專利名稱：電流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流源電^各，且特別是涉及一種用以產(chǎn)生不受
;顯度影響(Temperature-independent)的參考電;虎的電;充源電3各。
背景技術(shù)：
在J見有的沖支術(shù)中，電流源電if各已存在，并廣泛;也4皮應(yīng)用在各種 電路場合中。舉例來說，模擬電路設(shè)計時常利用電流源偏壓的方式
來對晶體管進行偏壓。在這些應(yīng)用場合中，電流源電鴻4皮要求來提
供穩(wěn)定的輸出電流。
然而在一^:的情形中，電子元件的元件特性容易因為環(huán)境溫度 與制程技術(shù)等條件不同而發(fā)生改變。與一般電路元件相同的，應(yīng)用 在電流源電路中的電路元件也具有元件特性容易因為環(huán)境溫度與 制禾呈纟支術(shù)的條件不同而發(fā)生改變的特性。如此，電流源電^各無法在 制程:技術(shù)及環(huán)境溫度等條件改變時^是供穩(wěn)定的llr出電流。因此，如 何設(shè)計出基本上不受制程及溫度影響而提供穩(wěn)定輸出電流的電流 源電路乃業(yè)界不斷至丈力的方向之一 。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種電流源電i 各，相比于傳統(tǒng)電流源電^各，其具有 可在環(huán)境溫度與制程技術(shù)的條件發(fā)生改變時提供基本上穩(wěn)定的輸
出電濟u的4尤點。
4才艮據(jù)本發(fā)明4是出了一種電流源電路，用以產(chǎn)生輸出電流。電流
源電路包括節(jié)點、偏壓電路、負載電路及電流鏡電路(Current Mirror )。節(jié)點上具有特定的節(jié)點電壓。偏壓電^各用以才艮據(jù)第 一參考 電壓對節(jié)點電壓進^f亍偏壓，以將節(jié)點電壓偏壓為第一參考電壓。負 載電路用以提供跨接于節(jié)點與第二參考電壓之間的等效電阻，以產(chǎn) 生參考電流。負載電路包括電阻及第一晶體管。電阻具有第一溫度 系數(shù)(Temperature Coefficient )。第一晶體管受控于第一控制電壓而 導(dǎo)通，晶體管在線性區(qū)(Linear Region) #:作并形成與電阻串聯(lián)連 接的晶體管電阻。晶體管電阻具有第二溫度系數(shù)，等效電阻的溫度 系凄t與第一和第二溫度系^t相關(guān)。電流鏡電^各用以接收參考電流， 并據(jù)以映射產(chǎn)生豐lT出電 流o
根據(jù)本發(fā)明的電流源電路，其中該偏壓電路包括運算放大器， 正輸入端接收該第一參考電壓，負輸入端耦接至該節(jié)點，輸出端用 以產(chǎn)生第二控制電壓；及第二晶體管，用以響應(yīng)于該第一控制電壓 將該節(jié)點電壓回授至該運算放大器的負輸入端，并受控于該第 一控 制電壓而導(dǎo)通，以將該參考電流提供至該電流4竟電3各。
根據(jù)本發(fā)明的電流源電路，其中該第一和該第二控制電壓具有 基本上相同的4立準。
才艮據(jù)本發(fā)明的電流源電路，其中該第一晶體管的源極接收該第 二參考電壓，漏才及耦4妄至該電阻的 一端，該電阻的另 一端耦"t妄至該 節(jié)點。
根據(jù)本發(fā)明的電流源電路，其中該第一晶體管的漏極耦接至該 節(jié)點，源極耦4妻至該電阻的一端，該電阻的另一端接收該第二參考 電壓。根據(jù)本發(fā)明的電流源電路，其中該電流鏡電路包括電流主控 端電^各，用以4妄收該參考電流；及電流映射端電3各，用以才艮據(jù)該參 考電流映射產(chǎn)生該輸出電 流o
才艮據(jù)本發(fā)明的電流源電路，其中該等效電阻的溫度系數(shù)與該第 一溫度系lt和該第二溫度系凄欠相關(guān)。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施 例，并結(jié)合所附附圖，作詳細i兌明如下。


