負溫度補償電流產生電路及溫度補償電流基準源的製作方法

2023-10-08 09:26:24

專利名稱：負溫度補償電流產生電路及溫度補償電流基準源的製作方法
技術領域：
負溫度補償電流產生電路及溫度補償電流基準源，屬於電源技術領域，具體涉及一種溫度補償電流產生電路及溫度補償電流基準源。
背景技術：
在模擬、數模混合、甚至純數字電路中都需要參考電流源，參考電流源的穩定性直接決定了電路性能的優劣。描述參考電流源穩定性的指標主要有電源抑制比、溫度係數等。為了滿足電路在惡劣的外界溫度環境下正常工作的要求，參考電流源必須具有非常小的溫度係數，即非常高的溫度穩定性。
電流基準源的功能是向電路中其他功能模塊提供基準電流，是模擬集成電路中非常重要的功能模塊，常為振蕩器、濾波器、數模轉換和精確的時間延遲模塊提供基準電流。對電流來說，在長金屬線上傳輸時沒有損失，而電壓則有損失，所以，在有長互連金屬線的模擬電路中，更傾向使用電流基準源。另外，如果電路採用電流模式，會比採用電壓模式能在更高的頻率下工作，以提高電路的速度，但是，電流模式電路在大溫度範圍內工作時的準確性和穩定性直接決定於電流源的溫度穩定性。
公開號CN1340750A的專利文獻(申請號00123710.1，發明名稱低溫度係數參考電流源產生電路)公開了一種低溫度係數參考電流源產生電路，主要包括一用於產生能帶間隙參考電壓源的電路，其提供一低溫度係數的能帶間隙參考電壓及一正溫度係數的電流；一電壓追隨器，是產生追隨該低溫度係數能帶間隙參考電壓的電壓，以驅動一具有正溫度係數的電阻，而產生一負溫度係數的電流；以及一電流鏡電路，以將該正溫度係數的電流及負溫度係數的電流作比例組合，而獲得一低溫度係數的參考電流。該技術方案實質上採用了PTAT(與溫度成正比)的電流與IPTAT(與溫度成反比)的電流按比例相疊加的方式，來實現一階溫度補償，輸出基準電流，其原理示意圖如圖3所示。該技術方案經計算機仿真，在-25℃～+75℃的範圍內，輸出的基準電流變化為1.4％即140ppm，顯示其溫度特性並不是很好。

發明內容
本發明提供一種負溫度補償電流產生電路，通過電路結構可以實現使其輸出電流的三階溫度係數為零，其一階和二階溫度係數小於零；同時本發明提供基於該負溫度補償電流產生電路的溫度補償的基準電流源，該基準電流源具有非常低的溫度係數。
本發明所述電流基準源的溫度補償原理如圖1所示，先分別產生一支一階正溫度補償電流、一支二階正溫度補償電流和一支三階負溫度補償電流(其三階溫度係數為零，一階和二階溫度係數小於零)。其中，一階正溫度補償電流的溫度特性曲線為一條直線a，二階正溫度補償電流的溫度特性曲線為開口向上的二次曲線b，三階負溫度補償電流的溫度特性曲線為開口向下的二次曲線c(因為，通過電路結構實現其三階溫度係數為零，所以溫度特性表現為二次曲線)。然後，將這三支溫度補償電流按一定比例疊加，得到輸出溫度特性曲線為d所示的高階溫度補償電流源。
本發明詳細技術方案如下一種負溫度補償電流產生電路，如圖4所示，由一個NMOS管M20、一個電阻R4和一個PNP三極體Q3組成，其特徵在於，所述NMOS管M20的柵極通過電阻R4連接到PNP三極體Q3的發射極，其源極與PNP三極體Q3的基極和集電極共同接地；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數)從NMOS管M20的柵極和電阻R4的連接點輸入，輸出電流IVBE(Tm)從NMOS管M20的漏極輸出；所述電阻R4和所述PNP三極體Q3滿足關係式Vg0-VBE(T0)T0-k(-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極體Q3的BE結帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極體Q3的BE結電壓，R4為電阻R4的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數。
一種負溫度補償電流產生電路，如圖5所示，由一個PMOS管M21、一個電阻R4和一個PNP三極體Q3組成，其特徵在於，PNP三極體Q3的基極與集電極短接並與PMOS管M21的柵極相連，其發射極通過電阻R4與PMOS管M21的源極相連並接外接電源；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數)從PNP三極體Q3的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管M21的漏極輸出，所述電阻R4和所述PNP三極體Q3滿足關係式Vg0-VBE(T0)T0-k(-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極體Q3的BE結帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極體Q3的BE結電壓，R4為電阻R4的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數。
