專利名稱：一種低供電電壓電流?；鶞孰妷涸吹闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設計領(lǐng)域，用于集成電路中基準電壓的產(chǎn)生。具體涉及一種利用兩個在一定工作溫度范圍內(nèi)具有相同變化的電流相減來進行溫度補償?shù)募夹g(shù)。
背景技術(shù)：
電流/電壓基準是各種電路行為的基礎，基準電路的穩(wěn)定性直接影響了整體電路的性能。隨著集成電路復雜度的提高及低壓低功耗設計的展開，基準電路通常需要在低供電電壓下也能正常工作，并且還需要能夠根據(jù)電路需求提供非標準輸出基準電壓。帶隙電壓基準是目前在集成電路中應用最廣泛、發(fā)展最為成熟的基準電壓源結(jié)構(gòu)，在典型帶隙電壓基準中已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較小的溫度系數(shù)和較高的穩(wěn)定性。但就目前的帶隙電壓基準而言，以下兩個顯著的缺陷限制了其應用范圍 I.典型帶隙電壓基準的輸出電壓約為I. 2V，這就限制了它的供電電壓通常大于
I.2V，而隨著集成電路工藝的進步以及便攜式消費電子產(chǎn)品的發(fā)展，集成電路的供電電壓越來越低，典型帶隙電壓基準不再適用；2.典型帶隙電壓基準的輸出電壓為固定值，而隨著集成電路復雜度的提高，電路中經(jīng)常需要用到不同于典型帶隙輸出電壓的參考電壓，因此缺乏足夠的靈活性。對于非帶隙原理基準電壓源，目前在集成電路中應用最廣泛的是亞閾MOS基準電壓源，這種基準電壓源利用亞閾區(qū)MOS管的柵源電壓代替了晶體三極管的發(fā)射結(jié)電壓。目前，這種類型的電壓模形式基準電壓源已經(jīng)有工作于O. 6V供電電壓的先例，但其輸出電壓仍然不可調(diào)節(jié)；而對于目前已有的電流模形式基準電壓源，雖然輸出電壓可調(diào)，但其同時包含了 PTAT(Proportional to Absolute Temperature)電流產(chǎn)生電路與CTAT(Complementary to Absolute Temperature)電流產(chǎn)生電路，電路結(jié)構(gòu)十分復雜，電路中的各種非理想效應對它的影響也比對電壓?；鶞孰妷涸吹挠绊懜鼮閲乐?。

發(fā)明內(nèi)容
基準電壓源是幾乎所有大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中不可或缺的基本電路模塊，如前文所述，在供電電壓較低或是電路中需要非標準參考電壓時，目前的基準電壓源尚不完善。本發(fā)明公開了一種電流模基準電壓源，其可在低至0. 5V電源電壓的情況下下工作，且通過調(diào)節(jié)電路中的器件參數(shù)可以調(diào)節(jié)基準電壓源的輸出電壓。具體的技術(shù)思想可以表述為I.采用電流補償代替電壓補償，使得輸出電壓可通過改變其中的器件參數(shù)進行調(diào)節(jié);2.根據(jù)PTAT/CTAT電流自適應的生成與原電流近似成線性變化的補償電流，在工作溫度范圍內(nèi)電流變化量相同但大小不同，通過將原PTAT/CTAT電流與補償電流相減來得到零溫度系數(shù)的電流。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于
I.最低供電電壓可低至O. 5V;2.輸出電壓可調(diào)節(jié)，輸出基準電壓數(shù)值取決于電路器件的具體參數(shù)；3.對PTAT/CTAT電流產(chǎn)生電路沒有嚴格要求；4.在亞閾技術(shù)的支持下，可以實現(xiàn)超低功耗。


圖I本發(fā)明公開的電流?；鶞孰妷涸措娐方Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2與PTAT電流變化相同但電平大小不同的電流生成；