圖1示出了依照本發(fā)明實施例的電流源電路的方塊圖。
圖2示出了依照本發(fā)明實施例的電流源電路的另一方塊圖。
圖3示出了依照本發(fā)明實施例的電流源電路的又一方塊圖。
圖4示出了圖1的電阻R的電阻值相對于溫度的模擬圖。
圖5示出了圖1的晶體管MNT的等-文電阻Rmnt的電阻^直相 對于溫度的模擬圖。
圖6示出了圖1的參考電流Iref的電流值相對于溫度的模擬圖。
具體實施例方式
本實施例的電流源電^各通過串耳關(guān)晶體管的手^殳來對電流源電 路進行溫度系數(shù)與制程技術(shù)造成的電路元件特性變化進行補償。
請參照圖1，其示出了依照本發(fā)明實施例的電流源電路的方塊
圖。電流源電^各io用以產(chǎn)生穩(wěn)、定的豐lr出電流iout,電流源電^各io包括節(jié)點NT、偏壓電路12、負載電i 各14及電流鏡電路16。節(jié)點 NT上具有節(jié)點電壓Vnt。
偏壓電路12用以根據(jù)參考電壓Vref,對節(jié)點電壓Vnt進行偏 壓，以將節(jié)點電壓Vnt偏壓為參考電壓Vref。舉例來說，偏壓電路 12包括運算》欠大器(Operational Amplifier ) OTA及晶體管MNO， 晶體管MNO例如N型金屬氧化物半導(dǎo)體(N-type Metal Oxide Semiconductor, NMOS )晶體管。
運算放大器OTA的正輸入端接收參考電壓Vref，負輸入端耦 接至節(jié)點NT以接收節(jié)點電壓Vnt,輸出端耦接至晶體管MNO的 沖冊才及(Gate )。晶體管MNO的漏才及(Drain )耦4妄至電流4竟電3各16， 源極(Source )耦接至節(jié)點NT。
運算i文大器OTA用以對參考電壓Vref與節(jié)點電壓Vnt的差值 來放大得到控制電壓Vc2。晶體管MNO用以受控于控制電壓Vc2, 以控制節(jié)點電壓Vnt的位準并將節(jié)點電壓Vnt回4受至運算》文大器 OTA的負輸入端。如此，通過運算力丈大器OTA與晶體管MNO的 負回4吏電^各結(jié)構(gòu)，將節(jié)點電壓Vnt的位準基本上偏壓為參考電壓 Vref的位準。在本實施例中，參考電壓Vref的位準基本上不隨著電 《u源電^各IO周邊溫度的改變而改變。
負載電路14用以提供跨接于節(jié)點NT與參考電壓Vss之間的等 效電阻REQ ，以產(chǎn)生參考電流Iref。舉例來i兌，參考電壓Vss例如 為電流源電路10的4妾;也參考4立準。負載電路14包^"串聯(lián)連"l妾的電 阻R及晶體管MNT。如此，等效電阻REQ滿足等于電阻R與晶體 管MNT的等效電阻Rmnt之和，而參考電流Iref滿足方程式
,"T , Vnt-VssVnt-Vss
(1) Iref =-=-
REQ R + Rmnt舉例來說，晶體管MNT為NMOS晶體管。電阻R例如具有溫 度系數(shù)a。晶體管MNT受控于控制電壓Vcl而在線性區(qū)操作，以 形成與電阻R串聯(lián)連接的晶體管電阻Rmnt。晶體管電阻具有溫度 系數(shù)P。等效電阻的溫度系數(shù)與溫度系數(shù)a及p相關(guān)。
電流4竟電3各16用以才艮才居參考電流Iref對應(yīng)地產(chǎn)生llT出電流 lout,其中輸出電流lout的電流大小與參考電流Iref的電流大小相 關(guān)。舉例來i兌，電流4竟電i 各16用以l命出基本上等于參考電流Iref 的車lr出電;充Iout。
更進一步地i兌，在考慮溫度系凄ta的情況下，電阻R的阻值滿
足
(2) R = RE x(l + a x AT)
其中RE為電阻R的無溫度系數(shù)的部分，AT為溫度差值。
相似地，在考慮溫度系數(shù)P的情況下，晶體管電阻Rmnt的阻 值滿足
(3) Rmnt = Rmnt E x (1 +》x AT)
