专利名称：恒流电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种作为半导体集成电路形成的恒流电路，特别涉及对于温度变化能够获得稳定特性的恒流电路。
背景技术：
在现有技术中，正在研究考虑各种恒流电路以获得温度变化影响小的恒定电路。图2是表示现有技术恒流电路的结构的电路图。MOS(金属氧化物半导体)场效应晶体管(FET场效应晶体管)Q1～Q4构成电流镜电路，并且工作使得在包括Q1和Q4的第一路径和包含Q2和Q3的第二路径上流过相等的电流I。MOS FET Q5的栅极被连接到栅极-漏极短路的Q4的栅极，Q4和Q5对也构成电流镜电路，与第一和第二路径上产生的电流I相等的电流在Q5的漏极上作为恒流电路的输出而取出。
而且，在图2所示的电路中，作为抑制温度变化影响的构成，在Q1的源极和地之间，串联连接了电阻元件R1和PNP晶体管Q6，在Q2的源极和地之间，串联连接了PNP晶体管Q7。Q6的尺寸被设定为Q7的n倍，Q6和Q7被形成为基极和集电极短路的二极管连接的状态。根据在该状态的Q6、Q7各自的电流-电压特性、以及Q6和R1串联连接和Q7各自上所施加的电压相等，因此电流I变成由下式给出的值I＝VT·ln(n)/R1 ...(1)这里，VT是热电压，使用电子电荷q、波耳兹曼常数k和绝对温度T，其表示为VT＝kT/q...(2)分立电阻元件等一般的电阻元件具有正温度特征，正如从(2)式可以知道，VT也具有正温度系数。因此，在由(1)式所给出的电流I中，作为VT及R1各自的正温度特性相互抵消的结果，能够抑制电流I的温度变化。
在CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺中，例如，作为将P型半导体衬底(P-sub)设为集电极的寄生元件，能够形成PNP晶体管。因此，即使在通过使用CMOS工艺制造的半导体集成电路中，构成图2所示的恒流电路也是可能的。
但是，在CMOS工艺中，有时形成多晶硅电阻等具有负温度特性的电阻元件。当采用这种工艺时，存在这种问题在图2电路中，不能获得由VT和R1引起的温度特性相消的效果，相反，相乘作用使得电流I温度特性在正方向上变大。
发明内容
本发明是用于解决上述问题提出的，其目的是提供一种在半导体集成电路中使温度变化得到抑制的恒流电路。
本发明的恒流电路，包括电流镜电路，其在电阻元件被构成为负温度特性的半导体集成电路上形成，具有栅极被相互连接的第一晶体管和第二晶体管，在包含所述第一晶体管的第一路径和包含所述第二晶体管的第二路径上相互生成镜像电流；第一二极管结构和第一电阻元件的串联连接电路，其被设置在所述第一晶体管和规定的基准电源之间；以及第二二极管结构，其被设置在所述第二晶体管和所述基准电源之间，所述恒流电路生成与所述镜像电流相应的恒流，其特征在于，具有温度补偿电路，其与所述串联连接电路并联设置，用于产生具有负温度特性的电流，所述第一路径上流过的所述镜像电流由所述温度补偿电路和所述串联连接电路上各自流过的电流的和构成。
在本发明的其他恒流电路中，所述温度补偿电路具有与该电流路径串联配置的第二电阻元件，所述第二电阻元件被施加了与所述第二二极管结构的施加电压相对应的电压。
在本发明的另外的恒流电路中，所述温度补偿电路具有与所述第一晶体管并联设置的且构成所述第一路径之一部分的第三晶体管，所述第二电阻元件被连接在所述第三晶体管和所述基准电源之间。
本发明的优选形式是所述第一二极管结构和所述第二二极管结构由呈二极管连接的双极晶体管构成的恒流生成电路。
本发明的又一优选形式是由流过所述温度补偿电路的电流的所述负温度特性引起的变化量具有与流过所述串联连接电路的电流的正温度特性引起的变化量相对应的大小的恒流生成电路。
