CN211653531U - 一种偏置电流产生电路及芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种偏置电流产生电路及芯片，包括：放大器、开关电路、电压差产生电路、电流产生电路和电流镜像电路，所述电流镜像电路分别与预设的参考电压源和所述开关电路连接；所述开关电路包括控制端、第一连接端和第二连接端，其中控制端连接放大器的输出端，所述第一连接端连接所述电流镜像电路，所述第二连接端通过所述电流产生电路接地，所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点通过所述电压差产生电路连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于连接预设的基准电压源。通过本实用新型实施例，可以使放大器的第一输入端VN和VF有电压差，从而有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压，功耗更低，电路面积更小。

Description

一种偏置电流产生电路及芯片

技术领域

本实用新型涉及电子设备领域，特别涉及一种偏置电流产生电路及芯片。

背景技术

在各种电路系统中，需要产生高精度的偏置电流，该电流不随温度和电源电压的变化而变化。随着工艺特征尺寸的不断缩小，芯片的电源电压越来越低，当电源电压较低时，要产生高精度的偏置电流会面临一些困难。

一般常用的偏置电流产生电路，都先经过基准电压源产生预设的偏置电压(例如1.2V)，再利用V/I转换(电压/电流转换)将电压转换成电流。该种偏置电流产生电路存在的问题是：电路工作的最小电源电压为1.2V与MOS管导通阈值电压的电压之和，在特定工艺(例如0.11um工艺)下，上述最小电源电压达到2.4V。而很多芯片要求的电源电压低于该最小电源电压，该电路无法正常工作。

所以，需要提出一种新的偏置电流产生电路，以解决现有技术中偏置电流电路的最小电源电压过高的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种偏置电流产生电路及芯片，可以使放大器的第一输入端VN和VF有电压差，从而有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供一种偏置电流产生电路，所述偏置电流产生电路包括：放大器、开关电路、电压差产生电路、电流产生电路和电流镜像电路，所述电流镜像电路分别与预设的参考电压源和所述开关电路连接；

所述开关电路包括控制端、第一连接端和第二连接端，其中所述控制端连接所述放大器的输出端，所述第一连接端连接所述电流镜像电路，所述第二连接端通过所述电流产生电路接地，所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点通过所述电压差产生电路连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于连接预设的基准电压源。

在一个可能的设计中，所述电压差产生电路为电压源，所述电压源的正输出端连接到所述放大器的第一输入端，所述电压源的负输出端连接所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点。

在一个可能的设计中，所述电压源包括第二电阻和第四MOS管，其中，所述第二电阻一端连接所述放大器的第一输入端，所述第二电阻另一端连接所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点；所述第四MOS管的栅极连接所述开关电路的第一连接端，所述第四MOS管的源极连接至所述参考电压源，所述第四MOS管的漏极与所述放大器的第一输入端连接。

在一个可能的设计中，所述电流镜像电路包括第二MOS管和第五MOS管，其中，所述第二MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极分别连接所述开关电路的第一连接端，所述第二MOS管的源极与所述第五MOS管的源极分别连接至所述参考电压源，所述第二MOS管的漏极连接到所述开关电路的第一连接端，所述第五MOS管的漏极连接所述偏置电流产生电路的输出端。

在一个可能的设计中，所述电流镜像电路还包括相互连接的第二电流源和第三电阻，所述第二电流源包括相连接的电流输入电路和电流输出电路，所述第二MOS管的漏极依次通过所述电流输入电路和所述第三电阻连接到所述开关电路的第一连接端，所述第五MOS管的漏极通过所述电流输出电路连接到所述偏置电流产生电路的输出端。

在一个可能的设计中，所述电流输入电路包括第一MOS管，所述电流输出电路包括第六MOS管，其中，所述第一MOS管的漏极连接所述第二MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极还通过所述第三电阻连接所述开关电路的第一连接端，所述第一MOS管的栅极和所述第六MOS管的栅极分别与所述开关电路的第一连接端连接；所述第一MOS管的源极连接至所述第二MOS管的漏极，所述第六MOS管的源极连接至所述第五MOS管的漏极，所述第六MOS管的漏极连接所述偏置电流产生电路的输出端。