其中RmntE為晶體管電阻Rmnt中無溫度系lt的部分。 根據(jù)方程式(2)及(3)可知，等效電阻REQ滿足
(4) REQ = RE x (1 + a x AT)十Rmnt E x (1 + ^ x AT)
《Rmnt P 、
1 + e
、 re 乂
, n Rmnt p A a + 〃 x-^
乂 re 乂
x AT假設(shè)電阻R具有負溫度系數(shù)(即是溫度系數(shù)a為小于零的實 數(shù))，晶體管電阻Rmnt具有正溫度系數(shù)(即是溫度系數(shù)P為大于零 的實數(shù))，且溫度系數(shù)a及(3滿足
/c、 d Rmnt A
(5) a + 〃 x = 0
如此，等效電阻REQ的阻值基本上不隨著周邊溫度的變化而改
變。換言之，即是等效電阻REQ的溫度系數(shù)基本上為零。
由于等效電阻REQ的溫度系數(shù)基本上為零，且參考電壓Vref 與Vss均不隨電流源電路10周邊溫度的改變而改變，根據(jù)方程式(l) 可知，參考電流Iref也基本上不隨著電流源電路10周邊溫度的改 變而改變。
在本實施例中，晶體管MNT與MNO的棚-才及分別4妄收控制電 壓Vcl與Vc2。優(yōu)選地，控制電壓Vcl與控制電壓Vc2具有基本 上相同的位準。當晶體管MNT與MNO受控于相同的控制電壓時， 本實施例的電流源電路10還可在其使用不同的制程技術(shù)時，提供 基本上穩(wěn)定的輸出電 流。
更詳細地i兌，當4吏用另一制程才支術(shù)來制造電流源電3各10時， 晶體管MNT與MNO的臨界電壓(Threshold Voltage, Vth )具有變 化量S。如此，使得晶體管MNT與MNO的臨界電壓值滿足
(6) Vth'= Vth+ 5
其中Vth'為在使用此另一制程技術(shù)下，晶體管MNT與MNO 的臨界電壓。
9由于晶體管MNO在々包和區(qū)(Saturation Region )操:作，且節(jié)點 電壓Vnt ,皮偏壓為參考電壓Vref，此時的控制電壓Vc2會藉由負回 授電路而被微調(diào)成
(7) Vc2 = Vref + Vth' = Vref + (Vth + 5)
^i設(shè)控制電壓Vcl與Vc2具有相同的位準，如此，此時晶體管 MNT的柵極-源極電壓與其的臨界電壓的差值滿足
(8) VGS - Vth' = [ Vc 1'-Vss〗-[Vth']= - [Vth + 5] = Vref + Vod
根據(jù)方程式(8)可知，在晶體管MNT的臨界電壓升高變化量5 時，晶體管MNT的柵極-漏極電壓VGS也對應(yīng)地升高變化量S，使 得晶體管MNT的柵極-漏極電壓VGS與其的臨界電壓的差值仍保 持等于參考電壓Vref加上晶體管MNO的過驅(qū)動(Over Drive )的 電壓Vod。
如此，即便因為使用另一制程技術(shù)導(dǎo)致晶體管MNT與MNO 的臨界電壓產(chǎn)生變化量S,晶體管MNT的柵極-漏極電壓VGS與其 的臨界電壓的差值仍保持固定，使得參考電流Iref仍具有固定的大 小。
(7局^ =
A「"在一個例子中，電-充4竟電3各16包4舌晶體管MP1及MP2。舉例 來說，晶體管MP1及MP2均為P型金屬氧化物半導(dǎo)體(P-type Metal Oxide Semiconductor, PMOS)晶體管。晶體管MP1的源極接收參 考電壓Vdd,漏極與4冊極耦接至晶體管MNO的漏極。晶體管MP2 的源極接收參考電壓Vdd，柵極耦接至晶體管MP1的柵極，源極 用以^是供llr出電流Iout。舉例來i兌，參考電壓Vdd例如為電流源電 ;洛10的最高電壓。
晶體管MP1與MP2例如分別作為電流鏡電路16的電流主控 端電3各及電流映射端電路，以分別4妄收參考電流Iref及根據(jù)參考電 流Iref l是供輸出電流Iout。
