CN103472878B

CN103472878B - 一种基准电流源

Info

Publication number: CN103472878B
Application number: CN201310408172.8A
Authority: CN
Inventors: 方健; 李源; 赵前利; 谷洪波; 潘华; 贾姚瑶
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: CN103472878A

Abstract

本发明涉及集成电路技术，具体的说是涉及一种基准电流源。本发明所述的一种基准电流源，其特征在于，包括相连接的基准电流产生电路和启动偏置电路，所述基准电流产生电路包括第一至第三PMOS管、第一至第四三极管、第六三极管、第一至第二电阻，所述启动偏置电路包括第五三极管和第三至第四电阻。本发明的有益效果为，具有结构简单、启动电压低以及易于集成的优点，同时还具有较高的精度和较低的启动电压，并降低了生产成本。本发明尤其适用于基准电流源。

Description

一种基准电流源

技术领域

本发明涉及集成电路技术，具体的说是涉及一种基准电流源。

背景技术

在集成电路领域中，电流基准是一类非常重要的电路。随着集成电路规模的不断扩大，对芯片的性能要求也随之提高，这对电流基准源提供的电流精度要求越来越高。传统的电流基准的做法是产生一个精准带隙基准电压源Vref，再用带隙基准电压源Vref除以电阻得到所需要的电流值。带隙基准电压源Vref的产生的原理为：具有负温系数的Vbe和具有正温系数的ΔVbe按照一定的比例消除温度系数的一阶项。然而这种做法需要一个运放保证两节点电压相等，因而增加了电路复杂度，并加大了芯片的面积和增加了成本，同时这种基准源的启动电压高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对上述问题，提出一种基准电流源。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基准电流源，其特征在于，包括相连接的基准电流产生电路和启动偏置电路，所述基准电流产生电路包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第六三极管Q6、第一电阻R1、第二电阻R2，所述启动偏置电路包括第五三极管Q5和第三电阻R3、第四电阻R4；

第一PMOS管M1、第二PMOS管M2和第三PMOS管M3的源极、第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极以及第五三极管Q5的发射极均接电源VDD；

第一PMOS管M1、第二PMOS管M2和第三PMOS管M3的栅极互连，其连接点接第一PMOS管M1的漏极和第六三极管Q6的集电极的连接点；

第二PMOS管M2的漏极与第一电阻R1的一端、第六三极管Q6的发射极和第三三极管Q3的发射极连接；

第三PMOS管M3的漏极为基准电流源的输出端Iref；

第一三极管Q1的集电极与第三三极管Q3的集电极和基极、第四三极管Q4的基极连接；

第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的基极、第五三极管Q5的集电极和第三电阻R3的一端连接；

第二三极管Q2的集电极与第六三极管Q6的基极、第四三极管Q4的集电极连接；

第四三极管Q4的发射极与第二电阻R2的一端连接；

第五三极管Q5的基极连接第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的一端；

第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端和第四电阻R4的另一端均接地。

具体的，所述第三三极管Q3和第四三极管Q4的发射极面积之比为8:1。

本发明的有益效果为，具有结构简单、启动电压低以及易于集成的优点，同时还具有较高的精度和较低的启动电压，并降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的基准电流源电路结构示意图；

图2是本发明的基准电流源工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：

本发明所述的基准电流源，其特征在于，包括相连接的基准电流产生电路和启动偏置电路，所述基准电流产生电路包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第六三极管Q6、第一电阻R1、第二电阻R2，所述启动偏置电路包括第五三极管Q5和第三电阻R3、第四电阻R4；

第三PMOS管M3的漏极为基准电流源的输出端Iref；

第四三极管Q4的发射极与第二电阻R2的一端连接；

为了方便叙述，第一至第三PMOS管分别依次用M1、M2、M3代替，第一至第六三极管分别依次用Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6代替，第一至第四电阻分别依次用R1、R2、R3、R4代替，如图1所示，

