CN1725137A - 高阶温度补偿电流基准源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高阶温度补偿电流基准源，包括：启动电路，该启动电路为第一一阶温度补偿电流发生器、第二一阶温度补偿电流发生器和比例求和电路提供启动偏置电压；第一一阶温度补偿电流发生器，以产生一个一阶温度补偿电流，其温度特性曲线为一开口向上的高次曲线；第二一阶温度补偿电流发生器，以产生另一个一阶温度补偿电流，其温度特性曲线为一开口向下的高次曲线；比例求和电路，将第一一阶温度补偿电流发生器和第二一阶温度补偿电流发生器所产生的一阶温度补偿电流进行按比例求和；输出电路，输出经高阶温度补偿后的电流。本发明所提供的高阶温度补偿电流基准源，具有非常低的温度系数，可以在电流模式电路、高精度数模转换电路和有长金属线的模拟集成电路中。

Description

高阶温度补偿电流基准源

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种温度补偿电流基准源。

背景技术

电流基准源的功能是向电路中其他功能模块提供基准电流的，是模拟集成电路中非常重要的功能模块，常为振荡器、滤波器、数模转换和精确的时间延迟模块提供基准电流。对电流来说，在长金属线上传输时没有损失，而电压则有损失，所以，在有长互连金属线的模拟电路中，更倾向使用电流基准源。另外，如果电路采用电流模式，会比采用电压模式工作在更高的频率，提高电路的速度，但是，电流模式电路在大温度范围内工作时的准确性和准确性直接决定于电流源的温度稳定性。

普通的电流基准源，由于采用互补式金属氧化物半导体(CMOS)工艺所制作的电阻都具有较大的正温度系数，所产生的电流随集成电路工作温度的增高而有百分之几十的增大，无法满足实际应用的要求，因此，要实现低温度系数的电流基准源，就必须对其进行温度补偿。

公开号CN1340750A的专利文献(申请号：00123710.1，发明名称：低温度系数参考电流源产生电路)公开了一种低温度系数参考电流源产生电路，主要包括：一用于产生能带间隙参考电压源的电路，其提供一低温度系数的能带间隙参考电压及一正温度系数的电流；一电压追随器，是产生追随该低温度系数能带间隙参考电压的电压，以驱动一具有正温度系数的电阻，而产生一负温度系数的电流；以及一电流镜电路，以将该正温度系数的电流及负温度系数的电流作比例组合，而获得一低温度系数的参考电流。该技术方案实质上采用了PTAT(与温度成正比)的电流与IPTAT(与温度成反比)的电流按比例相叠加的方式，来实现一阶温度补偿，输出基准电流，其原理示意图如图3所示。该技术方案经计算机仿真，在-25度到75度范围，输出的基准电流变化为1.4％即140ppm，显示其温度特性并不是很好。

发明内容

本发明提出了一种高阶温度补偿电流基准源，具有非常低的温度系数。

该电流基准源的温度补偿原理如图1所示，先分别产生两支一阶温度补偿电流，这两支一阶温度补偿电流的温度特性曲线分别为开口向上的高次曲线a和开口向下的高次曲线b；然后，将这两支一阶温度补偿电流按一定比例叠加，得到输出温度特性曲线为c所示的高阶温度补偿电流源。

本发明所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于，包括：启动电路，该启动电路为第一一阶温度补偿电流发生器、第二一阶温度补偿电流发生器和比例求和电路提供启动偏置电压；第一一阶温度补偿电流发生器，以产生一个一阶温度补偿电流，其温度特性曲线为一开口向上的高次曲线；第二一阶温度补偿电流发生器，以产生另一个一阶温度补偿电流，其温度特性曲线为一开口向下的高次曲线；比例求和电路，将第一一阶温度补偿电流发生器和第二一阶温度补偿电流发生器所产生的一阶温度补偿电流进行按比例求和；输出电路，输出经高阶温度补偿后的电流。

