻单元；电压转电流放大模块包括：第二半单元、电压转电流放大单元，且第二半单元和第一半单元共同构成一个共源共栅电流镜结构。
共源共栅电流镜单元包括：八个MOS管、三个固定电阻、三极管以及多个三极管构成的三极管组，其中，三极管与三极管组中三极管的个数比为预设比例；第一固定电阻和第二固定电阻上分别产生共源共栅电流镜单元的偏置电压。
可调电阻单元包括：第一可调电阻和第二可调电阻，第一可调电阻与三极管并联连接，第二可调电阻与三极管组并联连接，第一可调电阻的可调阻值与第二可调电阻的可调阻值相同，第三固定电阻的阻值与可调阻值的单位电阻的阻值相同。
第一半单元包括：四个MOS管、第四固定电阻，四个MOS管中前两个MOS管串联后与第四固定电阻串联连接，且第四固定电阻与四个MOS管中后两个MOS管串联连接，其中，前两个MOS管的栅极分别接收共源共栅电流镜单元的偏置电压，后两个MOS管的栅极分别接收第四固定电阻上产生的偏置电压。
共源共栅电流镜单元中产生的正温度系数电流，经第一半单元和第二半单元镜像复制后，流经电压转电流放大单元，且正温度系数电流与电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。
本发明所提与温度无关的电压转电流放大电路，不采用目前已有的电路结构，创造性的提出了使用带隙基准模块产生一个正温度系数电流，其与电压转电流放大模块(即传统的Gm模块)自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流。整个电路结构简单，且利用可调电阻结构可以精准调节正温度系数电流的大小，以更好的负温度系数电流相互作用。同时无需运算放大器，整体上降低了功耗，从而提升了Gm模块在比较器及其相关电子设备中的适用性，具有较高的实用性。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种与温度无关的电压转电流放大电路，其特征在于，所述电压转电流放大电路包括：带隙基准模块、电压转电流放大模块；
所述带隙基准模块包括：共源共栅电流镜单元、第一半单元以及可调电阻单元；
所述电压转电流放大模块包括：第二半单元、电压转电流放大单元，且所述第二半单元和所述第一半单元共同构成一个共源共栅电流镜结构；
所述共源共栅电流镜单元包括：八个MOS管、三个固定电阻、三极管以及多个三极管构成的三极管组，其中，所述三极管与所述三极管组中三极管的个数比为预设比例；
三个所述固定电阻中第一固定电阻和第二固定电阻上分别产生所述共源共栅电流镜单元的偏置电压；
所述可调电阻单元包括：第一可调电阻和第二可调电阻，所述第一可调电阻与所述三极管并联连接，所述第二可调电阻与所述三极管组并联连接，所述第一可调电阻的可调阻值与所述第二可调电阻的可调阻值相同；
三个所述固定电阻中第三固定电阻的阻值与所述可调阻值的单位电阻的阻值相同；
所述第一半单元包括：四个MOS管、第四固定电阻，四个MOS管中前两个MOS管串联后与所述第四固定电阻串联连接，且所述第四固定电阻与四个MOS管中后两个MOS管串联连接，其中，所述前两个MOS管的栅极分别接收所述共源共栅电流镜单元的偏置电压，所述后两个MOS管的栅极分别接收所述第四固定电阻上产生的偏置电压；
所述共源共栅电流镜单元结合所述可调电阻单元产生的正温度系数电流，经所述第一半单元和所述第二半单元镜像复制后，流经所述电压转电流放大单元，且所述正温度系数电流与所述电压转电流放大模块自身产生的负温度系数电流相互作用，输出与温度无关的电流；
其中，所述八个MOS管包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管；
所述四个MOS管包括：第五PMOS管、第六PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管；
所述第一PMOS管、所述第二PMOS管、所述第五PMOS管的栅极均与所述第二固定电阻的第一端连接，各自的源极均接收电源电压；
所述第一PMOS管的漏极与所述第三PMOS管的源极连接，所述第二PMOS管的漏极与所述第四PMOS管的源极连接，所述第五PMOS管的漏极与所述第六PMOS管的源极连接；
所述第三PMOS管、所述第四PMOS管、所述第六PMOS管的栅极均与所述第二固定电阻的第二端连接；
所述第三PMOS管的漏极与所述第一固定电阻的第一端、所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极分别连接；
所述第四PMOS管的漏极与所述第二固定电阻的第一端连接；
所述第一NMOS管的漏极与所述第一固定电阻的第二端、所述第三NMOS管的栅极、所述第四NMOS管的栅极分别连接；
所述第二NMOS管的漏极与所述第二固定电阻的第二端连接；