在一个可能的设计中，所述电压源Vdc还包括第三MOS管，所述第三MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极连接；所述第三MOS管的栅极分别与所述开关电路的第一连接端和所述第六MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的漏极与所述放大器的第一输入端连接。

在一个可能的设计中，所述开关电路包括第七MOS管，所述第七MOS管的栅极为所述开关电路的控制端，所述第七MOS管的漏极为所述开关电路的第一连接端，所述第七MOS管的源极为所述开关电路的第二连接端。

在一个可能的设计中，所述电流产生电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接所述开关电路的第二连接端与所述电压差产生电路的连接节点，另一端接地。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种芯片，所述芯片包括上述任一项的偏置电流产生电路。

与相关技术相比，本实用新型提供一种偏置电流产生电路及芯片，通过开关电路的控制端连接该放大器的输出端，该第一连接端连接该电流镜像电路，该第二连接端通过该电流产生电路接地，该第二连接端与该电流产生电路的连接节点VF通过该电压差产生电路连接该放大器的第一输入端VN，让放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，从而可以降低连接节点VF(即反馈节点)的电压值。连接节点VF的电压经电流产生电路产生偏置电流，该偏置电路可被镜像到其它模拟电路模块。由于放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，可以降低反馈节点VF的电压值，因此该偏置电流产生电路结构可以有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种偏置电流产生电路的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种芯片的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种偏置电流产生电路，该偏置电流产生电路100包括：放大器101、开关电路102、电压差产生电路103、电流产生电路104和电流镜像电路105，该电流镜像电路105分别与预设的参考电压源VDD和该开关电路102连接；

该开关电路102包括控制端、第一连接端和第二连接端，其中该控制端连接该放大器101的输出端，该第一连接端连接该电流镜像电路105，该第二连接端通过该电流产生电路104接地，该第二连接端与该电流产生电路104的连接节点VF通过该电压差产生电路103连接该放大器101的第一输入端VN，该放大器101的第二输入端用于连接预设的基准电压源VBG。

其中，放大器101的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端；或者，放大器101的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端。

可选地，预设的参考电压源VDD可以设置在该偏置电流产生电路内，也可以设置在该偏置电流产生电路外。

可选地，该预设的基准电压源可以设置在该偏置电流产生电路内，也可以设置在该偏置电流产生电路外。

在本实施例中，由于第二连接端与电流产生电路的连接节点VF和放大器101的第一输入端VN之间连接有电压差产生电路，使得放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，从而可以降低连接节点VF(即反馈节点)的电压值。连接节点VF的电压经电流产生电路产生偏置电流，该偏置电路可被镜像到其它模拟电路模块。假设没有电压差产生电路103，节点VF的电压与放大器101的反相输入端电压VN相同，根据放大器101的虚短特性，节点VN的电压等于基准电压源的输出电压VBG，因此V_VF＝VBG，而偏置电流产生电路工作的最小电源电压VDD＝V_VF+V₁₀₂+V₁₀₅＝VBG+V₁₀₂+V₁₀₅，其中V₁₀₂表示开关电路102两端的电压，V₁₀₅表示电流源镜像电路105两端的电压。

本实施例通过在节点VN和VF节点之间连接电压差产生电路，使节点VF与节点VN之间存在电压差，节点VF的电压小于节点VN的电压，即V_VF<VBG，因此VDD<VBG+V₁₀₂+V₁₀₅，由此有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压。相比于其他的降低最小电源电压的技术方案，例如相对于发明人想到的另一种方案(先通过降压电路将基准电压VBG降低，再利用现有技术的电路产生基准电流)而言，本方案功耗更低，电路面积更小。

在一个实施例中，该偏置电流产生电路的反馈系数为1，从而实现电压跟随功能。

在一个实施例中，如图2所示，该电压差产生电路为电压源Vdc，该电压源Vdc的正输出端连接到该放大器101的第一输入端VN，该电压源Vdc的负输出端连接该开关电路102的第二连接端与该电流产生电路104的连接节点VF。

在本实施例中，通过使用电压源Vdc产生电压差，使放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，从而可以降低反馈节点VF的电压值，可以有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压，而且功耗较低，电路面积较小。