一阶温度补偿电流发生器的原理如图3所示，是将PTAT(与温度成正比)电流与IPTAT(与温度成反比)的电流按比例相求和的方式，输出温度特性为开口向下的高次曲线的一阶温度补偿电流或者温度特性为开口向上的高次曲线的一阶温度补偿电流，其架构框图如图4所示，包括PTAT电流发生器，IPTAT电流发生器，比例求和电路。

根据图2的架构框图，本发明提供了两种高阶温度补偿电流基准源，具体电路架构分别为图5和图6所示。

图5所示的电流基准源电路包括启动电路，第一一阶温度补偿电流发生器，第二一阶温度补偿电流发生器，比例求和电路和输出电路，其中：

所述启动电路包括两个电阻(RS1，RS2)和三个NMOS管(MS1，MS2，MS3)；电阻RS1连接于电源和NMOS管MS1栅极之间；电阻RS2连接于NMOS管MS1的栅极和漏极之间；NMOS管MS2和NMOS管MS3的栅极接NMOS管MS1的漏极，NMOS管MS2的漏极分别接第一一阶温度补偿电流发生器的输出端和比例求和电路的输入端，NMOS管MS3的漏极分别接第二一阶温度补偿电流发生器的输出端和比例求和电路的另一输入端；NMOS管(MS1，MS2，MS3)的源极接地。

所述第一一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M1，M2)，两个NMOS管(M3，M4)和三个电阻(R0，R1，R2)和一个运算放大器OP1；两个PMOS管(M1，M2)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连至运算放大器OP1的输出端，PMOS管M1的漏极连到运算放大器OP1的正输入端，PMOS管M2的漏极连到运算放大器OP1的负输入端；两个NMOS管(M3，M4)栅极共同连到运算放大器OP2的负输入端，NMOS管M3的源极接地，其漏极接运算放大器OP1的正输入端；NMOS管M4的漏极和栅极共同连到运算放大器OP1的负输入端，其源极通过电阻R0与地相连；电阻R1一端和NMOS管M3的漏极相连，另一一端接地；电阻R2一端NMOS管M4的漏极相连，另一端接地。

所述第二一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M8，M9)，两个NMOS管(M10，M11)和三个电阻(R3，R4，R5)和一个运算放大器OP2；两个PMOS管(M8，M9)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连至运算放大器OP2的输出端，PMOS管M8的漏极连到运算放大器OP2的正输入端，PMOS管M9的漏极连到运算放大器OP2的负输入端；两个NMOS管(M10，M11)栅极共同连到运算放大器OP2的负输入端；NMOS管M10的源极接地，其漏极接运算放大器OP2的正输入端；NMOS管M11的漏极和栅极共同连到运算放大器OP2的负输入端，其源极通过电阻R3与地相连；电阻R4一端与NMOS管M10的漏极相连，另一端接地；电阻R5一端与和NMOS管M11的漏极相连，另一端接地。

所述比例求和电路包括两个PMOS管(M5，M6)；两个PMOS管(M5，M6)漏极互连；PMOS管M5的栅极接第一一阶温度补偿电流源发生器的输出端(即运算放大器OP1的输出端)；PMOS管M6的栅极接第二一阶温度补偿电流源发生器的输出端(即运算放大器OP2的输出端)；两个PMOS管(M5，M6)的漏极互连作为比例求和电路的输出端。

所述输出电路包括一个NMOS管M7，其源极接地，其漏极和栅极互连并接比例求和电路的输出端(即比例求和电路中互连的两个PMOS管<M5，M6>)的漏极)，向外提供电流输出。

图6所示的电流基准源电路包括启动电路，第一一阶温度补偿电流发生器，第二一阶温度补偿电流发生器，比例求和电路和输出电路，其中：，

所述启动电路包括两个电阻(RS1，RS2)和三个NMOS管(MS1，MS2，MS3)；电阻RS1连接于电源和NMOS管MS1栅极之间；电阻RS2连接于NMOS管MS1的栅极和漏极之间；NMOS管MS2和NMOS管MS3的栅极接NMOS管MS1的漏极，NMOS管MS2的漏极分别接第一一阶温度补偿电流发生器的输出端和比例求和电路的输入端，NMOS管MS3的漏极分别接第二一阶温度补偿电流发生器的输出端和比例求和电路的另一输入端；NMOS管(MS1，MS2，MS3)的源极接地。

