CN103076832B - 一种自偏置电流源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自偏置电流源。该自偏置电流源由电流源模块、电流镜模块有一集启动电路模块组成。在该自偏置电流源的启动电路模块中，增加了第二电阻。增加该第二电阻以后，自偏置电流源启动后，第二电阻能够使启动电路模块更可靠的关断，能减小启动电路模块对自偏置电流源的影响。

Description

一种自偏置电流源

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，更具体的说，是涉及一种自偏置电流源。

背景技术

自偏置电流源是模拟集成电路中的一种重要参考源，一般由电流源与电流镜组成，用以给其他电路提供偏置电流，该偏置电流对电源电压的灵敏度非常低，可以认为其与电源电压无关。

自偏置电流源有两个稳定的工作点，如图1所示。A点是自偏置电流源的正常工作点，在A点，自偏置电流源产生与电源电压无关的输出电流，为其他电路提供偏置电流；Z点是自偏置电流源的零电流状态，在Z点，自偏置电流源中基本上没有工作电流，无法正常工作。

为了使自偏置电流源脱离零电流状态，需要一个启动电路给自偏置电流源提供一个初始的工作条件，使自偏置电流源中的晶体管有电流流过，迫使自偏置电流源脱离零电流状态，到达正常工作点A。待自偏置电流源到达正常工作点A以后，启动电路应停止工作，此时启动电路应不影响自偏置电流源的工作。

目前，常用的自偏置电流源的启动电路能够使自偏置电流源脱离零电流状态，到达正常工作点A。但是，采用上述启动电路使自偏置电流源脱离零电流状态的过程中，由于场效应管在导通以及关断的过程中，栅极电压变化较大，会造成其漏极电流产生较大的变化，而且，由于亚阈值导通效应的影响，场效应管很难完全关断，将直接导致启动电路在启动以及关断的过程中对自偏置电流源造成影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自偏置电流源，以减小现有自偏置电流源中由于启动电路在启动以及关断的过程中对自偏置电流源造成的影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自偏置电流源，包括：

电流源模块，用于产生输出电流；

电流镜模块，与所述电流镜模块相连，用于产生与所述输出电流相等的输入电流；

启动电路模块，与电流镜模块相连，并通过第二电阻与所述电流源模块连接，用于为所述电流源模块以及电流镜模块提供启动电流。

优选地，电流源模块包括：

基极和集电极均接地的第一三极管和第二三极管；

一端连接所述第二三极管发射极的第一电阻；

源极连接所述第一三极管发射极的第一场效应管，所述第一场效应管的栅极和漏极相连；

栅极连接所述第一场效应管的栅极，源极连接所述第一电阻的另一端的第二场效应管。

优选地，电流镜模块包括：

漏极连接所述第一场效应管的漏极，源极连接电源的第三场效应管；

漏极连接所述第二场效应管的漏极，栅极连接所述第三场效应管的栅极，源极连接电源的第四场效应管，所述第四场效应管的栅极和漏极连接。

优选地，启动电路模块包括：

源极连接电源，栅极连接所述第四场效应管的栅极的第五场效应管；

源极连接电源，栅极接地的第六场效应管；

漏极连接所述第六场效应管的漏极，源极接地的第七场效应管；

漏极连接所述第五场效应管的漏极，栅极连接所述第七场效应管的栅极，源极接地的第八场效应管，所述第八场效应管的栅极与漏极连接；

漏极连接所述第二场效应管的漏极，栅极连接所述第七场效应管的漏极的第九场效应管；

一端连接所述第九场效应管的源极，另一端接地的第二电阻；

其中，所述第二电阻用于当所述自偏置电流源启动后，通过限制所述第九场效应管的电压，关断所述第九场效应管。

优选地，所述第一场效应管与所述第二场效应管为同样的场效应管。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种自偏置电流源。该自偏置电流源由电流源模块、电流镜模块以及启动电路模块组成。在该自偏置电流源的启动电路模块中，增加了第二电阻。增加该第二电阻以后，自偏置电流源启动后，第二电阻能够使启动电路模块更可靠的关断，能减小启动电路模块对自偏置电流源的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为自偏置电流源稳定工作点示意图；

图2为本发明实施例一公开的一种自偏置电流源的结构示意图；

图3为本发明实施例二公开的另一种自偏置电流源的电路结构示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

由背景技术可知，常用的自偏置电流源的启动电路使自偏置电流源脱离零电流状态的过程中，由于场效应管在导通以及关断的过程中，栅极电压变化较大，会造成其漏极电流产生较大的变化，而且，由于亚阈值导通效应的影响，场效应管很难完全关断，将直接导致启动电路在启动以及关断的过程中对自偏置电流源造成影响。