一種高階溫度補償電流基準源，如圖2所示，其特徵在於，包括啟動電路、一階正溫度補償電流產生電路、二階正溫度補償電流產生電路、三階負溫度補償電流產生電路、比例求和電路和輸出電路；所述啟動電路為一階正溫度補償電流產生電路、二階正溫度補償電流產生電路、三階負溫度補償電流產生電路和比例求和電路提供啟動偏置電壓；所述一階正溫度補償電流產生電路產生一個一階正溫度補償電流I(T)，其溫度特性曲線為一條直線；所述二階正溫度補償電流產生電路產生一個二階正溫度補償電流I(T2)，其溫度特性曲線為一開口向上的二次曲線；所述三階負溫度補償電流產生電路產生一個三階負溫度補償電流IVBE(Tm)，其溫度特性曲線為一開口向下的二次曲線(通過電路結構實現輸出補償電流IVBE(Tm)的三階溫度係數為零，所以溫度特性曲線為二次曲線)；所述比例求和電路將一階、二階正溫度補償電流產生電路和三階負溫度補償電流產生電路所產生的一階、二階正溫度補償電流和三階負溫度補償電流進行按比例求和；所述輸出電路輸出經高階溫度補償後的電流。
高階溫度補償電流基準源，具體電路結構為圖6所示，包括啟動電路、一階正溫度補償電流I(T)產生電路、二階正溫度補償電流I(T2)產生電路、三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路、比例求和電路以及輸出電路。
所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)。NMOS管MS2的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管MS2的柵極與PMOS管MS1的柵極相連接，同時連接運算放大器OP的輸出端；NMOS管MS2的漏極與PMOS管MS1的漏極相連接，同時連接PMOS管MS3和MS4的柵極；PMOS管MS3的漏極連接到PNP三極體Q2的發射級，PMOS管MS4的漏極連接NMOS管M13的漏極。
所述一階負溫度補償電流I(T)產生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極體管(Q1，Q2)和一個電阻R1和一個運算放大器OP。兩個PMOS管(M1，M2)構成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)，PMOS管M1的漏極連到運算放大器OP的正輸入端，PMOS管M2的漏極連到運算放大器OP的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接並共同接地；PNP管Q1發射極通過電阻R1連接運算放大器OP的正輸入端；PNP管Q2發射極接電阻運算放大器的負輸入端。
所述二階正溫度補償電流I(T2)產生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻R2。PMOS管M12與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管M12的漏極與NMOS管M13的漏極連接，PMOS管M12的源極連接外接電源，M12的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；NMOS管M13的漏極與柵極連接同時連接NMOS管M14的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管M14的漏極連接電阻R2的一端，同時連接PMOS管M15的柵極；電阻R2的另一端與PMOS管M15的源極共同連接至外接電源，PMOS管M15的漏極連接輸出電路。
所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路包括兩個PMOS管(M18，M19)，一個NMOS管M20，一個PNP管Q3，兩個電阻(R3，R4)。NMOS管M20的柵極連接電阻R4，電阻R4的另一端連接PNP管Q3的發射極，把PNP管Q3的基極和集電極短接並與NMOS管M20的源極共同接地，NMOS管M20的漏極連接PMOS管M18的漏極；PMOS管M18為二極體連接方式，PMOS管M18的源極連外接電源；PMOS管M20的柵極連接電阻R3的一端，電阻R3的另外一端連接PMOS管M19的漏極，PMOS管M19的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)，源極連外接電源。
所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管M16的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；PMOS管M15本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管M15的柵極連接NMOS管M14的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端。