所述第一一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M1，M2)，两个NMOS管(M3，M4)和三个电阻(R0，R1，R2)和一个运算放大器OP1；两个PMOS管(M1，M2)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连至运算放大器OP1的输出端，PMOS管M1的漏极连到运算放大器OP1的正输入端，PMOS管M2的漏极连到运算放大器OP1的负输入端；两个NMOS管(M3，M4)栅极共同连到运算放大器OP2的负输入端，NMOS管M3的源极接地，其漏极接运算放大器OP1的正输入端；NMOS管M4的漏极和栅极共同连到运算放大器OP1的负输入端，其源极通过电阻R0与地相连；电阻R1一端和NMOS管M3的漏极相连，另一端接地；电阻R2一端NMOS管M4的漏极相连，另一端接地。

所述第二一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M8，M9)，两个PNP三极管(Q1，Q2)，一个运算放大器OP2，三个电阻(R3，R4，R5)；两个PMOS管(M8，M9)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连到运算放大器OP2的输出端，PMOS管M9的漏极连到运算放大器OP2的正输入端，PMOS管M8的漏极连到运算放大器OP2的负输入端；电阻R3一端接运算放大器OP2正输出端，另一端连PNP三极管Q2的发射极；PNP三极管Q2的基极和集电极接地；PNP三极管Q1的基极和集电极接地，发射极接运算放大器OP2负输出端；电阻R4一端接运算放大器OP2的负输出端，另一端接地；电阻R5一端接运算放大器OP2的正输出端，另一端接地。

所述比例求和电路包括两个PMOS管(M5，M6)；两个PMOS管(M5，M6)漏极互连；PMOS管M5的栅极接第一一阶温度补偿电流源发生器的输出端(即运算放大器OP1的输出端)；PMOS管M6的栅极接第二一阶温度补偿电流源发生器的输出端(即运算放大器OP2的输出端)；两个PMOS管(M5，M6)的漏极互连作为比例求和电路的输出端。

所述输出电路包括一个NMOS管M7，其源极接地，其漏极和栅极互连并接比例求和电路的输出端(即比例求和电路中互连的两个PMOS管<M5，M6>)的漏极)，向外提供电流输出。

本发明所提供的高阶温度补偿电流基准源，具有非常低的温度系数，可以在电流模式电路、高精度数模转换电路和有长金属线的模拟集成电路中。其中图5所述的实施方式在温度-20度到120度范围内，输出的基准电流的温度系数为6ppm，如果工艺允许，电路的工作温度在更大的范围变化时，本发明所设计的具有高阶温度补偿的基准电流源将会显示更优异的性能；图6所述的实施方实在温度-15度到135度范围内，输出的基准电流的温度系数为20ppm，如果工艺允许，电路的工作温度在更大的范围变化时，本发明所设计的具有高阶温度补偿的基准电流源将会显示更优异的性能。

附图说明：

图1：本发明所述的高阶温度补偿电流基准源的温度补偿原理示意图

图2：本发明所述的高阶温度补偿电流基准源的电路结构框图。

图3：一阶温度补偿电流发生器的温度补偿原理图。

图4：一阶温度补偿电流发生器的电路结构原理图。

图5：本发明所述的一种高阶温度补偿电流基准源电路图。

图6：本发明所述的另一种高阶温度补偿电流基准源电路图。

图7：图6所示的电流基准源电路的输出电流的温度特性图。

图8：图5所示的电流基准源电路的输出电流的温度特性图。

具体实施方式

为了对本发明提出高阶温度补偿电流基准源有更进一步的了解，下面将结合附图从原理、电路结构和具体实施方式等方面做详细的说明。

如图1所示：曲线a是经过一阶温度补偿后的开口向上的电压或者电流温度特性曲线，曲线b是经过一阶温度补偿后的开口向下的电压或者电流温度特性曲线，曲线c是曲线a和曲线b经过适当比例叠加后的电压或者电流的温度特性曲线，考虑到各种集成电路中各种非理想效应，曲线c最终不会是标准的直线，画作直线只是用于原理说明。

