CN200997085Y

CN200997085Y - 低功耗电流源电路

Info

Publication number: CN200997085Y
Application number: CN 200620164760
Authority: CN
Inventors: 陈碧; 管慧; 钱翼飞
Original assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Current assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-12-30
Filing date: 2006-12-30
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2016-12-30

Abstract

本实用新型揭示了一种电流源电路，包括：电流源主体部分，启动电路，所述启动电路为一耗尽型MOS管，栅极接地，漏极连接高电位，源极连接电流源主体部分，提供启动电压。采用本实用新型的技术方案，该电流源电路既能够将正常工作后启动部分消耗的电流降低，又能够节省芯片面积的电流源电路。

Description

低功耗电流源电路

技术领域

本实用新型涉及电流源领域，更具体地说，涉及一种低功耗电流源电路。

背景技术

在电流源电路的设计中，希望当启动工作完成之后，启动电路不消耗无用电流。但是传统的电流源电路很难做到这一点。

图1到图3示出了传统技术中的三种电流源电路。

首先参考图1，图1是普通的电流源电路，包括电流源主体部分和启动电路部分。电流源主体部分由4个MOS管和一个电阻构成，MOS管M11为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，漏极与栅极相连；MOS管M12为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，并与MOS管M11的源极相连，栅极与MOS管M11的栅极相连；MOS管M13为增强型MOS管，漏极接MOS管M11的漏极，源极通过电阻R11接地gnd；MOS管M14为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管M12的漏极，源极接地gnd。启动电路由2个MOS管和一个电阻构成，MOS管M15是增强型MOS管，源极连接高电位Vdd，栅极连接MOS管M11和MOS管M12的栅极，漏极通过电阻R12接地gnd；MOS管M16为增强型MOS管，源极连接高电位Vdd，栅极通过电阻R12接地gnd，漏极连接MOS管M13和M14的栅极。当该电路应用在低功耗系统中的时候，该电路就暴露出了以下3个缺点

1)在电路正常工作之后，经M15和电阻R12到地会不可避免的消耗一部分不必要的电流；

2)为了在电路正常工作之后关闭M16，需要R12上的压降至少大于Vdd-|VthP|，当流过M15的电流很小的时候(比如0.1uA)，就需要R12的阻值比较大才能满足条件。这显然会浪费比较大的芯片面积，增加成本。

图2是另一个电流源的电路，相对图1而言，区别在于使用耗尽的NMOS管M17代替了R12，节省了面积，但是它无法消除电路正常工作之后流过M15的无用电流。如果想让流过M15和M17的静态电流很小的话，就需要将M17的L设计的很大，浪费面积。用M17相对而言面积可以比采用电阻R12节省一些，但是还是比较浪费。

图3是有一个电流源的电路，该电路中直接采用耗尽管M13替换了原来的电流源主体电路中的增强管M13，该耗尽管M23与增强管M14以及电流镜负载M11和M12四个管子就构成了一个不需要启动电路的电流源。如果假设M11和M12的镜像比例为1∶1，M23和M14的工艺参数相同，那么流经电阻R13的基准电流可以表示为：

I = \frac{V_{GS 4} - V_{GS 3}}{R} = \frac{V_{THE} - V_{THD}}{R}

由于VthE是正，VthD是负，这样一来，如果要采用这种结构应用在的功耗系统中，电阻R11的值就需要很大。如果VthE＝0.7V，VthD＝-0.4V，通过这个电路想得到0.1uA的偏置电流就需要R11＝11MEG，这个电阻将占很大面积，除非电阻的方块值很大。

于是，就需要一种既能够将正常工作后启动部分消耗的电流降低，又能够节省芯片面积的电流源电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种既能够将正常工作后启动部分消耗的电流降低，又能够节省芯片面积的电流源电路。

根据本实用新型，提供一种电流源电路，包括：电流源主体部分，启动电路，所述启动电路为一耗尽型MOS管，栅极接地，漏极连接高电位，源极连接电流源主体部分，提供启动电压。

根据一实施例，所述电流源主体部分包括4个MOS管和一个电阻，其中，第一MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，漏极与栅极相连；第二MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，并与第一MOS管的源极相连，栅极与第一MOS管的栅极相连；第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极通过所述电阻接地；第四MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管的漏极，源极接地；启动电路包括耗尽型MOS管，漏极连接高电位并与第一、第二MOS管的源极相连，源极连接到第三、第四MOS管的栅极，栅极接地。其中，所述耗尽型MOS管的阈值电压VthD小于增强型MOS管的阈值电压VthE。

根据一实施例，所述电流源主体部分包括4个MOS管和两个电阻，其中，第一MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，漏极与栅极相连；第二MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，并与第一MOS管的源极相连，栅极与第一MOS管的栅极相连；第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极通过串联的第一电阻和第二电阻接地；第四MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管的漏极，源极通过第二电阻接地；启动电路包括耗尽型MOS管，漏极连接高电位并与第一、第二MOS管的源极相连，源极连接到第三、第四MOS管的栅极，栅极接地。