圖3與溫度無關(guān)的基準電流生成；圖4本發(fā)明公開的電流模基準電壓源的一種具體應用；圖5圖4中電路在O. 5V供電電壓下的輸出結(jié)果。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明公開的電流?；鶞孰妷涸吹慕Y(jié)構(gòu)和工作過程。詳細的說明分兩個方面展開，首先對本發(fā)明公開的電流模基準電壓源部分的工作原理進行了介紹，然后給出一個簡單應用示例及其實驗結(jié)果。本發(fā)明公開的電流?；鶞孰妷涸慈鐖DI所示，全電路由補償電流生成電路及基準電壓生成電路兩個部分組成，其中補償電流產(chǎn)生電路需由外電路提供PTAT或CTAT電流。補償電流生成電路由三個PMOS管Ml、M2、M4及電阻Rl組成，其中Ml的柵極、M2的柵極與基準電壓生成電路中PMOS管M3的柵極相連并連接至Ml的漏極，同時該電路節(jié)點還作為輸出節(jié)點連接至外部的PTAT/CTAT電流源，Ml的源極及M2的源極均接電源，M2的漏極與電阻Rl的一端、M4的背柵相連，Rl的另一端接地，M4的漏極和柵極均接地?；鶞孰妷荷呻娐酚蒔MOS管M3、電阻R2及電容Cl組成，M3的源極接電源，M3的漏極與電阻R2的一端、電容Cl的一端、M4的源極相連并作為基準電壓輸出端，R2的另一端接地，Cl的另一端接地。在圖I所示電路中，當PTAT/CTAT電流輸入端為PTAT電流時，M1、M2、M3形成電流鏡，故M3中電流可用圖2中的Iptat來近似表示，Iptat隨溫度增加近似成線性變化。如果M2、M4取適當尺寸且Rl阻值合適，那么M4中的電流在其襯底輸入電壓及其自身的溫度特性作用下可用圖2中的Iotp來近似表示，其中Iptat與I·在所需工作溫度范圍內(nèi)電流變化量相同但大小不同(Δ Iptat = /Icomp, Iptat Φ Icoip)。因此，如圖3所示,將Iptat與I·相減，即可得到與溫度基本無關(guān)的電流IKEF。因此，電阻R2上通過的電流近似為零溫度系數(shù)，電阻R2上可生成與溫度無關(guān)的基準電壓。當PTAT/CTAT電流輸入端為CTAT電流時，可以得到類似的結(jié)論。圖4為圖I所示電路的一個不含高階補償?shù)木唧w應用實例，圖中未表示出啟動電路，圖4在圖I的基礎上增加了具體的PTAT電流產(chǎn)生電路，圖4所示電路中M5、M6工作在亞閾區(qū)。圖5為圖4所示電路在O. 5V供電電壓下的實際輸出結(jié)果，從圖5可以看出，在未引入高階補償?shù)那闆r下，圖4所示電流?；鶞孰妷涸丛跍囟仍?55°C至125°C變化時，輸出電壓變化約5mV。電路總功耗約O. 65 μ W，M0、M1、M2所在支路電流均約為100nA，M3所在支路電流約為I μ A。
權(quán)利要求
1. 一種電流?；鶞孰妷涸措娐方Y(jié)構(gòu)，包括 利用與溫度成正比的PTAT電流或與溫度成反比的CTAT電流生成一個在一定溫度范圍內(nèi)與前述PTAT/CTAT電流近似成線性變化的補償電流，該補償電流變化量與前述PTAT/CTAT電流相同，但大小不同，然后將前述的PTAT/CTAT電流與前述補償電流相減得到與溫度無關(guān)的零溫度系數(shù)電流，再將此零溫度系數(shù)電流施加至電阻得到與溫度無關(guān)的基準電壓；具體的電路形式包括補償電流生成電路和基準電壓生成電路；其中，補償電流生成電路由三個PMOS管Ml、M2、M4及電阻Rl組成，其中Ml的柵極、M2的柵極與基準電壓生成電路中PMOS管M3的柵極相連并連接至Ml的漏極，同時該電路節(jié)點還作為輸出節(jié)點連接至外部的PTAT/CTAT電流源，Ml的源極及M2的源極均接電源，M2的漏極與電阻Rl的一端、M4的背柵相連，Rl的另一端接地，M4的漏極和柵極均接地；基準電壓生成電路由PMOS管M3、電阻R2及電容Cl組成，M3的源極接電源，M3的漏極與電阻R2的一端、電容Cl的一端、M4的源極相連并作為基準電壓輸出端，R2的另一端接地，Cl的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于向下電流補償?shù)碾娏髂；鶞孰妷涸?，可工作于極低的電源電壓下，且通過調(diào)節(jié)其中的器件參數(shù)可以改變基準電壓源的輸出電壓。本發(fā)明公開的電流?；鶞孰妷涸从裳a償電流生成電路和基準電壓生成電路組成。
文檔編號G05F3/30GK102866723SQ20111018880
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者馬卓, 楊方杰, 李少青, 郭陽, 陳吉華, 趙振宇, 張民選, 竇強, 孫巖, 樂大珩, 何小威 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學