所述第一NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极连接；
所述第三NMOS管的源极与所述三极管的发射极、所述第一可调电阻的第一端分别连接，所述三极管的基极与自身的集电极、所述第一可调电阻的第二端分别连接，并接地；
所述第四NMOS管的源极与所述第三固定电阻的第一端、所述第二可调电阻的第一端分别连接；
所述三极管组中多个三极管并联，对外形成所述三极管组的发射极、基极以及集电极；
所述第三固定电阻的第二端与所述三极管组的发射极连接，所述三极管组的基极与自身的集电极、所述第二可调电阻的第二端分别连接，并接地；
所述第五PMOS管的漏极与所述第六PMOS管的源极连接，所述第五PMOS管的栅极与所述第二半单元连接；
所述第六PMOS管的漏极与所述第四固定电阻的第一端、所述第五NMOS管的栅极分别连接，所述第六PMOS管的栅极与所述第二半单元连接；
所述第四固定电阻的第二端与所述第五NMOS管的漏极、所述第六NMOS管的栅极分别连接；
所述第五NMOS管的源极与所述第六NMOS管的漏极连接，所述第六NMOS管的源极接地，所述第五NMOS管的栅极、所述第六NMOS管的栅极均与所述第二半单元连接；
所述第二半单元包括：第七PMOS管、第八PMOS管、第七NMOS管以及第八NMOS管；
所述第七PMOS管的源极接收所述电源电压，栅极与所述第五PMOS管的栅极连接；
所述第七PMOS管的漏极与所述第八PMOS管的源极连接，所述第八PMOS管的栅极与所述第六PMOS管的栅极连接；
所述第八PMOS管的漏极与所述电压转电流放大单元的一端连接，所述电压转电流放大单元的另一端与所述第七NMOS管的漏极连接；
所述第七NMOS管的栅极与所述第五NMOS管的栅极连接；
所述第七NMOS管的源极与所述第八NMOS管的漏极连接；
所述第八NMOS管的栅极与所述第六NMOS管的栅极连接；
所述第八NMOS管的源极接地。
2.根据权利要求1所述的电压转电流放大电路，其特征在于，调节所述第一可调电阻和所述第二可调电阻的电阻值，对所述正温度系数电流的温度系数进行校正，以匹配所述负温度系数电流的温度系数；
其中，所述第三固定电阻、所述第一可调电阻以及所述第二可调电阻均为负温度系数特性的电阻。
3.根据权利要求1所述的电压转电流放大电路，其特征在于，所述第一可调电阻和所述第二可调电阻设置m bit可调；
所述m bit不小于8bit。
4.根据权利要求1所述的电压转电流放大电路，其特征在于，所述正温度系数电流Iout的表达式为：
上式中，VBE9表示所述三极管的基极与发射极之间的电压，R3表示所述第三固定电阻的阻值，R4表示所述第一可调电阻的电阻值，VT表示热电压，k表示玻尔兹曼常数，T表示温度，q表示点位电荷电量。
5.根据权利要求4所述的电压转电流放大电路，其特征在于，所述第五PMOS管的长度与所述第七PMOS管的长度相同；
所述第五PMOS管的宽度与所述第七PMOS管的宽度成比例1:n；
所述第六PMOS管的长度与所述第八PMOS管的长度相同；
所述第六PMOS管的宽度与所述第八PMOS管的宽度成比例1:n；
所述第五NMOS管的长度与所述第七NMOS管的长度相同；
所述第五NMOS管的宽度与所述第七NMOS管的宽度成比例1:x；
所述第六NMOS管的长度与所述第八NMOS管的长度相同；
所述第六NMOS管的宽度与所述第八NMOS管的宽度成比例1:x。
6.根据权利要求5所述的电压转电流放大电路，其特征在于，流经所述电压转电流放大单元中PMOS输入对管的电流和为nIout，Iout为所述正温度系数电流；
流经所述电压转电流放大单元中NMOS输入对管的电流和为xIout；
其中，n>x，则所述电压转电流放大单元输出的与温度无关的电流中有共模电流值差模电流值ΔIo：
ΔIo＝Gm*(VINP-VINN)＝(gm15+gm17)*(VINP-VINN)
＝(gm16+gm18)*(VINP-VINN)
上式中，Gm表示电压转电流放大系数，VINP表示所述电压转电流放大单元接收的一个输入电压，VINN表示所述电压转电流放大单元接收的另一个输入电压，gm15、gm17、gm16、gm18分别表示所述电压转电流放大单元中PMOS输入对管、NMOS输入对管各自对应的电压转电流放大系数。
7.一种模拟数字转换器，其特征在于，所述模拟数字转换器包括：如权利要求1至6任一项所述的与温度无关的电压转电流放大电路。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：比较器；
所述比较器包括：如权利要求1至6任一项所述的与温度无关的电压转电流放大电路。
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