下面分别对图5和图6所示的电流基准源的工作原理进行阐述。

图5所示的电流基准源电路包括启动电路，第一一阶温度补偿电流发生器，第二一阶温度补偿电流发生器，比例求和电路，和输出电路，其中：

启动电路其作用是保证电路在上电时工作在所期望的状态。工作原理是：电路刚接通电源时，MS2和MS3的栅极为高电位，MS2和MS3导通，所以，MS2和MS3的漏极为低电平，使M1，M2，M3和M4导通。当电路进入平衡状态后，由于电阻RS1和RS2的存在，MS2和MS3的栅极为低电位，MS2和MS3截至。

第一一阶温度补偿电流发生器输出一阶温度补偿电流，且输出电流的温度特性曲线是开口向上的高次曲线。具体工作原理：两个PMOS管(M1和M2)完全相同，电阻R1和R2也完全相同，此外，为了达到好的性能，电阻R0、R1和R2均为薄膜电阻，因为薄膜电阻的温度系数较小，所有元件都在芯片上实现；

对于第一一阶温度补偿电流发生器中的M3和M4来说，如果它们的宽长比为N，而流过的电流相等，并且都工作在亚阈值区，那么VGS3和VGS4之间的差值ΔV_GS即电阻R0两端的电压可表示为：

ΔV_GS＝nV_T ln N          (1.1)

其中n为亚阈区斜率，V_T为热电压，由此可以看出ΔV_GS是与温度成正比的。

由于运放OP1的增益很高，一般实际都达到60db以上，使M3和M4的漏极电压相等。那么流过M1的电流I1就可以表示为：

$I_1=\frac{V_{\mathrm{GS}3}}{R_2}+\frac{n{V}_T\ln N}{R_0}---\left(1.2\right)$

因为M3和M4都工作在亚阈区，所以，VGS3可以表示为：

V_GS(T)＝V_GS0+θ₁V_T+θ₂V_T ln T        (1.3)

其中，V_GS0、θ₁和θ₂为常数，且θ₁＜0，θ₂＞0。

所有片上电阻阻值都是与温度有关的，但是由于电阻R0、R1和R2均为薄膜电阻，一般薄膜电阻的温度系数只有50ppm左右，所以，在电路实际使用的温度范围，我们可以认为电阻R0、R1和R2的阻值近似不变。

当R2和R0比值为m1时，使I1在温度T0处的导数值为0，可由(2)和(3)得到：

m₁＝-θ₁-θ₂(1+ln T₀)                (1.4)

将(1.4)式代入(1.3)式，可以得到：

$I_1=\frac{V_{\mathrm{GS}0}-{\mathrm{\&theta;}}_2{V}_T(1+\ln \frac{T_0}{T})}{R_1}---\left(1.5\right)$

将(1.5)式对温度T求导，可以得到：

$\frac{{\mathrm{dI}}_1}{\mathrm{dT}}=-\frac{{\mathrm{\&theta;}}_2}{R_1}\frac{V_T}{T}\left(\ln \frac{T_0}{T}\right)---\left(1.6\right)$

从(1.6)式可以知道，当T＜T0时，I1斜率为负，当T＝T0时，I1斜率为负，当T＞T0时，I1斜率为正，所以，I1的温度特性曲线是开口向上的高次曲线。

对于第二一阶温度补偿电流发生器中的M10和M11来说，如果它们的宽长比为M，而流过的电流相等，并且都工作在亚阈值区，那么VGS10和VGS11之间的差值Δ_GS即电阻R3两端的电压可表示为：

ΔV_GS＝nV_T ln M                    (1.7)