在本實施例中，雖僅以負載電路14具有如圖1所示的電路結(jié) 構(gòu)的情形為例作說明，然而，本實施例的負載電路14并不局限于 具有如圖1所示的電^各結(jié)構(gòu)。舉例來i兌，電阻R與晶體管MNT的 耦才姿位置也可相互對4灸，如圖2所示。當負載電^各14，具有如圖2 所示的電路結(jié)構(gòu)時，本實施例的負載電路14'也可等效地提供溫度 系數(shù)基本上等于0的等效電阻Req'。
在本實施例中，雖4又以晶體管MNT與MNO均為NMOS晶體 管的情形為例作i兌明，然而，本實施例的晶體管MNT與MNO并 不局限于NMOS晶體管。在另一個例子中，如圖3所示，晶體管 MNO'與MNT"為PMOS晶體管，而電流鏡電路16'中的晶體管MP1' 與MP2'為NMOS晶體管。
在本實施例中，雖^f又以晶體管MNT的溫度系凄t p基本上滿足 方程式(5),以使負載電路14的等效電阻Req的溫度系數(shù)基本上等 于零的情形為例作"i兌明，然而，本實施例的晶體管MNT與電阻R 的溫度系數(shù)a及P并不局限于滿足方程式(5)。在其它情形中，溫度 系數(shù)a及p也可滿足/n、 d Rmnt A (9) a + p x-> 0
R
Rmnt A a + " x-< 0
R
如此，使得本實施例的負載電路14的等效電阻REQ對應(yīng)地具 有大于零或小于零的溫度系數(shù)。
本實施例的電流源電路通過負載電路中的串聯(lián)晶體管來對電 流源電路進行溫度系數(shù)造成的電路元件特性變化進行補償。如此， 相比于傳統(tǒng)的電流源電路，本實施例的電流源電路具有可在環(huán)境溫 度發(fā)生改變時提供基本上穩(wěn)定的輸出電流的優(yōu)點。
另外，在部分的電路實施中，還可通過偏壓電路的設(shè)計使得電 流源電路可對制程技術(shù)的條件改變進行補償。如此，相比于傳統(tǒng)電 流源電路，本實施例的電流源電路還具有可在制程技術(shù)應(yīng)用不同的 制程技術(shù)時，提供基本上穩(wěn)定的輸出電流的優(yōu)點。
模擬結(jié)果
請參照圖4，其示出了圖1的電阻R的電阻值相對于溫度的才莫 擬圖。在溫度-40°C到80°C的區(qū)間中，電阻R的阻值由360千 歐姆(KQ )下降至310KD,換言之，電阻R的溫度系數(shù)a等于 -0.00133/。C。請參照圖5，其示出了圖1的晶體管MNT的等效電 阻Rmnt的電阻值相對于溫度的模擬圖。為了對電阻R的溫度系數(shù) a進行補償，提供與電阻R串聯(lián)的晶體管MNT。在溫度-40°C到 80°C的區(qū)間中，晶體管電阻Rmnt的阻1直由60KQ升高至IIOKQ。
請參照圖6，其示出了圖1的參考電流Iref的電流^直相對于溫 度的模擬圖。在溫度-40°C到80°C的區(qū)間中，參考電流Iref的電
12^K直介于943纟內(nèi)安;咅(nano-Ajnp， nA)與948nA《間。^口jt匕，通過4吏 用本實施例的電流源電路10可產(chǎn)生基本上不隨著電流源電路10周 邊溫度的改變而改變的參考電流Iref，且此參考電流Iref的波動變 化量小于參考電流Iref大小的百分之一 。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實施例4皮露如上，然而其并 非用于限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，在不 脫離本發(fā)明的姊青神和范圍的情況下，應(yīng)當可以作出各種更改與{務(wù) 飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以隨后所附的權(quán)利要求所限定的 為準。
主要組件符號說明
10、 10':電;充源電^各 12、 12':偏壓電路 OTA、 OTA':運算》文大器
MNO、函T、 MP1、 MP2、固O'、 MNT'、 MP1'、 MP2'、 MNT":
晶體管