根据一实施例，所述电流源主体部分包括4个MOS管、一个电阻和第五MOS管；其中，第一MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，漏极与栅极相连；第二MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，并与第一MOS管的源极相连，栅极与第一MOS管的栅极相连；第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极通过第一电阻和第五MOS管接地；第四MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管的漏极，源极通过第五MOS管接地；该第五MOS管的漏极与栅极相连，漏极连接所述电阻和第四MOS管的源极，源极接地；启动电路包括耗尽型MOS管，漏极连接高电位并与第一、第二MOS管的源极相连，源极连接到第三、第四MOS管的栅极，栅极接地。

根据一实施例，所述电流源主体部分包括4个MOS管和一个电阻；其中，第一MOS管为增强型MOS管，源极接高电位；第二MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，并与第一MOS管的源极相连，栅极与漏极相连，并与第一MOS管的栅极相连；第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极接地，栅极通过所述电阻接地；第四MOS管为增强型MOS管，漏极连接第二MOS管的漏极，源极连接第三MOS管的栅极，并通过所述电阻接地；启动电路包括耗尽型MOS管，漏极连接高电位并与第一、第二MOS管的源极相连，源极连接第四MOS管的栅极，栅极接地。

采用本实用新型的技术方案，该电流源电路既能够将正常工作后启动部分消耗的电流降低，又能够节省芯片面积的电流源电路。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的描述而更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，

图1是现有技术中的第一种电流源电路；

图2是现有技术中的第二种电流源电路；

图3是现有技术中的第三种电流源电路；

图4是根据本实用新型的第一实施例的电流源电路；

图5是根据本实用新型的第二实施例的电流源电路；

图6是根据本实用新型的第三实施例的电流源电路；

图7是根据本实用新型的第四实施例的电流源电路。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提供一种电流源电路，包括电流源主体部分，以及启动电路，其中启动电路为一耗尽型MOS管，栅极接地，漏极连接高电位，源极连接电流源主体部分，提供启动电压。

第一实施例

参考图4，图4示出了第一实施例的电流源电路，包括电流源主体部分和启动电路，其中

电流源主体部分包括4个MOS管和一个电阻，

MOS管M1为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，漏极与栅极相连；

MOS管M2为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，并与MOS管M1的源极相连，栅极与MOS管M1的栅极相连；

MOS管M3为增强型MOS管，漏极接MOS管M1的漏极，源极通过电阻R接地gnd；

MOS管M4为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接MOS管M2的漏极，源极接地gnd；

启动电路包括耗尽型MOS管M5，漏极连接高电位Vdd并与MOS管M1，M2的源极相连，源极连接到MOS管M3，M4的栅极，栅极接地gnd。

图4中耗尽型MOS管M5用来作为启动电路，当电源突然上电的时候，M5导通，给M3和M4的栅极充电，使得M3和M4导通，完成启动功能。当启动工作完成之后，由于M5的源极电位抬高，使得M5关断。

这种电路的好处有两个：

1)节省面积。图4中的M5的尺寸并不像图2中的M17一样需要设计成倒比管，只要是正常的尺寸就可以在电路正常工作之后保证流过M5的电流非常小了。无论是比起采用图1的R12还是图2中M15，面积都能大大减少。相对图3而言，在图4中为了得到小的偏置电流，仍然采用增强的M3和M4构成，根据亚阈值区MOS管的电流表达式可以得到流过电阻R的电流可以表示为：

I = \frac{V_{T} \ln M}{R}

其中M为M3和和M4的宽长比之比。为了得到0.1uA的偏置，当取M＝4的时候，电阻R只需要为370K即可，比起图3中的11MEG的R13而言，面积缩小为原来的3.4％，极大的节省了电流源的面积。

2)降低了无用功耗。在图1中，即使R12的值很大，在图2中即使M17的L非常大，也无法避免有无用电流流过，而在图4中，M5的L不需要很大，当电路正常工作后M5会自动关断，几乎没有无用电流流过，降低了功耗，提高了电源工作效率。

本实用新型只采用一个耗尽管M5来完成电流源的启动，在电路正常工作之后M5自动关断，不消耗额外的电流。并且M5并不需要多大尺寸就可以保证流过其的无用电流非常小，无论比起图1，图2还是图3的结构，所需要的面积都大大降低，更好的降低了设计成本。

需要注意的是，在使用如图4所示的第一实施例的电流源电路时，耗尽型MOS管的阈值电压VthD需要小于增强型MOS管的阈值电压VthE。

第二实施例

参考图5，图5示出了第二实施例的电流源电路，包括电流源主体部分和启动电路，其中

该电流源主体部分包括4个MOS管和两个电阻，

MOS管M1为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，漏极与栅极相连；

MOS管M3为增强型MOS管，漏极接MOS管M1的漏极，源极通过串联的电阻R和电阻R2接地gnd；

MOS管M4为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接MOS管M2的漏极，源极通过第二电阻接地gnd；