所述輸出電路包括一個NMOS管M11，其源極接地，其漏極和柵極互連並接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管M15，M16，M17)的漏極)，向外提供電流輸出。
高階溫度補償電流基準源，具體電路結構為圖7所示，包括啟動電路、一階正溫度補償電流I(T)產生電路、二階正溫度補償電流I(T2)產生電路、三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路、比例求和電路以及輸出電路。
所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)。NMOS管MS2的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管MS2的柵極與PMOS管MS1的柵極相連接，同時連接運算放大器OP的輸出端；NMOS管MS2的漏極與PMOS管MS1的漏極相連接，同時連接PMOS管MS3和MS4的柵極；PMOS管MS3的漏極連接到PNP三極體Q2的發射級，PMOS管MS4的漏極連接NMOS管M13的漏極。
所述一階負溫度補償電流I(T)產生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極體管(Q1，Q2)和一個電阻R1和一個運算放大器OP。兩個PMOS管(M1，M2)構成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)，PMOS管M1的漏極連到運算放大器OP的正輸入端，PMOS管M2的漏極連到運算放大器OP的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接並共同接地；PNP管Q1發射極通過電阻R1連接運算放大器OP的正輸入端；PNP管Q2發射極接電阻運算放大器的負輸入端。
所述二階正溫度補償電流I(T2)產生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻R2。PMOS管M12與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管M12的漏極與NMOS管M13的漏極連接，PMOS管M12的源極連接外接電源，M12的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；NMOS管M13的漏極與柵極連接同時連接NMOS管M14的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管M14的漏極連接電阻R2的一端，同時連接PMOS管M15的柵極；電阻R2的另一端與PMOS管M15的源極共同連接至外接電源，PMOS管M15的漏極連接輸出電路。
所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路包括一個NMOS管M19，一個PMOS管M21，一個PNP管Q3，兩個電阻(R3，R4)。PNP三極體Q3的基極與集電極短接並與PMOS管M21的柵極相連，其發射極通過電阻R4與PMOS管M21的源極相連並接外接電源，其集電極通過電阻R3與NMOS管M19的漏極相連；NMOS管M19的源極接地，其柵極與NMOS管(M13、M14)的柵極相連；PMOS管M21的漏極接輸出電路；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數)從PNP三極體Q3的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管M21的漏極輸出，所述電阻R4和所述PNP三極體Q3滿足關係式Vg0-VBE(T0)T0-k(-1)qlnT=CR4,]]>
式中，Vg0為PNP三極體Q3的BE結帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極體Q3的BE結電壓，R4為電阻R4的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數。
所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管M16的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器OP的輸出端)；PMOS管M15本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管M15的柵極連接NMOS管M14的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端。