本发明公开了一种自偏置电流源。该自偏置电流源由电流源模块、电流镜模块以及启动电路模块组成。在该自偏置电流源的启动电路模块中，增加了第二电阻。增加该第二电阻以后，自偏置电流源启动后，第二电阻能够使启动电路模块更可靠的关断，能减小启动电路对自偏置电流源的影响。

有关于上述自偏置电流源的电路结构及原理将通过以下实施例进行详细描述。

实施例一

请参阅附图2，为本发明实施例一公开的一种自偏置电流源的结构示意图。该自偏置电流源具体包括：

电流源模块10，用于产生输出电流；

电流镜模块11，与所述电流镜模块10相连，用于产生与所述输出电流相等的输入电流；

启动电路模块12，与电流镜模块10相连，并通过第二电阻与所述电流源模块11连接，用于为所述电流源模块10以及电流镜模块11提供启动电流。

本实施例中，自偏置电流源由电流源模块、电流镜模块以及启动电路模块组成。在该自偏置电流源的启动电路模块中，增加了第二电阻。增加该第二电阻以后，自偏置电流源启动后，第二电阻能够使启动电路模块更可靠的关断，能减小启动电路模块对自偏置电流源的影响。

实施例二

请参阅附图3，为本发明实施例二公开的另一种自偏置电流源的电路结构示意图。该自偏置电流源具体包括：

基极和集电极均接地的第一三极管Q₁和第二三极管Q₂；

一端连接所述第二三极管Q₂的发射极的第一电阻R；

源极连接所述第一三极管Q₁的发射极的第一场效应管M₁，所述第一场效应管M₁的栅极和漏极相连；

栅极连接所述第一场效应管M₁的栅极，源极连接所述第一电阻R的另一端的第二场效应管M₂；

漏极连接所述第一场效应管M₁的漏极，源极连接电源V_DD的第三场效应管M₃；

漏极连接所述第二场效应管M₂的漏极，栅极连接所述第三场效应管M₃的栅极，源极连接电源V_DD的第四场效应管M₄，所述第四场效应管M₄的栅极和漏极连接；

源极连接电源V_DD，栅极连接所述第四场效应管M₄的栅极的第五场效应管M₅；

源极连接电源V_DD，栅极接地的第六场效应管M₆；

漏极连接所述第六场效应管M₆的漏极，源极接地的第七场效应管M₇；

漏极连接所述第五场效应管M₅的漏极，栅极连接所述第七场效应管M₇的栅极，源极接地的第八场效应管M₈，所述第八场效应管M₈的栅极与漏极连接；

漏极连接所述第二场效应管M₂的漏极，栅极连接所述第七场效应管M₇的漏极的第九场效应管M₉；

一端连接所述第九场效应管M₉的源极，另一端接地的第二电阻R_S；

其中，所述第二电阻R_S用于当所述自偏置电流源启动后，通过限制所述第九场效应管M₉的电压，关断所述第九场效应管M₉。

基于上述连接关系，该自偏置电流源的工作原理具体如下：

第一场效应管M₁、第二场效应管M₂、第一三极管Q₁、第二三极管Q₂以及第一电阻R共同组成电流源模块，产生输出电流I_OUT。第三场效应管M₃以及第四场效应管M₄组成电流镜模块，电流镜增益为1，使I_IN=I_OUT。第一场效应管M₁和第二场效应管M₂是同样的场效应管，并且一般是大尺寸的晶体管，其栅源电压相等，可得到：

则， $I_{\mathrm{OUT}}=\frac{1}{R}(V_{\mathrm{EB}1}-V_{\mathrm{EB}2}).$

若Q₂与Q₁的发射区面积之比是n:1，可得到

$I_{\mathrm{OUT}}=\frac{1}{R}{V}_T\ln \left(n\right)$

其中，V_T为热电压。

这种自偏置电流源的温度系数较低，温度特性相对较好。

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以及第二电阻R_S构成自偏置电流源的启动电路模块，其中R_S位于第九场效应管M₉的源极和地之间。