其中n为亚阈区斜率，VT为热电压，由此可以看出ΔV_GS是与温度成正比的。

由于运放OP2的增益很高，一般实际都达到60db以上，并且构成电流镜的M8和M9完全相同，使M10和M11的漏极电压相等，那么流过M8的电流I8就可以表示为：

$I_8=\frac{V_{\mathrm{GS}10}}{R_4}+\frac{n{V}_T\ln M}{R_3}---\left(1.8\right)$

其中，R3采用薄膜电阻，R4和R5为同种类型的负温系数的多晶硅电阻，一般薄膜电阻的温度系数只有100ppm左右，所以，在电路实际使用的温度范围，我们可以认为电阻R3的阻值近似不变，而R4可以表示为以下形式：

R₄＝R₄(T₀)[1-γ(T-T₀)]         (1.9)

其中，-γ为电阻R4的温度系数。

因为电路正常工作的温度范围一般为200K～400K，所以，lnT近似为常数，那么，(3)式可以表示为：

V_GS(T)≈V_GS(T₀)+λ(T-T₀)       (1.10)

其中，λ为VGS的一阶温度系数，且λ＜0。

将(1.9)式和(1.10)式代入(1.8)式可以得到：

$I_8=\frac{V_{\mathrm{GS}}\left(T_0\right)+\mathrm{\&lambda;}(T-T_0)}{R_4\left(T_0\right)[1-\mathrm{\&gamma;}(T-T_0)]}+\frac{n{V}_T\ln M}{R_3}---\left(1.11\right)$

根据泰勒公式，我们可以知道：

$\frac{1}{1-\mathrm{\&gamma;}(T-T_0)}\&ap;1+\mathrm{\&gamma;}(T-T_0)+{\mathrm{\&gamma;}}^2{(T-T_0)}^2---\left(1.12\right)$

将(1.12)式代入(1.11)可以得到：

$I_8=\frac{[V_{\mathrm{GS}}\left(T_0\right)+{\mathrm{\&lambda;}}_1(T-T_0)][1+\mathrm{\&gamma;}\left({T-T}_0\right)+{\mathrm{\&gamma;}}^2{(T-T_0)}^2]}{R_4\left(T_0\right)}+\frac{V_T}{R_3}---\left(1.13\right)$

当R4(T0)和R3比值为m2时，使I8在温度T0处的导数值为0，可由(1.13)得到：

$I_8=\frac{V_{\mathrm{GS}}\left(T_0\right)-(\mathrm{\&gamma;}{V}_{\mathrm{GS}}\left(T_0\right)+\mathrm{\&lambda;})T_0}{R_4\left(T_0\right)}+\frac{[{\mathrm{\&gamma;}}^2{V}_{\mathrm{GS}}\left(T_0\right)+\mathrm{\&lambda;\&gamma;}]{(T-T_0)}^2+O\left[{(T-T_0)}^2\right]}{R_4\left(T_0\right)}---\left(1.14\right)$

从(1.14)式可以知道，(T-T₀)²的系数为γ²V_GS(T₀)+λγ即[γV_GS(T₀)+λ]γ，因为λ＜0和γ＞0，所以，[γV_GS(T₀)+λ]γ＜0是完全可能的，在这种情况下，I₈就为开口向下的曲线。

比例求和电路中的PMOS管M6与第二一阶温度补偿电流发生器的M8构成电流镜，PMOS管M5与第一电路的M2构成电流镜，显然，根据电流叠加原理，流过NMOS管M7的电流可以表示为：

I₇＝AI₂+BI₈                        (1.15)

其中，A为PMOS管M5和PMOS管M2的宽长比，B为PMOS管M6和PMOS管M8的宽长比。通过实际电路的仿真，选择最佳的A和B，以使I7温度特性达到最好。

最终，电路由NMOS管M7的栅极向外镜像电流I7。

图6所示的电流基准源电路包括启动电路，第一一阶温度补偿电流发生器，第二一阶温度补偿电流发生器，比例求和电路，和输出电路，各单元电路再次不再重述。

第一一阶温度补偿电流发生器输出一阶温度补偿电流，且输出电流的温度特性曲线是开口向上的高次曲线。具体工作原理：两个PMOS管(M1和M2)完全相同，电阻R1和R2也完全相同，此外，为了达到好的性能，电阻R0、R1和R2均为薄膜电阻，因为薄膜电阻的温度系数较小，所有元件都在芯片上实现。