所述輸出電路包括一個NMOS管M11，其源極接地，其漏極和柵極互連並接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管M15，M16，M17)的漏極)，向外提供電流輸出。
本發明所述的負溫度補償電流產生電路，根據輸入電流的一階溫度係數，通過調整電路參數，能夠輸出一種三階溫度係數為零，一階和二階溫度係數為負的補償電流。
本發明所述的高階溫度補償電流基準源，具有非常好的溫度穩定性和非常低的溫度係數，可以應用在電流模式電路、高精度數模轉換電路和有長金屬線的模擬集成電路中。其中圖6所述的電路實施方式在溫度-10℃～+150℃範圍內，輸出的基準電流的溫度係數為0.7ppm/℃。


圖1本發明所述的高階溫度補償電流基準源的高階溫度補償原理示意圖。
圖2本發明所述的高階溫度補償電流基準源的電路結構框圖。
圖3一階溫度補償電流發生器的溫度補償原理圖。
圖4本發明所述的負溫度補償電流產生電路的一種實現方式。
圖5本發明所述的負溫度補償電流產生電路的另外一種實現方式。
圖6本發明所述的一種溫度補償電流基準源電路圖。
圖7本發明所述的另一種溫度補償電流基準源電路圖。
圖8圖6所示的電流基準源電路的輸出電流的溫度特性圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本實用新型進行高階溫度補償的具體實施方式
、結構、特徵進行詳細說明。
該電流基準源的高階溫度補償原理如圖1所示直線a是一階正溫度補償電流的溫度特性曲線，曲線b是二階正溫度補償電流的溫度特性曲線，曲線c是三階負溫度補償電流的溫度特性曲線。曲線d是將這三支溫度補償電流按一定比例疊加，得到的輸出電流溫度特性曲線。考慮到各種集成電路中各種非理想效應，曲線c最終不會是標準的直線，畫作直線只是用於原理說明。
下面對圖6所示的電流基準源的工作原理進行闡述。
圖6所示的電流基準源電路包括一階正溫度補償電流I(T)產生電路、二階正溫度補償電流I(T2)產生電路、三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路、比例求和電路以及輸出電路。其中啟動電路其作用是保證電路在上電時工作在所期望的正常狀態。工作原理是電路剛接通電源時，MS1和MS2的柵極為高電位，從而MS3和MS4導通，所以，MS3和MS4的漏極為高電平，使Q1，Q2，M13和M14導通。當電路進入平衡狀態後，由於MS1和MS2的柵極為低電位，MS3和MS4的柵極為高電位，所以MS3和MS4截止。
一階溫度補償電流發生器輸出一階溫度補償電流I(T)，運算放大器的作用是使PMOS管(M1，M2)的漏極電位相等，從而使得流過PMOS管(M1，M2)的電流相等。它是一個I(T)電流產生電路。
從圖中我們可以得到I(T)=IPTAT(T)=NVTlnMR1=NklnMqR1T=CT---(2)]]>其中，M＝A1/A2(A1，A2分別為Q1和Q2的發射極面積)，N＝(W/L)12/(W/L)1((W/L)1，(W/L)2，(W/L)12分別為M1，M2，M12的寬長比)，(W/L)1＝(W/L)2並且C=Nk1nMqR1.]]>二階正溫度補償電流I(T2)產生電路輸入電流為IPTAT，經過由M13和M14所組成的電流鏡，流過電阻R2上的電流為IPTAT。由於IDS～VGS2～IPTAT2，所以電晶體M15流過的電流為I(T2)。於是我們可以得到以下等式I(T2)=Ids15=(|VGS15|-|Vthp|)2=R22I2(T)-2R2|Vthp|I(T)+Vthp2---(3)]]>負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路如圖4、圖5所示，圖4和圖5分別是兩種實現方式，下面以圖4為例詳細說明其結構和工作原理假設BJT電晶體集電極電流的溫度係數為IC∝Tx(x＝1)，在本文中VBE的表達式如下VBE(T)=Vg0-(TT0)[Vg0-VBE(T0)]-(-x)(kTq)ln(TT0)]]>=Vg0-[Vg0-VBE(T0)T0-k(-x)qlnT0]T-[k(-x)q]TlnT]]>=a0-a1T-a2TlnT---(4)]]>其中，a0＝Vg0，a1=Vg0-VBE(T0)T0-k(-x)qlnT,a2=k(-x)q.]]>這裡，x＝1，因為電晶體Q3的偏置電流正比於T(即I(T)＝IPTAT∝T)。a0，a1和a2的值均為常數。