由于在第一路径的串联连接电路上流过的电流根据第一二极管结构和第一电阻元件的串联连接电路和第二二极管结构来决定，并且电阻元件具有负的温度特性，因此该电流如上所述具有正的温度特性。根据本发明，将产生具有负温度特性的电流的温度补偿电路与串联连接电路并联设置。由此，在第一路径上流过的电流变成在温度补偿电路和串联连接电路上各自流过的电流之和。就是说，由于由温度补偿电路引起的电流分量的温度变化将全部或者部分地抵消在串联连接电路上流过的电流分量的温度变化，因此抑制了在第一路径上流过的电流的温度变化。而且，由于该温度变化被抑制的与第一路径相应的电流被取出作为恒定电路输出，因此获得了温度变化影响被抑制的恒流电路。
图1是表示在使用CMOS工艺制造的半导体集成电路中根据实施方式的恒流电路的构成的概括电路图。
图2是表示现有技术恒流电路的构成的电路图。
附图标记说明Q1～Q5，Q8 MOSFET；Q6，Q7双极晶体管；R1，R2电阻元件。
具体实施例方式
下面，基于附图，说明本发明的实施方式(以下称为实施方式)。本实施方式是使用CMOS工艺制造的半导体集成电路中的恒流电路，例如，在P型半导体衬底(P-sub)上制造。图1是表示该恒流电路的构成的概括电路图。晶体管Q1、Q2和Q8由n沟道MOSFET构成，Q3～Q5由p沟道MOSFET构成。晶体管Q6、Q7是PNP型双极晶体管，被构成为将P-sub作为集电极的寄生元件。电阻元件R1和R2是多晶硅电阻，其通过进行扩散杂质量等条件，被构成为使得电阻值的温度系数变为负(即负的温度特性)。
对于Q3～Q5，源极被分别连接到规定的正电压源Vdd，而且，Q4的栅极和漏极被相互耦合。Q3、Q5的栅极被分别连接到该Q4的栅极，Q3～Q5构成电流镜电路。由此，与Q4源极-漏极电流I相同的电流在Q3、Q5上流动，特别地，Q5上流过的电流作为本恒流电路的输出被取出。
Q1、Q8的漏极被连接到Q4的漏极，Q2的漏极被连接到Q3的漏极。而且，Q2的栅极和漏极被相互耦合。Q1、Q8的栅极被分别连接到Q2的栅极，并被施加了相互共同的栅极电压。这里，由于Q4的源极-漏极电流I在Q1、Q8上分流，因此如果将Q1、Q8各自的源极-漏极电流表示为I1，I2，则I＝I1+I2。
在Q1的源极和地之间，串联连接了R1和Q6，在Q2的源极和地之间，串联连接了Q7。Q6的尺寸被设定为Q7的n倍，或者使Q6和Q7形成为基极和集电极短路的二极管连接状态。
对于以上的电路构成，在设置由构成温度补偿电路的Q8和R2所构成的路径这点上，与图2所示的电路不同。这里首先考虑不设置温度补偿电路的状态。在该状态中，除了Q4和Q3对之外，Q2和Q1对也构成电流镜电路，并且Q1和Q2的源极-漏极电流分别变为I。
与呈二极管连接的Q7、Q6每一个相关的电压-电流的关系式变为I＝IS·exp(qVBE2/kT) ...(3)I＝nIS·exp(qVBE1/kT)...(4)这里，VBE1、VBE2分别是Q6、Q7的基极-发射极间电压。IS是根据基极、发射极中电子、空穴各自的扩散系数、扩散距离、密度等来确定的参数。
由于Q1的源极电位和Q2的源极电位相等，因此下式成立。
VBE2＝VBE1+R1·I ...(5)根据(3)～(5)式，得到上述(1)式即I＝VT·ln(n)/R1 ...(1)另一方面，关于温度补偿电路，由于Q8的源极电位变成与Q2的源极电位相对应的值，因此下式成立。
I2＝VBE2/R2 ...(6)在本恒流电路中，由于电流I的一部分流过Q8，因此Q1上流过的电流I1变成比由(1)式所表示的值更小的值。因此，使用ξ＜1构成的参数，可表示为I＝ξVT·ln(n)/R1...(7)由于如上述的VT具有正的温度特性，并且在该恒流电路中电阻元件具有负的温度特性，因此由(7)式表示的I1具有正的温度特性。
