專利名稱：一種恒流源電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路結(jié)構(gòu)，本發(fā)明尤其涉及一種IC恒流源的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
恒流源電路是一種輸出電流保持恒定的電路。理想的恒流源電路應(yīng)當(dāng)具有輸出電流不會(huì)隨負(fù)載輸出電壓的變化而變、不因環(huán)境溫度變化而變以及內(nèi)阻無限大從而電流全部流出到外面的特性。為了使恒流源電路具有上述特性，必須使恒流源電路的輸出級(jí)具有飽和的輸出電流伏安特性。為此，通常要求恒流源電路的輸入電壓保持穩(wěn)定，也即要求輸入級(jí)必須是恒壓源；而輸出電阻盡量大，也即要求輸出級(jí)是恒流源。通常情況下，將三極管適當(dāng)連接成集成二極管的形式，使其具有指數(shù)形式的伏安特性或是拋物線形式上升的伏安特性。圖1a和圖1b示出了兩種基本形式的恒流源電路。其中，圖1a采用的是雙極結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)，而圖1b采用的是金屬氧化物場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)。圖1a和Ib所示的恒流源電路具有如圖2所示的輸入一輸出伏安特性。從圖2可以看出，圖1a和圖1b所示的恒流源電路在A端施加了正向電壓但電壓小于正向恒流起始電壓Vk時(shí)，電壓升高會(huì)使得B端電流也增加而與所施加的電壓近似成線性關(guān)系。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)，流出B端的電流保持不變。當(dāng)A當(dāng)上施加的電壓升高到Vb時(shí)，電流突然陡增而出現(xiàn)類似于雪崩二極管的特性。但是當(dāng)電路處于反向偏壓時(shí)，圖1a和圖1b所示的恒流源電路是不具有恒流源特性的。另外，由于當(dāng)今的半導(dǎo)體電路通常制成集成電路形式，當(dāng)圖1a和圖1b所示的恒流源電路做成集成電路時(shí)，它通常具有3個(gè)或以上的引腳端子。因此，三端子或三端子以上的恒流源電路裝配相對(duì)比較復(fù)雜，使用不太方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種恒流源電路結(jié)構(gòu)，這種恒流源電路只具有兩個(gè)引腳端子。本發(fā)明的恒流源電路包含:第一晶體管；以及第二晶體管，其中，第一晶體管的源極和其柵極耦合，而第二晶體管的源極和其柵極耦合，其中，第一晶體管的漏極和第二晶體管的漏極互相耦合在一起，從而，由第一晶體管的源極和其柵極相耦合的端子以及第二晶體管的源極和其柵極相耦合的端子形成一個(gè)二端子元件。本發(fā)明的恒流源電路結(jié)構(gòu)中，第一晶體管和第二晶體管是雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)場效應(yīng)晶體管。本發(fā)明的恒流源電路結(jié)構(gòu)中，第一晶體管和第二晶體管也可以是PN結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)。
本發(fā)明的恒流源電路結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有對(duì)稱的正反向伏安特性。本發(fā)明的恒流源電路結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)PN結(jié)型場效應(yīng)晶體管具有對(duì)稱的正反向伏安特性。采用本發(fā)明的恒流源電路結(jié)構(gòu)，裝配簡單，使用方便。


圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中采用溝道型金屬氧化物場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的恒流源電路；圖1b是現(xiàn)有技術(shù)中采用雙極結(jié)晶體管構(gòu)成的恒流源電路；其中，I 是A端中的參考電流，Ib是B端中的輸出電流，Vcc是偏置電壓，Ib是基極電流；
圖2不出的是圖la、lb所不現(xiàn)有技術(shù)的恒流源電路的輸入/輸出伏安特性；
圖3a是本發(fā)明一種實(shí)施例采用耗盡型DMOS對(duì)稱設(shè)計(jì)的雙向恒流源電路示意 圖3b是本發(fā)明一種實(shí)施例采用結(jié)場效應(yīng)晶體管對(duì)稱設(shè)計(jì)的雙向恒流源電路；
圖4是圖3a和圖3b所示本發(fā)明雙向恒流源電路的輸入/輸出伏安特性；
圖5是本發(fā)明的雙向恒流源集成電路外形示意 圖6是圖3a或圖3b所示兩個(gè)耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)恒流源結(jié)構(gòu)或兩個(gè)結(jié)場效應(yīng)晶體管恒流源結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；而
圖7是兩個(gè)耗盡型MOS恒流源結(jié)構(gòu)單元的元胞的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖，描述本發(fā)明的雙向恒流源電路的結(jié)構(gòu)。DMOS是一種由源極、漏極和柵極構(gòu)成的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管電路。它有兩種類型。一種是垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管電路VDM0SFET(vertical double-diffused M0SFET);另一種是橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管電路 LDMOSFET (lateral double-diffused MOSFET)。