式(4)中TlnT這一項可以用泰勒級數在Tr＝1處展開，我們可以得到T1nT12T2-12.]]>那麼式(4)可以重新寫成VBE(T)=(a0+a22)-a1T-a22T2---(5)]]>在圖4中，VGS20(T)＝VBE(T)+R4.I(T)，IVBE(Tm)＝β[VGS20(T)-Vthn]2，將(2)式和(5)式分別代入上式，整理後我們可以得到IVBE(Tm)=(a0+a22-Vthn)2-2(a0+a22-Vthn)(a1-R4C)T-[a2(a0+a22-Vthn)-(a1-R4C)2]T2]]>+a2(a2-R4C)T3+a24T4]]>=b0-b1T-b2T2+a2(a1-R4C)T3+a24T4---(6)]]>其中，b0=(a0+a22-Vthn)2,b1=2(a0+a22-Vthn)(a1-R4C),b2=[a2(a0+a22-Vthn)-(a1-R4C)2]2.]]>在(6)式中，如果我們令「a1＝R4C」，則IVBE(Tm)的三階溫度係數為零。於是，我們通過圖4的電路結構產生了一支三階溫度係數為零的負溫度係數電流(電流值隨溫度升高而減小)。
至此，我們所需要的三支用於高階溫度補償的電流都產生了，分別是I(T)、I(T2)和IVBE(Tm)。
比例求和電路中的PMOS管M16與一階正溫度補償電流產生電路中的PMOS管M1構成電流鏡，PMOS管M17與三階負溫度補償電流產生電路中的PMOS管M18構成電流鏡，PMOS管本身二階正溫度補償電流產生電路的一部分，用於產生二階正溫度補償電流。顯然，根據電流疊加原理，流過NMOS管M11的電流可以表示為IREF(T)＝I(M11)＝I(T)+I(T2)+IVBE(Tm) (m≠3) (1)即，將(2)、(3)、(6)式代入(1)式，則電路輸出的基準電流可以寫成IREF(Tm)=(b0+Vthp2)+[(1-2R2|Vthp|)C-b1]T+(R22C2-b2)T2]]>+a2(a1-R4C)T3+a24T4---(7)]]>因為a0，a1，a2和b0，b1，b2，C的值都是常數。所以，從(7)式可以看出，如果我們通過設定a0，a1，a2and b0，b1，b2，C的值可以將輸出基準電流的一階溫度係數、二階溫度係數和三階溫度係數去除(即溫度係數為零)。從而得到經過高階溫度補償的具有非常高的溫度穩定性的電流基準源。
圖8所示是圖6所示的電路的輸出溫度特性曲線。經HSPICE仿真驗證結果表明，當溫度在-10℃～+150℃此種結構的電流基準源輸出的溫度係數可以低至0.7ppm/℃。
權利要求
1.一種負溫度補償電流產生電路，由一個NMOS管(M20)、一個電阻(R4)和一個PNP三極體(Q3)組成，其特徵在於，所述NMOS管(M20)的柵極通過電阻(R4)連接到PNP三極體(Q3)的發射極，其源極與PNP三極體(Q3)的基極和集電極共同接地；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數)從NMOS管(M20)的柵極和電阻(R4)的連接點輸入，輸出電流IVBE(Tm)從NMOS管(M20)的漏極輸出；所述電阻(R4)和所述PNP三極體(Q3)滿足關係式Vg0-VBET0-k(-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極體(Q3)的BE結帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極體(Q3)的BE結電壓，R4為電阻(R4)的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數。
2.一種負溫度補償電流產生電路，由一個PMOS管(M21)、一個電阻(R4)和一個PNP三極體(Q3)組成，其特徵在於，PNP三極體(Q3)的基極與集電極短接並與PMOS管(M21)的柵極相連，其發射極通過電阻(R4)與PMOS管(M21)的源極相連並接外接電源；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數)從PNP三極體(Q3)的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管(M21)的漏極輸出，所述電阻(R4)和所述PNP三極體(Q3)滿足關係式Vg0-VBE(T0)T0-k(-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極體(Q3)的BE結帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極體(Q3)的BE結電壓，R4為電阻(R4)的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數。
3.一種高階溫度補償電流基準源，其特徵在於，包括啟動電路、一階正溫度補償電流產生電路、二階正溫度補償電流產生電路、三階負溫度補償電流產生電路、比例求和電路和輸出電路；所述啟動電路為一階正溫度補償電流產生電路、二階正溫度補償電流產生電路、三階負溫度補償電流產生電路和比例求和電路提供啟動偏置電壓；所述一階正溫度補償電流產生電路產生一個一階正溫度補償電流I(T)，其溫度特性曲線為一條直線；所述二階正溫度補償電流產生電路產生一個二階正溫度補償電流I(T2)，其溫度特性曲線為一開口向上的二次曲線；所述三階負溫度補償電流產生電路產生一個三階負溫度補償電流IVBE(Tm)，其溫度特性曲線為一開口向下的二次曲線；所述比例求和電路將一階、二階正溫度補償電流產生電路和三階負溫度補償電流產生電路所產生的一階、二階正溫度補償電流和三階負溫度補償電流進行按比例求和；所述輸出電路輸出經高階溫度補償後的電流。