与图4所示的第一实施例的电流源电路相比，在图5所示的第二实施例的电流源电路中增加了一个电阻R2，用来抬高A点电位，根据工艺的不同来决定电阻R2的值，保证各种情况下在电路正常工作以后M5完全截止。

第三实施例

参考图6，图6示出了第三实施例的电流源电路，包括电流源主体部分和启动电路，其中

电流源主体部分包括4个MOS管、一个电阻和第五MOS管；

MOS管M1为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，漏极与栅极相连；

MOS管M3为增强型MOS管，漏极接MOS管M1的漏极，源极通过电阻R和第五MOS管M8接地gnd；

MOS管M4为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接MOS管M2的漏极，源极通过第五MOS管M8接地gnd；

该第五MOS管M8是增强型MOS管，漏极与栅极相连，漏极连接电阻R和MOS管M4的源极，源极接地gnd；

图6所示的第三实施例的电流源电路的设计思路和图5所示的第二实施例的电流源电路是类似的。A点电位直接增加了一个增强型MOS管M8的VthE，这可以保证各种情况下M5的完全截止。

第四实施例

参考图7，图7示出了第四实施例的电流源电路，包括电流源主体部分和启动电路，其中

电流源主体部分包括4个MOS管和一个电阻；

MOS管M1为增强型MOS管，源极接高电位Vdd；

MOS管M2为增强型MOS管，源极接高电位Vdd，并与MOS管M1的源极相连，栅极与漏极相连，并与MOS管M1的栅极相连；

MOS管M3为增强型MOS管，漏极接MOS管M1的漏极，源极接地，栅极通过电阻R14接地gnd；

MOS管M4为增强型MOS管，漏极连接MOS管M2的漏极，源极连接MOS管M3的栅极，并通过电阻R14接地gnd；

启动电路包括耗尽型MOS管M5，漏极连接高电位Vdd并与MOS管M1，M2的源极相连，源极连接MOS管M4的栅极，栅极接地gnd。

图7所示的第四实施例是在图4所示的第一实施例的基础上，不增加任何器件，改变了一下电路结构，实现了A点电位的抬高，从而保证电路正常工作以后M5的完全截止。

尽管上述实施例说明了使用MOS晶体管的情况，也能够使用双极晶体管或结型场效应晶体管(JFET)取代MOS晶体管形成类似电路。还可以既使用MOS晶体管又使用双极晶体管。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims

1.一种电流源电路，其特征在于，包括：

电流源主体部分，

启动电路，所述启动电路为一耗尽型MOS管，栅极接地，漏极连接高电位，源极连接电流源主体部分，提供启动电压。

2.如权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，

所述电流源主体部分包括4个MOS管和一个电阻，

其中，第一MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，漏极与栅极相连；

第二MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，并与第一MOS管的源极相连，栅极与第一MOS管的栅极相连；

第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极通过所述电阻接地；

第四MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管的漏极，源极接地；

启动电路包括耗尽型MOS管，漏极连接高电位并与第一、第二MOS管的源极相连，源极连接到第三、第四MOS管的栅极，栅极接地。

3.如权利要求2所述的电流源电路，其特征在于，

所述耗尽型MOS管的阈值电压VthD小于增强型MOS管的阈值电压VthE。

4.如权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，

所述电流源主体部分包括4个MOS管和两个电阻，

第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极通过串联的第一电阻和第二电阻接地；

第四MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管的漏极，源极通过第二电阻接地；

5.如权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，

所述电流源主体部分包括4个MOS管、一个电阻和第五MOS管；

第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极通过第一电阻和第五MOS管接地；

第四MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，并连接第二MOS管的漏极，源极通过第五MOS管接地；

第五MOS管为增强型MOS管，漏极与栅极相连，漏极连接所述电阻和第四MOS管的源极，源极接地；

6.如权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，

所述电流源主体部分包括4个MOS管和一个电阻；

其中，第一MOS管为增强型MOS管，源极接高电位；

第二MOS管为增强型MOS管，源极接高电位，并与第一MOS管的源极相连，栅极与漏极相连，并与第一MOS管的栅极相连；

第三MOS管为增强型MOS管，漏极接第一MOS管的漏极，源极接地，栅极通过所述电阻接地；

第四MOS管为增强型MOS管，漏极连接第二MOS管的漏极，源极连接第三MOS管的栅极，并通过所述电阻接地；

启动电路包括耗尽型MOS管，漏极连接高电位并与第一、第二MOS管的源极相连，源极连接第四MOS管的栅极，栅极接地。