本发明的基准电流源包括启动偏置电路和基准电流产生电路，电源电压VDD、接地端GND、基准电流输出端Iref；其中，

基准电流产生电路：M1、M2、M3的源极与电源电压VDD连接，M1、M2、M3三管的栅极连接在一起并且M1为二极管连接方式，M3的漏极为基准电流的输出I_ref，M2的漏极、R1、Q6的发射极、Q3的发射极连接，M1的漏极与Q6的集电极连接，Q1、Q2的发射极与电源电压VDD连接，Q1、Q2的基极连接且与启动偏置电压电路中的Q5的集电极连接，Q1的集电极与二极管连接方式的Q3集电极连接，Q3、Q4的基极连接在一起，Q4的集电极、Q6的基极、Q2的集电极连接，Q4的发射极与电阻R2连接，R1、R2的另外一端与地连接。

启动偏置电路：Q5的发射极与电源电压VDD连接，Q5的集电极、R3、基准电流产生电路中的Q1、Q2的基极连接，Q5的基极与R3、R4连接，R4的另外一端与地连接。

本发明的工作原理为：

如图2所示，当VDD有一个很低的电压时启动偏置电路工作Q5导通，在B点产生一个电压引起Q1、Q2、Q3、Q4导通，从而整个基准电流产生电路正常工作。R3，R4是为了限制电流的作用。当电路正常工作后，Q1、Q2的基极电压相等，故I_c1＝I_c2。由电路电气特性可得：I_c2＝I_c4+I_b6，I_c1＝I_c3+I_b，根据I_c1＝I_c2可得I_c4+I_b6＝I_c3+I_b，I_b为二倍的基极电流，由于I_c＝βI_b而β很大，故I_c3≈I_c4，Q6的作用就是减小了I_c3与I_c4的误差。

Q3与Q4的发射极面积之比为8：1关系，则有：

I_{1} = \frac{V_{a} - V_{be 3}}{R 1};

I_{2} = \frac{V_{a} - V_{be 4}}{R 2};

当R1与R2相等且为温度系数为正温系数时：

I_{1} - I_{2} = \frac{V_{be 4} - V_{be 3}}{R 1} = \frac{Δ V_{be}}{R 1};

由于I_c3≈I_c4,故：

I_{1} - I_{2} = I_{3} + I_{4} = \frac{Δ V_{be}}{R 1};

假设M3的W/L为M2、M3的W/L的两倍，M2、M3是镜像的M1，则：

I_{ref} = \frac{Δ V_{be}}{R 1},

并由：

I_{c} = I_{s} \exp (\frac{q V_{be}}{kT}),

可得：

V_{be} = \frac{kT}{q} \ln (\frac{I_{C}}{I_{S}});

其中I_S为BJT反向饱和电流，则有：

\begin{matrix} Δ V_{be} = V_{be 4} - V_{be 3} = \frac{kT}{q} \ln (\frac{I_{C 4}}{I_{S}}) - \frac{kT}{q} \ln (\frac{8 I_{C 4}}{I_{S}}) \\ = - \frac{kT}{q} \ln 8 \end{matrix} .

综上所述采用R1、R2具有合适的正温系数工艺，使基准电流源I_ref具有很好的精度，是一种结构简单、启动电压低的非常实用的基准电流源电路。

Claims

1.一种基准电流源，其特征在于，包括相连接的基准电流产生电路和启动偏置电路，所述基准电流产生电路包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第六三极管Q6、第一电阻R1、第二电阻R2，所述启动偏置电路包括第五三极管Q5和第三电阻R3、第四电阻R4；

第三PMOS管M3的漏极为基准电流源的输出端Iref；

第四三极管Q4的发射极与第二电阻R2的一端连接；

2.根据权利要求1所述的一种基准电流源，其特征在于，所述第三三极管Q3和第四三极管Q4的发射极面积之比为8:1。