对于第一一阶温度补偿电流发生器中的M3和M4来说，如果它们的宽长比为N，并且都工作在亚阈值区，又由于运放OP1的增益很高，一般实际都达到60db以上，使M3和M4的漏极电压相等。那么VGS3和VGS4之间的差值ΔV_GS即电阻R0两端的电压可表示为：

ΔV_GS＝nV_T ln N                  (2.1)

其中n为亚阈区斜率，VT为热电压，由此可以看出ΔV_GS是与温度成正比的。则流过M1的电流I1就可以表示为：

$I_1=\frac{V_{\mathrm{GS}3}}{R_2}+\frac{{\mathrm{nV}}_T\ln N}{R_0}---\left(2.2\right)$

因为M3和M4都工作在亚阈区，所以，VGS3可以表示为：

V_GS(T)＝V_GS0+θ₁V_T+θ₂V_T ln T    (2.3)

其中，V_GS0、θ₁和θ₂为常数，且θ₁＜0，θ₂＞0。

所有片上电阻阻值都是与温度有关的，但是由于电阻R0、R1和R2均为薄膜电阻，一般薄膜电阻的温度系数只有100ppm左右，所以，在电路实际使用的温度范围，我们可以认为电阻R0、R1和R2的阻值近似不变。

当R2和R0比值为ml时，使I1在温度T0处的导数值为0，可由(2)和(3)得到：

m₁＝-θ₁-θ₂(1+ln T₀)             (2.4)

将(2.4)式代入(2.3)式，可以得到：

$I_1=\frac{V_{\mathrm{GS}0}-{\mathrm{\&theta;}}_2{V}_T(1+\ln \frac{T_0}{T})}{R_1}---\left(2.5\right)$

将(2.5)式对温度T求导，可以得到：

$\frac{{\mathrm{dI}}_1}{\mathrm{dT}}=-\frac{{\mathrm{\&theta;}}_2}{R_1}\frac{V_T}{T}\left(\ln \frac{T_0}{T}\right)---\left(2.6\right)$

从(2.6)式可以知道，当T＜T0时，I1斜率为负，当T＝T0时，I1斜率为0，当T＞T0时，I1斜率为正，所以，I1的温度特性曲线是开口向上的高次曲线。

第二一阶温度补偿电流发生器输出一阶温度补偿电流，且输出电流的温度特性曲线是开口向下的高次曲线。具体工作原理：两个PMOS管(M8和M9)完全相同，电阻R4和R5也完全相同，此外，为了达到好的性能，电阻R3、R4和R5均为薄膜电阻，因为薄膜电阻的温度系数较小，在电路实际使用的温度范围，我们可以认为电阻R3、R4和R5的阻值近似不变。

如果Q2与Q1的发射极面积比为N，又由于运算放大器OP2的增益很高，一般都达到60db以上，使OP2的正负输入端电位相等，所以，电阻R3的PTAT电流可以表示为：

$I_{R_3}=\frac{V_{E{B}_2}-V_{E{B}_1}}{R_3}=\frac{V_T\ln N}{R_3}---\left(2.7\right)$

流过R4的IPTAT电流可以表示为：

$I_{R_4}=\frac{V_{{\mathrm{EB}}_1}\left(T\right)}{R_4}=\frac{V_G\left(T\right)+\left(\frac{T}{T_0}\right)[V_{\mathrm{EB}}\left(T_0\right)-V_G\left(T_0\right)]+(\mathrm{\&delta;}-\mathrm{\&eta;})V_T\ln \left(\frac{T}{T_0}\right)}{R_4}---\left(2.8\right)$