在一个实施例中，如图3所示，该电压源Vdc包括第二电阻R2和第四MOS管MP4，其中，该第二电阻R2一端连接该放大器101的第一输入端VN，该第二电阻R2另一端连接该开关电路102的第二连接端与该电流产生电路104的连接节点VF；该第四MOS管MP4的栅极连接该开关电路102的第一连接端，该第四MOS管MP4的源极连接至该参考电压源VDD，该第四MOS管MP4的漏极与该放大器101的第一输入端VN连接。

在本实施例中，通过使用第二电阻R2和第四MOS管MP4组成电压源Vdc以产生电压差，使放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，从而可以降低反馈的连接节点VF的电压值，可以有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压，而且功耗较低，电路面积较小。

在一个实施例中，如图4所示，该电流镜像电路105包括第二MOS管MP2和第五MOS管MP5，其中，该第二MOS管MP2的栅极和该第五MOS管MP5的栅极分别连接该开关电路102的第一连接端，该第二MOS管MP2的源极与该第五MOS管MP5的源极分别连接至该参考电压源VDD，该第二MOS管MP2的漏极连接到该开关电路102的第一连接端，该第五MOS管MP5的漏极连接该偏置电流产生电路100的输出端。

在本实施例中，通过使用第二MOS管MP2和第五MOS管MP5组成电流镜像电路，可以将该电路产生的偏置电流镜像输出，从而为其他电路模块提供偏置电流。

在一个实施例中，如图5所示，所述电流镜像电路105还包括相互连接的第二电流源1052和第三电阻R3，所述第二电流源1052包括相连接的电流输入电路10521和电流输出电路10522，所述第二MOS管MP2的漏极依次通过所述电流输入电路10521和所述第三电阻R3连接到所述开关电路102的第一连接端，所述第五MOS管MP5的漏极通过所述电流输出电路10522连接到所述偏置电流产生电路100的输出端。

其中，所述电流输入电路10521包括第一MOS管MP1，所述电流输出电路10522包括第六MOS管MP6，其中，所述第一MOS管MP1的漏极连接所述第二MOS管MP2的栅极和所述第五MOS管MP5的栅极，所述第一MOS管MP1的漏极还通过所述第三电阻R3连接所述开关电路102的第一连接端，所述第一MOS管MP1的栅极和所述第六MOS管MP6的栅极分别与所述开关电路102的第一连接端连接；所述第一MOS管MP1的源极连接至所述第二MOS管MP2的漏极，所述第六MOS管MP6的源极连接至所述第五MOS管MP5的漏极，所述第六MOS管MP6的漏极连接所述偏置电流产生电路100的输出端。

在本实施例中，通过使用第二MOS管MP2、第五MOS管MP5、第一MOS管MP1和第六MOS管MP6组成电流镜像电路，可以将该电路产生的偏置电流镜像输出，从而为该开关电路提供镜像电流。

在一个实施例中，如图6所示，所述电压源Vdc还包括第三MOS管MP3，所述第三MOS管MP3的源极与所述第四MOS管MP4的漏极连接；所述第三MOS管MP3的栅极分别与所述开关电路102的第一连接端和所述第六MOS管MP6的栅极连接，所述第三MOS管MP3的漏极与所述放大器101的第一输入端VN连接。

在本实施例中，通过第三MOS管MP3与电阻R2组成所述电压源Vdc，可以更好地控制电压源Vdc产生合适的电压差。

在一个实施例中，如图7所示，所述开关电路102包括第七MOS管MN1，所述第七MOS管MN1的栅极为所述开关电路102的控制端，所述第七MOS管MN1的漏极为所述开关电路102的第一连接端，所述第七MOS管MN1的源极为所述开关电路102的第二连接端。

在本实施例中，通过使用第七MOS管MN1组成开关电路，相对于其他开关器件而言，可以提升开关效率，而且MOS管的导通压降较低，因此损耗较小。

在一个实施例中，如图8所示，该电流产生电路104包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端连接所述开关电路102的第二连接端与所述电压差产生电路103的连接节点VF，另一端接地。具体地，所述第一电阻R1的一端连接所述第七MOS管MN1的源极与所述第二电阻R2的连接节点VF，另一端接地。