4.根據權利要求3所述的一種高階溫度補償電流基準源，其特徵在於，所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)；NMOS管(MS2)的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管(MS2)的柵極與PMOS管(MS1)的柵極相連接，同時連接運算放大器(OP)的輸出端；NMOS管(MS2)的漏極與PMOS管(MS1)的漏極相連接，同時連接PMOS管(MS3和MS4)的柵極；PMOS管(MS3)的漏極連接到PNP三極體(Q2)的發射級，PMOS管(MS4)的漏極連接NMOS管(M13)的漏極；所述一階負溫度補償電流I(T)產生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極體管(Q1，Q2)和一個電阻(R1)和一個運算放大器(OP)；兩個PMOS管(M1，M2)構成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)，PMOS管(M1)的漏極連到運算放大器(OP)的正輸入端，PMOS管(M2)的漏極連到運算放大器(OP)的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接並共同接地；PNP管(Q1)發射極通過電阻(R1)連接運算放大器(OP)的正輸入端；PNP管(Q2)發射極接電阻運算放大器的負輸入端；所述二階正溫度補償電流I(T2)產生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻(R2)；PMOS管(M12)與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管(M12)的漏極與NMOS管(M13)的漏極連接，PMOS管(M12)的源極連接外接電源，PMOS管(M12)的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；NMOS管(M13)的漏極與柵極連接同時連接NMOS管(M14)的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管(M14)的漏極連接電阻(R2)的一端，同時連接PMOS管(M15)的柵極；電阻(R2)的另一端與PMOS管(M15)的源極共同連接至外接電源，PMOS管(M15)的漏極連接輸出電路；所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路包括兩個PMOS管(M18，M19)，一個NMOS管(M20)，一個PNP管(Q3)，兩個電阻(R3，R4)；NMOS管(M20)的柵極連接電阻(R4)，電阻(R4)的另一端連接PNP管(Q3)的發射極，把PNP管(Q3)的基極和集電極短接並與NMOS管(M20)的源極共同接地，NMOS管(M20)的漏極連接PMOS管(M18)的漏極；PMOS管(M18)為二極體連接方式，PMOS管(M18)的源極連外接電源；PMOS管(M20)的柵極連接電阻(R3)的一端，電阻(R3)的另外一端連接PMOS管(M19)的漏極，PMOS管(M19)的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)，源極連外接電源；所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管(M16)的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；PMOS管(M15)本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管(M15)的柵極連接NMOS管(M14)的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端；所述輸出電路包括一個NMOS管(M11)，其源極接地，其漏極和柵極互連並接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管M15，M16，M17)的漏極)，向外提供電流輸出。