其中，V_G(T)为硅的带隙电压，(δ-η)通常为小于-1.5的常数。

则经过一阶温度补偿的流过M8的电流I8为PTAT电流I_R3和IPTAT电流I_R4叠加，可表示为：

$I_8=\frac{1}{R_4}[V_{E{B}_1}+\frac{R_4}{R_3}{V}_T\ln N]---\left(2.9\right)$

当R4和R3比值为m2时，使I8在温度T0处的导数值为0，可由(2.8)和(2.9)得到：

$m_1=\frac{q(-\frac{d{V}_{\mathrm{EB}}}{\mathrm{dT}})T=T_0}{k\ln N}---\left(2.10\right)$

其中：q为电子电量，k为玻耳兹曼常数。

将(2.4)式代入(2.3)式，可以得到：

$I_8=\frac{V_{G0}+V_T(\mathrm{\&eta;}-\mathrm{\&delta;})(1+\ln \frac{T_0}{T})}{R_4}---\left(2.11\right)$

其中，VG0是温度为0K时的带隙电压，约为1.205V。

将(2.11)对温度求导可以得到：

$\frac{{\mathrm{dI}}_8}{\mathrm{dT}}=\frac{\mathrm{\&eta;}-\mathrm{\&delta;}}{R_4}\frac{V_T}{T}\left(\ln \frac{T_0}{T}\right)---\left(2.12\right)$

从(2.12)式可以知道，当T＜T0时，I8斜率为正，当T＝T0时，I8斜率为0，当T＞T0时，I8斜率为负，所以，I8的温度特性曲线是开口向下的高次曲线。

比例求和电路中的PMOS管M6与第二一阶温度补偿电流发生器的M8构成电流镜，PMOS管M5与第一电路的M2构成电流镜，显然，根据电流叠加原理，流过NMOS管M7的电流可以表示为：

I₇＝CI₂+DI₈                 (2.15)

其中，C为PMOS管M5和PMOS管M2的宽长比，D为PMOS管M6和PMOS管M8的宽长比。通过实际电路的仿真，选择最佳的C和D，以使I7温度特性达到最好。

最终，电路由NMOS管M7的栅极向外镜像电流I7。

Claims (7)

1、高阶温度补偿电流基准源，其特征在于，包括：启动电路，该启动电路为第一一阶温度补偿电流发生器、第二一阶温度补偿电流发生器和比例求和电路提供启动偏置电压；第一一阶温度补偿电流发生器，以产生一个一阶温度补偿电流，其温度特性曲线为一开口向上的高次曲线；第二一阶温度补偿电流发生器，以产生另一个一阶温度补偿电流，其温度特性曲线为一开口向下的高次曲线；比例求和电路，将第一一阶温度补偿电流发生器和第二一阶温度补偿电流发生器所产生的一阶温度补偿电流进行按比例求和；输出电路，输出经高阶温度补偿后的电流。

2、根据权利要求1所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于，所述启动电路包括两个电阻(RS1，RS2)和三个NMOS管(MS1，MS2，MS3)；电阻(RS1)连接于电源和NMOS管(MS1)栅极之间；电阻(RS2)连接于NMOS管(MS1)的栅极和漏极之间；NMOS管(MS2)和NMOS管(MS3)的栅极接NMOS管(MS1)的漏极，NMOS管(MS2)的漏极分别接第一一阶温度补偿电流发生器的输出端和比例求和电路的输入端，NMOS管(MS3)的漏极分别接第二一阶温度补偿电流发生器的输出端和比例求和电路的另一输入端；NMOS管(MS1，MS2，MS3)的源极接地。

3、根据权利要求1所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于，所述一阶温度补偿电流发生器包括与温度成正比的电流发生器、与温度成反比电流发生器与比例求和电路；将与温度成正比的电流和与温度成反比的电流按比例相求和的方式，输出温度特性为开口向下的高次曲线的一阶温度补偿电流或者温度特性为开口向上的高次曲线的一阶温度补偿电流。