在本实施例中，电流产生电路通过第一电阻R1实现，可以形成连接节点VF与地之间的电流通路，从而为该电压源Vdc产生下拉电流。

在一个实施例中，如图9所示，本发明提供一种芯片，所述芯片200包括如上述任一实施例所述的偏置电流产生电路100。可选地，该芯片200还可包括与该偏置电流产生电路100连接的其他电路模块，例如线性稳压源、模拟前端电路、模数转换器等。其中，该偏置电流产生电路100可为其他电路模块提供偏置电流。

在本实施例中，该芯片包括偏置电流产生电路，由于该偏置电流产生电路的第二连接端与电流产生电路的连接节点VF和放大器101的第一输入端VN之间连接有电压差产生电路，使得放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，从而可以降低连接节点VF(即反馈节点)的电压值。连接节点VF的电压经电流产生电路产生偏置电流，该偏置电路可被镜像到其它模拟电路模块。由于放大器的第一输入端VN和连接节点VF有电压差，可以降低反馈节点VF的电压值，因此该偏置电流产生电路结构可以有效地降低偏置电流产生电路工作的最小电源电压，而且功耗较低，电路面积较小。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种偏置电流产生电路，其特征在于，所述偏置电流产生电路包括：放大器、开关电路、电压差产生电路、电流产生电路和电流镜像电路，所述电流镜像电路分别与预设的参考电压源和所述开关电路连接；

所述开关电路包括控制端、第一连接端和第二连接端，其中所述控制端连接所述放大器的输出端，所述第一连接端连接所述电流镜像电路，所述第二连接端通过所述电流产生电路接地，所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点通过所述电压差产生电路连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于连接预设的基准电压源。

2.根据权利要求1所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电压差产生电路为电压源，所述电压源的正输出端连接到所述放大器的第一输入端，所述电压源的负输出端连接所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点。

3.根据权利要求2所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电压源包括第二电阻和第四MOS管，其中，所述第二电阻一端连接所述放大器的第一输入端，所述第二电阻另一端连接所述第二连接端与所述电流产生电路的连接节点；所述第四MOS管的栅极连接所述开关电路的第一连接端，所述第四MOS管的源极连接至所述参考电压源，所述第四MOS管的漏极与所述放大器的第一输入端连接。

4.根据权利要求3所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电流镜像电路包括第二MOS管和第五MOS管，其中，所述第二MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极分别连接所述开关电路的第一连接端，所述第二MOS管的源极与所述第五MOS管的源极分别连接至所述参考电压源，所述第二MOS管的漏极连接到所述开关电路的第一连接端，所述第五MOS管的漏极连接所述偏置电流产生电路的输出端。

5.根据权利要求4所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电流镜像电路还包括相互连接的第二电流源和第三电阻，所述第二电流源包括相连接的电流输入电路和电流输出电路，所述第二MOS管的漏极依次通过所述电流输入电路和所述第三电阻连接到所述开关电路的第一连接端，所述第五MOS管的漏极通过所述电流输出电路连接到所述偏置电流产生电路的输出端。

6.根据权利要求5所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电流输入电路包括第一MOS管，所述电流输出电路包括第六MOS管，其中，所述第一MOS管的漏极连接所述第二MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极还通过所述第三电阻连接所述开关电路的第一连接端，所述第一MOS管的栅极和所述第六MOS管的栅极分别与所述开关电路的第一连接端连接；所述第一MOS管的源极连接至所述第二MOS管的漏极，所述第六MOS管的源极连接至所述第五MOS管的漏极，所述第六MOS管的漏极连接所述偏置电流产生电路的输出端。

7.根据权利要求6所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电压源Vdc还包括第三MOS管，所述第三MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极连接；所述第三MOS管的栅极分别与所述开关电路的第一连接端和所述第六MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的漏极与所述放大器的第一输入端连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述开关电路包括第七MOS管，所述第七MOS管的栅极为所述开关电路的控制端，所述第七MOS管的漏极为所述开关电路的第一连接端，所述第七MOS管的源极为所述开关电路的第二连接端。

9.根据权利要求1-7任一项所述的偏置电流产生电路，其特征在于，所述电流产生电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接所述开关电路的第二连接端与所述电压差产生电路的连接节点，另一端接地。

10.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括如权利要求1至8任一项所述的偏置电流产生电路。

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