5.根據權利要求3所述的一種高階溫度補償電流基準源，其特徵在於，所述啟動電路包括一個NMOS管(MS2)和三個PMOS管(MS1，MS3，MS4)；NMOS管(MS2)的源極接地；PMOS管(MS1，MS3，MS4)的源極連接外接電源；NMOS管(MS2)的柵極與PMOS管(MS1)的柵極相連接，同時連接運算放大器(OP)的輸出端；NMOS管(MS2)的漏極與PMOS管(MS1)的漏極相連接，同時連接PMOS管(MS3和MS4)的柵極；PMOS管(MS3)的漏極連接到PNP三極體(Q2)的發射級，PMOS管(MS4)的漏極連接NMOS管(M13)的漏極；所述一階負溫度補償電流I(T)產生電路包括兩個PMOS管(M1，M2)，兩個PNP三極體管(Q1，Q2)和一個電阻(R1)和一個運算放大器(OP)；兩個PMOS管(M1，M2)構成電流鏡，其源極與外接電源連接，其柵極共同連至一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)，PMOS管(M1)的漏極連到運算放大器(OP)的正輸入端，PMOS管(M2)的漏極連到運算放大器(OP)的負輸入端；PNP管(Q1，Q2)的基極與集電極短接並共同接地；PNP管(Q1)發射極通過電阻(R1)連接運算放大器(OP)的正輸入端；PNP管(Q2)發射極接電阻運算放大器的負輸入端；所述二階正溫度補償電流I(T2)產生電路包括兩個PMOS管(M12，M15)，兩個NMOS管(M13，M14)和一個電阻(R2)；PMOS管(M12)與NMOS管(M13，M14)共同組成電流鏡電路；PMOS管(M12)的漏極與NMOS管(M13)的漏極連接，PMOS管(M12)的源極連接外接電源，PMOS管(M12)的柵極連接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；NMOS管(M13)的漏極與柵極連接同時連接NMOS管(M14)的柵極，NMOS管(M13，M14)的源極共同連接至地；NMOS管(M14)的漏極連接電阻(R2)的一端，同時連接PMOS管(M15)的柵極；電阻(R2)的另一端與PMOS管(M15)的源極共同連接至外接電源，PMOS管(M15)的漏極連接輸出電路；所述三階負溫度補償電流IVBE(Tm)產生電路包括一個NMOS管(M19)，一個PMOS管(M21)，一個PNP管(Q3)，兩個電阻(R3，R4)。PNP三極體(Q3)的基極與集電極短接並與PMOS管(M21)的柵極相連，其發射極通過電阻(R4)與PMOS管(M21)的源極相連並接外接電源，其集電極通過電阻(R3)與NMOS管(M19)的漏極相連；NMOS管(M19)的源極接地，其柵極與NMOS管(M13、M14)的柵極相連；PMOS管(M21)的漏極接輸出電路；輸入電流I(T)(I(T)＝CT，其中C為任意常數)從PNP三極體(Q3)的集電極輸入，輸出電流IVBE(Tm)從PMOS管(M21)的漏極輸出，所述電阻(R4)和所述PNP三極體(Q3)滿足關係式Vg0-VBET0-k(-1)qlnT=CR4,]]>式中，Vg0為PNP三極體(Q3)的BE結帶隙基準電壓，VBE(T0)為T＝T0時PNP三極體(Q3)的BE結電壓，R4為電阻(R4)的阻值，C為與I(T)＝CT式中相同的常數；所述比例求和電路包括三個PMOS管(M15，M16，M17)；三個PMOS管(M15，M16，M17)源極互連；PMOS管(M16)的柵極接一階正溫度補償電流I(T)產生電路的輸出端(即運算放大器(OP)的輸出端)；PMOS管(M15)本身就是二階正溫度補償電流I(T2)產生電路的一部分，同時也作為比例求和電路的一部分，PMOS管(M15)的柵極連接NMOS管(M14)的漏極；三個PMOS管(M15，M16，M17)的漏極互連作為比例求和電路的輸出端；所述輸出電路包括一個NMOS管(M11)，其源極接地，其漏極和柵極互連並接比例求和電路的輸出端(即比例求和電路中互連的三個PMOS管M15，M16，M17)的漏極)，向外提供電流輸出。
全文摘要
負溫度補償電流產生電路及溫度補償電流基準源，屬於電源技術領域，具體涉及一種溫度補償電流產生電路及溫度補償電流基準源。所述負溫度補償電流產生電路由一個MOS管、一個PNP三極體和一個電阻構成，根據輸入電流的一階溫度係數，通過調整PNP三極體和電阻的參數，能夠輸出一種三階溫度係數為零，一階和二階溫度係數為負的補償電流。所述溫度補償電流基準源包括啟動電路、一階正溫度補償電流產生電路、二階正溫度補償電流產生電路、三階負溫度補償電流產生電路、比例求和電路以及輸出電路。其實質是將單元電路所產生的一階正溫度係數補償電流、二階正溫度係數補償電流和三階溫度係數為零的負溫度係數補償電流通過比例疊加，以實現非常低的溫度係數(可達0.7ppm/℃)。
文檔編號G05F3/08GK1811656SQ20061002015
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月16日 優先權日2006年1月16日
發明者盧楊, 張波, 李肇基 申請人:電子科技大學