另一方面，对I2施加影响的VBE2基本上是二极管的正向电压，已知该值在使用硅作为半导体时在常温下为大约0.7V，并且温度特性为-2.0～-2.5mV/℃。就是说，VBE2具有负的温度特性。I2的温度特性变为正负的任何一个依赖于VBE2的负温度特性和R2的负温度特性之间的大小关系。这里，作为二极管正向电压的温度特性，上述-2.0mV/℃程度的值是比较大的值。由于这个缘故，该温度特性也被利用在温度传感器上。为此，通常，多晶硅电阻具有的负温度特性的大小变为比二极管正向电压的负温度特性的大小要小，这种情况下，I2的温度特性根据(6)式变为负。
在该恒流电路中，电流I的一部分电流I2流到由Q8和R2构成的温度补偿电路。由此，对于I的温度特性，I1的正温度特性的影响通过I2的负温度特性而被抵消/缓和，由此在Q5能够获得温度变化影响小的恒流I。I1和I2之间温度特性的相消程度能够根据这些电流的比率等来调节。特别是，通过调节使得由I2的负温度特性引起的变化量和由I1的正温度特性引起的变化量之间的绝对值变为相等，适当地抑制了恒流输出的温度变化。
而且，在上述构成中，尽管用Q8和R2构成温度补偿电路以及从Q1的漏极侧使I2分支，但是，作为温度补偿电路的其他构成，也能够在Q1的源极上设置与R1和Q6的串联连接电路并联连接的电阻元件。
另外，也可以将呈二极管连接的双极晶体管Q6、Q7置换成二极管，构成简化电路。
权利要求
1.一种恒流电路，包括电流镜电路，其在电阻元件被构成为负温度特性的半导体集成电路上形成，具有栅极被相互连接的第一晶体管和第二晶体管，在包含所述第一晶体管的第一路径和包含所述第二晶体管的第二路径上相互生成镜像电流；第一二极管结构和第一电阻元件的串联连接电路，其被设置在所述第一晶体管和规定的基准电源之间；以及第二二极管结构，其被设置在所述第二晶体管和所述基准电源之间，所述恒流电路生成与所述镜像电流对应的恒流，其特征在于，该恒流电路具有温度补偿电路，其与所述串联连接电路并联设置，用于产生具有负温度特性的电流，所述第一路径上流过的所述镜像电流由所述温度补偿电路和所述串联连接电路上各自流过的电流的和构成。
2.如权利要求1所述的恒流电路，其特征在于，所述温度补偿电路具有与该电流路径串联配置的第二电阻元件，所述第二电阻元件被施加与所述第二二极管结构的施加电压对应的电压。
3.如权利要求2所述的恒流电路，其特征在于，所述温度补偿电路具有与所述第一晶体管并联设置的且构成所述第一路径之一部分的第三晶体管，所述第二电阻元件被连接在所述第三晶体管和所述基准电源之间。
4.如权利要求1到3任何一项所述的恒流电路，其特征在于，所述第一二极管结构和所述第二二极管结构由呈二极管连接的双极晶体管构成。
5.如权利要求1到4任何一项所述的恒流电路，其特征在于，由流过所述温度补偿电路的电流的所述负温度特性引起的变化量具有与流过所述串联连接电路的电流的正温度特性引起的变化量相对应的大小。
全文摘要
提供一种恒流电路。在CMOS工艺中，有时在多晶硅电阻等中形成具有与通常电阻元件相反的负温度特性的电阻元件，因此，恒流电路变成容易受到温度变化的影响。设置温度补偿电路，其与流过具有正温度特性的电流I1的晶体管(Q1)、电阻元件(R1)以及双极晶体管(Q6)并联，由流过具有负温度特性的电流I2的晶体管(Q8)、以及电阻元件(R2)构成。通过基于I1和I2的和电流I而获得恒流输出，能够得到温度变化影响小的输出。
文档编号G05F3/08GK1924751SQ20061012189
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月29日 优先权日2005年8月30日
发明者横尾聪 申请人:三洋电机株式会社