4、根据权利要求1、3所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于：

所述第一一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M1，M2)，两个NMOS管(M3，M4)和三个电阻(R0，R1，R2)和一个运算放大器(OP1)；两个PMOS管(M1，M2)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连至运算放大器(OP1)的输出端，PMOS管(M1)的漏极连到运算放大器(OP1)的正输入端，PMOS管(M2)的漏极连到运算放大器(OP1)的负输入端；两个NMOS管(M3，M4)栅极共同连到运算放大器(OP2)的负输入端，NMOS管(M3)的源极接地，其漏极接运算放大器(OP1)的正输入端；NMOS管(M4)的漏极和栅极共同连到运算放大器(OP1)的负输入端，其源极通过电阻(R0)与地相连；电阻(R1)一端和NMOS管(M3)的漏极相连，另一一端接地；电阻(R2)一端NMOS管(M4)的漏极相连，另一端接地；

所述第二一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M8，M9)，两个NMOS管(M10，M11)和三个电阻(R3，R4，R5)和一个运算放大器(OP2)；两个PMOS管(M8，M9)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连至运算放大器(OP2)的输出端，PMOS管(M8)的漏极连到运算放大器(OP2)的正输入端，PMOS管(M9)的漏极连到运算放大器(OP2)的负输入端；两个NMOS管(M10，M11)栅极共同连到运算放大器(OP2)的负输入端；NMOS管(M10)的源极接地，其漏极接运算放大器(OP2)的正输入端；NMOS管(M11)的漏极和栅极共同连到运算放大器(OP2)的负输入端，其源极通过电阻(R3)与地相连；电阻(R4)一端与NMOS管(M10)的漏极相连，另一端接地；电阻(R5)一端与和NMOS管(M11)的漏极相连，另一端接地。

5、根据权利要求1所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于：所述比例求和电路包括两个PMOS管(M5，M6)；两个PMOS管(M5，M6)漏极互连；PMOS管(M5)的栅极接第一一阶温度补偿电流源发生器的输出端；PMOS管(M6)的栅极接第二一阶温度补偿电流源发生器的输出端；两个PMOS管(M5，M6的漏极互连作为比例求和电路的输出端。

6、根据权利要求1所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于：所述输出电路包括一个NMOS管(M7)，其源极接地，其漏极和栅极互连并接比例求和电路的输出端，向外提供电流输出。

7、根据权利要求1、3所述的高阶温度补偿电流基准源，其特征在于：

所述第一一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M1，M2)，两个NMOS管(M3，M4)和三个电阻(R0，R1，R2)和一个运算放大器(OP1)；两个PMOS管(M1，M2)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连至运算放大器(OP1)的输出端，PMOS管(M1)的漏极连到运算放大器(OP1)的正输入端，PMOS管(M2)的漏极连到运算放大器(OP1)的负输入端；两个NMOS管(M3，M4)栅极共同连到运算放大器(OP2)的负输入端，NMOS管(M3)的源极接地，其漏极接运算放大器(OP1)的正输入端；NMOS管(M4)的漏极和栅极共同连到运算放大器(OP1)的负输入端，其源极通过电阻(R0)与地相连；电阻(R1)一端和NMOS管(M3)的漏极相连，另一端接地；电阻(R2)一端NMOS管(M4)的漏极相连，另一端接地；

所述第二一阶温度补偿电流发生器包括两个PMOS管(M8，M9)，两个PNP三极管(Q1，Q2)，一个运算放大器(OP2)，三个电阻(R3，R4，R5)；两个PMOS管(M8，M9)构成电流镜，其源极与外接电源连接，其栅极共同连到运算放大器(OP2)的输出端，PMOS管(M9)的漏极连到运算放大器(OP2)的正输入端，PMOS管(M8)的漏极连到运算放大器(OP2)的负输入端；电阻(R3)一端接运算放大器(OP2)正输出端，另一端连PNP三极管(Q2)的发射极；PNP三极管(Q2)的基极和集电极接地；PNP三极管(Q1)的基极和集电极接地，发射极接运算放大器(OP2)负输出端；电阻(R4)一端接运算放大器(OP2)的负输出端，另一端接地；电阻(R5)一端接运算放大器(OP2)的正输出端，另一端接地。

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