14、 14'、 14":負載電3各 R、 R'、 R":電阻 16、 16':電;充4竟電3各。
權(quán)利要求
1.一種電流源電路，用以產(chǎn)生輸出電流，所述電流源電路包括節(jié)點，具有節(jié)點電壓；偏壓電路，用以根據(jù)第一參考電壓對所述節(jié)點電壓進行偏壓，以將所述節(jié)點電壓偏壓為所述第一參考電壓；負載電路，用以提供跨接于所述節(jié)點與第二參考電壓之間的等效電阻，以產(chǎn)生參考電流，所述負載電路包括電阻，具有第一溫度系數(shù)；及第一晶體管，受控于第一控制電壓而導(dǎo)通，所述晶體管在線性區(qū)操作并形成與所述電阻串聯(lián)連接的晶體管電阻，所述晶體管電阻具有第二溫度系數(shù)，所述等效電阻的溫度系數(shù)與所述第一和所述第二溫度系數(shù)相關(guān)；以及電流鏡電路，用以接收所述參考電流，并據(jù)此映射產(chǎn)生所述輸出電流。
2. 才艮據(jù)4又利要求1所述的電流源電^各，其中，所述偏壓電if各包"^:運算》文大器，正輸入端接收所述第一參考電壓，負輸入 端耦接至所述節(jié)點，輸出端用以產(chǎn)生第二控制電壓；及第二晶體管，用以響應(yīng)于所述第一控制電壓將所述節(jié)點 電壓回授至所述運算放大器的負輸入端，并受控于所述第一控 制電壓而導(dǎo)通，以將所述參考電流4是供至所述電流4竟電^各。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流源電路，其中，所述第 一和所述第 二控制電壓具有基本上相同的位準。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源電路，其中，所述第一晶體管的 源極接收所述第二參考電壓，漏極耦接至所述電阻的一端，所 述電阻的另 一端耦4妻至所述節(jié)點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源電路，其中，所述第一晶體管的 漏才及耦4妄至所述節(jié)點，源一及耦4妄至所述電阻的一端，所述電阻 的另 一端接收所述第二參考電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源電路，其中，所述電流鏡電路包 括電流主控端電路，用以接收所述參考電流；及電流映射端電^各，用以才艮據(jù)所述參考電流映射產(chǎn)生所述 專餘出電濟u。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源電路，其中，所述等效電阻的溫 度系數(shù)與所述第 一溫度系數(shù)和所述第二溫度系數(shù)相關(guān)。
全文摘要
一種電流源電路，包括節(jié)點、偏壓電路、負載電路及電流鏡電路。節(jié)點具有特定的電壓。偏壓電路用以將節(jié)點電壓偏壓為第一參考電壓。負載電路用以提供跨接于節(jié)點與第二參考電壓之間的等效電阻，以產(chǎn)生參考電流。負載電路包括電阻及金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。電阻具有第一溫度系數(shù)。晶體管受控于控制電壓而導(dǎo)通，晶體管在線性區(qū)操作并形成與電阻串聯(lián)連接的晶體管電阻。晶體管電阻具有第二溫度系數(shù)，等效電阻的溫度系數(shù)與第一和第二溫度系數(shù)相關(guān)。電流鏡電路用以接收參考電流，并據(jù)此映射產(chǎn)生輸出電流。利用本發(fā)明的電流源電路可在環(huán)境溫度發(fā)生改變時提供基本上穩(wěn)定的輸出電流。
文檔編號G05F1/56GK101609346SQ20081012667
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者謝宗軒 申請人:瑞鼎科技股份有限公司