当自偏置电流源处于零电流状态时，第六场效应管M₆导通，对第九场效应管M₉的栅极充电，使得第九场效应管M₉导通，从而拉低了第三场效应管M₃、第四场效应管M₄以及第五场效应管M₅的栅极电压，自偏置电流源中有电流流过，脱离了零电流状态。第八场效应管M₈把流经第五场效应管M₅和第八场效应管M₈的电流镜像到第七场效应管M₇，第六场效应管M₆和第七场效应管M₇同时导通时，通过选取合理的器件尺寸，可使第六场效应管M₆和第七场效应管M₇的漏极电压，亦即第九场效应管M₉的栅极电压很低，直至第九场效应管M₉关断。由于第二电阻R_S的存在，对于同样的栅极电压，第九场效应管M₉的栅源电压变小，这可使第九场效应管M₉更可靠的关断。

第二电阻R_S还会使第九场效应管M₉的源极电位高于其体端电位，造成衬底调制效应，使得第九场效应管M₉的阈值电压变大，进一步保证了第九场效应管M₉更可靠的关断，减小了启动电路对自偏置电流源的影响。

在自偏置电流源从零电流状态向正常工作状态过渡的过程中，第九场效应管M₉的栅极电压经历了较大的变化，第二电阻R_S起到了局部负反馈的作用，减小了第九场效应管M₉漏极电流的变化，从而减小了启动电路对自偏置电流源的影响。

需要说明的是，第二电阻R₂的电阻值没有特定的范围，可根据电路实际情况选择使用不同阻值的电阻。

本发明实施例公开的自偏置电流源，在该自偏置电流源的启动电路，在第九场效应管M₉的源极和地之间增加了第二电阻R_S。增加该第二电阻R_S以后，自偏置电流源启动后，第二电阻R_S能够使第九场效应管M₉的栅源电压变小，并且能使第九场效应M₉管的阈值电压变大，保证其更可靠的关断；而且，在第九场效应管M₉导通与关断的过程中，该第二电阻R_S能够起到局部反馈的作用，减小第九场效应管M₉漏极电流的变化。第九场效应管M₉的可靠关断以及漏极电流较小的变化，均能减小启动电路对自偏置电流源的影响。

综上所述：

本发明公开了一种自偏置电流源。在该自偏置电流源的启动电路，在第九场效应管的源极和地之间增加了第二电阻。增加该第二电阻以后，自偏置电流源启动后，第二电阻能够使第九场效应管的栅源电压变小，并且能使第九场效应管的阈值电压变大，保证其更可靠的关断；而且，在第九场效应管导通与关断的过程中，该第二电阻能够起到局部反馈的作用，减小第九场效应管漏极电流的变化。

本发明通过改进自偏置电流源的启动电路的方法，在自偏置电流源脱离状态后保证了启动电路更可靠的关断，并且在自偏置电流源工作状态转换的过程中，减小了启动电路工作电流的变化，从而减小了启动电路对自偏置电流源的影响。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种自偏置电流源，其特征在于，包括：

电流源模块，用于产生输出电流；

电流镜模块，与所述电流源模块相连，用于产生与所述输出电流相等的输入电流；

启动电路模块，与电流镜模块相连，并通过第二电阻与所述电流源模块连接，用于为所述电流源模块以及电流镜模块提供启动电流；

所述启动电路模块包括：

源极连接电源，栅极连接第四场效应管的栅极的第五场效应管；

源极连接电源，栅极接地的第六场效应管；

漏极连接所述第六场效应管的漏极，源极接地的第七场效应管；

漏极连接所述第五场效应管的漏极，栅极连接所述第七场效应管的栅极，源极接地的第八场效应管，所述第八场效应管的栅极与漏极连接；

漏极连接第二场效应管的漏极，栅极连接所述第七场效应管的漏极的第九场效应管；

一端连接所述第九场效应管的源极，另一端接地的第二电阻；

其中，所述第二电阻用于当所述自偏置电流源启动后，通过限制所述第九场效应管的电压，关断所述第九场效应管。

2.根据权利要求1所述的自偏置电流源，其特征在于，所述电流源模块包括：

基极和集电极均接地的第一三极管和第二三极管；

一端连接所述第二三极管发射极的第一电阻；

源极连接所述第一三极管发射极的第一场效应管，所述第一场效应管的栅极和漏极相连；

栅极连接所述第一场效应管的栅极，源极连接所述第一电阻的另一端的第二场效应管。

3.根据权利要求1所述的自偏置电流源，其特征在于，所述电流镜模块包括：

漏极连接第一场效应管的漏极，源极连接电源的第三场效应管；

漏极连接第二场效应管的漏极，栅极连接第三场效应管的栅极，源极连接电源的第四场效应管，所述第四场效应管的栅极和漏极连接。

4.根据权利要求2所述的自偏置电流源，其特征在于，所述第一场效应管与所述第二场效应管为同样的场效应管。