专利名称：纯mos结构高精度电流基准源及其产生方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度电流基准源及其产生方法，具体涉及一种主要元件为MOS 管的高精度电流基准源及其产生方法。
背景技术：
电流基准源被广泛地应用于各种芯片中，为后续电路提供随电源电压和温度变化比较小的一个基准电流。传统技术的原理是利用二极管建立正温度电流和负温度电流，正温度电流与负温度电流同时流过一条通路从而产生一个不随温度变化的电流，将零温度电流镜像出去作为其他电路的输入参考电流(即需要的高精度电流基准源)。具体来说，目前通常用的基准电流源电路是使用二极管的结电压VBE/R产生一个负温度系数电流，加上ΔνΒΕ/R产生的正温度系数电流，形成一个零温度系数电流。这种结构比较复杂，电路面积也比较大。
发明内容
本发明旨在提供一种纯MOS结构高精度电流基准源及其产生方法，以解决现有技术中电路复杂，占用面积较大，实现起来困难的问题。本发明的技术原理是利用耗尽型的MOS管的阈值电压为负的特性，外加合适阻值的电阻，来产生负温度系数电流，该负温度系数电流与可调节的正温度系数电流来相加， 产生零温度系数电流。本发明的技术方案如下一种高精度电流基准源产生方法，包括以下步骤(1)正温度系数电流与负温度系数电流汇合；(2)对汇合形成的电流经过镜像输出，该镜像输出分为两个支路，其中一个支路即作为高精度电流基准源的输出，同时另一个支路的电流作为自偏置电压产生电路的输入参考电流；(3)所述自偏置电压产生电路输出偏置电压，该偏置电压通过压控恒流源反馈控制正温度系数电流，使得正温度系数电流与负温度系数电流汇合形成零温度系数电流。上述步骤⑴中正温度系数电流与负温度系数电流均是利用耗尽型MOS管阈值电压为负的特性形成。上述负温度系数电流是采用耗尽型MOS管栅极直接接地，源极经电阻接地的方式形成，其漏极电流的镜像电流与正温度系数电流汇合；所述正温度系数电流是采用耗尽型 MOS管栅源短接的方式形成。上述步骤(3)中压控恒流源为P型MOS管，该P型MOS管与形成正温度系数电流的耗尽型MOS管串联；所述偏置电压通过调节该P型MOS管的栅极电压从而控制该P型MOS 管的漏极电流即实现反馈控制正温度系数电流。本发明还根据上述方法提供了一种纯MOS结构高精度电流基准源，包括正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路、零温度系数电流镜像电路和为这三个电路提供电源的直流电压源，零温度系数电流镜像电路的镜像电流引入端即所述正温度系数电流产生电路和负温度系数电流产生电路输出的正、负温度系数电流的汇合节点，零温度系数电流镜像电路的镜像电流输出即高精度电流基准源的输出；所述正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路的温度系数电流产生元件分别为第一耗尽型MOS管、第二耗尽型MOS管；所述正温度系数电流产生电路还包括自偏置电压产生电路以及由其控制的压控恒流源，所述压控恒流源的输出作为第一耗尽型MOS管的给定输入，所述自偏置电压产生电路的输入参考电流取自零温度系数电流镜像电路。上述第一耗尽型MOS管采用栅源短接的结构，所述第二耗尽型MOS管栅极直接接地，源极经电阻接地；所述负温度系数电流产生电路采用P型MOS管共源共栅结构做电流镜像得到的第二耗尽型MOS管的漏极镜像电流与所述第一耗尽型MOS管的源极电流汇合。上述压控恒流源是一个P型MOS管，该P型MOS管的源极接所述直流电压源，其栅极接所述自偏置电压产生电路的偏置电压输出端，其漏极接所述第一耗尽型MOS管的漏极。自偏置电压产生电路及其反馈接入形式也可采用其他的公知技术方案。上述零温度系数电流镜像电路包括并联的多个镜像电流支路，其中一个镜像电流支路上设置有用以调节自偏置电压的分压电阻，该分压电阻的负端作为偏置电压输出端与作为压控恒流源的P型MOS管的栅极连接。本发明具有以下优点1.主要元件采用MOS管，整个电路较之于传统方案使用的元器件明显减少。2、很简便的方法得到一个零温度系数的基准电流，并保持其高精度和高稳定性。
图1为现有技术和本发明涉及到的系统相关模型/元件标识图；图2为实现零温度输出电流的基本原理示意图；图3为传统电流基准源电路结构示意图；图4为本发明的高精度电流基准源电路结构示意框图。图5为本发明纯MOS结构高精度电流基准源电路简图。
具体实施例方式如图4所示，正温度电流与负温度电流同时流过一条通路从而产生一个电流，将此电流镜像出去作为自偏置电压产生电路的输入参考电流，从而产生偏置电压；此偏置电压通过压控恒流源调节输入正温度系数电流产生元件(第一耗尽型MOS管)的电流与其输入电压，从而调节正温度系数电流的斜率。经过调节的正温度系数电流与负温度系数电流流过一条通路，最终产生零温度系数电流。本发明具体的纯MOS结构高精度电流基准源电路如图5所示，I1为正温度系数电流，I5为负温度系数电流，I6为I5的镜像电流，I即为I1与I6汇合后得到零温度系数电流， I3和I4为I的镜像电流，对I3再次镜像得到12，I1-I6电流支路的电源均为低压直流电源 VDD。第二耗尽型MOS管M17的栅极直接接地，源极经电阻R3接地，保证M17导通，R3也可以是可调电阻，使之取得适宜的斜率；第一耗尽型MOS管M15栅源短接，M18、M19、M20、 M21构成P管共源共栅结构。M1、M2等采用N管共源共栅使零温度系数电流I镜像至13、14 ；M7为二极管连接P 管结构形式，其源极通过R2连接VDD，通过R2调节M16的栅极电压(自偏置电压)；M3、M4、 M5、M6采用P管共源共栅结构，使I3再次镜像得到I2 ；M8为二极管连接N管结构形式，其源极通过Rl接地，通过Rl也可调节Ml的栅极电压(可作为控制I的另一自偏置电压)。在图5中，本发明纯MOS结构高精度电流基准源在应用时，其输出电流具有两种模式一种为IBIAS_P，提供正向电流(需要负载自行接地)；另一种为IBIAS_N，提供负向电流(需要负载正端自行接电源正极)。
权利要求
1.一种高精度电流基准源产生方法，包括以下步骤(1)正温度系数电流与负温度系数电流汇合；(2)对汇合形成的电流经过镜像输出，该镜像输出分为两个支路，其中一个支路即作为高精度电流基准源的输出，同时另一个支路的电流作为自偏置电压产生电路的输入参考电流；(3)所述自偏置电压产生电路输出偏置电压，该偏置电压通过压控恒流源反馈控制正温度系数电流，使得正温度系数电流与负温度系数电流汇合形成零温度系数电流。
2.根据权利要求1所述的高精度电流基准源产生方法，其特征在于步骤(1)所述正温度系数电流与负温度系数电流均是利用耗尽型MOS管阈值电压为负的特性形成。
3.根据权利要求2所述的高精度电流基准源产生方法，其特征在于所述负温度系数电流是采用耗尽型MOS管栅极直接接地，源极经电阻接地的方式形成，其漏极电流的镜像电流与正温度系数电流汇合；所述正温度系数电流是采用耗尽型MOS管栅源短接的方式形成。
4.根据权利要求2所述的高精度电流基准源产生方法，其特征在于步骤C3)所述压控恒流源为P型MOS管，该P型MOS管与形成正温度系数电流的耗尽型MOS管串联；所述偏置电压通过调节该P型MOS管的栅极电压从而控制该P型MOS管的漏极电流即实现反馈控制正温度系数电流。
5.纯MOS结构高精度电流基准源，包括正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路、零温度系数电流镜像电路和为这三个电路提供电源的直流电压源，零温度系数电流镜像电路的镜像电流引入端即所述正温度系数电流产生电路和负温度系数电流产生电路输出的正、负温度系数电流的汇合节点，零温度系数电流镜像电路的镜像电流输出即高精度电流基准源的输出；其特征在于所述正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路的温度系数电流产生元件分别为第一耗尽型MOS管、第二耗尽型MOS管；所述正温度系数电流产生电路还包括自偏置电压产生电路以及由其控制的压控恒流源，所述压控恒流源的输出作为第一耗尽型MOS管的给定输入，所述自偏置电压产生电路的输入参考电流取自零温度系数电流镜像电路。
6.根据权利要求5所述的高精度电流基准源，其特征在于所述第一耗尽型MOS管采用栅源短接的结构，所述第二耗尽型MOS管栅极直接接地，源极经电阻接地；所述负温度系数电流产生电路采用P型MOS管共源共栅结构做电流镜像得到的第二耗尽型MOS管的漏极镜像电流与所述第一耗尽型MOS管的源极电流汇合。
7.根据权利要求6所述的高精度电流基准源，其特征在于所述压控恒流源是一个P 型MOS管，该P型MOS管的源极接所述直流电压源，其栅极接所述自偏置电压产生电路的偏置电压输出端，其漏极接所述第一耗尽型MOS管的漏极。
8.根据权利要求7所述的高精度电流基准源，其特征在于所述零温度系数电流镜像电路包括并联的多个镜像电流支路，其中一个镜像电流支路上设置有用以调节自偏置电压的分压电阻，该分压电阻的负端作为偏置电压输出端与作为压控恒流源的P型MOS管的栅极连接。
全文摘要
本发明旨在提供一种纯MOS结构高精度电流基准源及其产生方法，以解决现有技术中电路复杂，占用面积较大，实现起来困难的问题。本发明中的纯MOS结构高精度电流基准源电路利用耗尽型的MOS管的阈值电压为负的特性，外加合适阻值的电阻，来产生负温度系数电流，该负温度系数电流与可调节的正温度系数电流来相加，产生零温度系数电流。本发明主要元件采用MOS管，整个电路较之于传统方案使用的元器件明显减少；应用很简便的方法即得到一个零温度系数的基准电流。
文档编号G05F3/24GK102279616SQ20111007665
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者张启东, 贾雪绒 申请人:山东华芯半导体有限公司