DMOS的性能主要由它的導(dǎo)通電阻Rds(On)決定。導(dǎo)通電阻Rds(On)指的是DMOS工作時(shí)從漏極到源極的電阻。當(dāng)Rds(on)很小時(shí)，恒流源電路將具有很優(yōu)良的開關(guān)特性，從而會(huì)有較大的輸出電流，使得電路具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力。利用DMOS的這一特性，就制成了如圖3a所示的耗盡型DMOS的恒流源電路。如圖3a所示，將兩個(gè)DMOS的漏極耦合起來。由于兩個(gè)DMOS的漏極是相耦合的，所以如圖3a所示的連接方法就構(gòu)成了一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的DMOS恒流源電路。最好選擇兩個(gè)DMOS元件使其各自的伏安特性相同。這樣就可以使得正反向的伏安特性具有完全的對(duì)稱性。由于DMOS的漏一源導(dǎo)通電阻很小，因此，這種結(jié)構(gòu)的DMOS恒流源電路就可以在正向偏壓和反向偏壓時(shí)，都可以具有很好的開關(guān)特性，從而在A端和B端都可以提供很好的恒流電流。這是因?yàn)?，?dāng)在A端上加上反向偏壓時(shí)，這相當(dāng)于在B端上加上了正向偏壓；而當(dāng)在A端上加上正向偏壓時(shí)，就相當(dāng)于在B端上加上了反向偏壓。因此，無論所加的偏壓對(duì)一個(gè)晶體管來說是正向的還是反向的，都會(huì)改變兩個(gè)晶體管中的一個(gè)的溝道區(qū)的厚度，從而使輸出電流為恒定。
另一種電路結(jié)構(gòu)是用JFET (即PN結(jié)型場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成的恒流源電路結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管的原理是在N型半導(dǎo)體基片上或者P型半導(dǎo)體基片上制作一對(duì)PN結(jié)及相應(yīng)的金屬電極。在這兩個(gè)PN結(jié)之間形成有導(dǎo)電溝道，通過改變外加PN結(jié)的反向偏壓，以改變PN結(jié)耗盡層的厚度，從而改變溝道區(qū)載流子的密度并進(jìn)而控制通過溝道輸出的電流。圖3b示出了將兩個(gè)JFET晶體管的漏極耦合起來后組成的一個(gè)恒流源電路的情況。與圖3a示出的情況類似，圖3b示出了對(duì)稱結(jié)構(gòu)的JFET恒流源電路的結(jié)構(gòu)。最好選擇兩個(gè)JFET元件使其各自的伏安特性相同。這樣就可以使得正反向的伏安特性具有完全的對(duì)稱性。由于圖3b示出的兩個(gè)JFET是對(duì)稱耦合的，所以當(dāng)在A端上加上反向偏壓時(shí)，可以改變左邊那一個(gè)JFET的PN結(jié)的耗盡層厚度，從而改變左邊那一個(gè)JFET的溝道區(qū)載流子的密度并進(jìn)而控制通過其溝道輸出的電流。而當(dāng)在B端加上反向偏壓時(shí)，可以改變右邊那一個(gè)JFET的PN結(jié)的耗盡層厚度，從而改變右邊那一個(gè)JFET的溝道區(qū)載流子的密度并進(jìn)而控制通過其溝道輸出的電流。因此，無論對(duì)哪一個(gè)晶體管來說所施加的偏壓是正向的還是反向的，由于電路的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，都將在所施加的電壓足夠大時(shí)，使正向和反向有恒定電流輸出。圖4示出的是圖3a或圖3b所示恒流源電路結(jié)構(gòu)的輸出伏安特性的示意圖。圖4中可以看出，無論在A端施加的是正向偏壓還是反向偏壓，電路輸出的都是飽和電流。圖4中，Vk是正向恒流起始電壓；IP是正向恒定電流；VB是正向恒流結(jié)束電壓；VKK是反向恒流起始電壓；VBK是反向恒流結(jié)束電壓；Ira是反向恒定電流！而乂!^是恒二極管反向電壓。 如圖4所示，當(dāng)圖3a或圖3b所示的兩個(gè)元件(1，2)的漏極耦合在一起時(shí)，如果施加在A端上的電壓小于Vk，相當(dāng)于在元件(I)上施加了一個(gè)正向電壓，因而從B端輸出的電流I與A上施加的電壓近似成線性關(guān)系。當(dāng)施加在A端上的正向電壓繼續(xù)升高時(shí)，元件(I)就進(jìn)入飽和區(qū)，從而B端輸出的電流維持使得元件(I)的飽和電流Ip不變。當(dāng)施加在A端的電壓升高到元件(I)的擊穿電壓時(shí)，B端的電流呈現(xiàn)出元件(I)出現(xiàn)雪崩電流，而使得電流突然陸增。由于本發(fā)明中元件(I)和(2)是對(duì)稱設(shè)計(jì)的，因而當(dāng)B端施加了電壓時(shí)，在A端上出現(xiàn)的電流變化情況與上面是相同的。圖6示出了圖3a或圖3b所示兩個(gè)耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)恒流源結(jié)構(gòu)或兩個(gè)結(jié)場效應(yīng)晶體管恒流源結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6中，區(qū)域(3)是金屬鋁層，區(qū)域(4)是介質(zhì)層(如二氧化硅等)，中間的環(huán)形區(qū)域(A)、(B)是柵極和源極區(qū)域。圖7是兩個(gè)耗盡型MOS恒流源結(jié)構(gòu)單元的元胞的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖7可以進(jìn)一步了解本發(fā)明的耗盡型DMOS恒流源結(jié)構(gòu)單元的元胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中，(5)是金屬鋁，
(6)是介質(zhì)層(如SiO2), (7)是多晶層，(8)是柵氧化層，(9)是N+慘雜區(qū)，(10)是P —慘雜區(qū)，(11)是N—材料，(12)是裝片底座。由于耗盡型DMOS為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的一種半導(dǎo)體器件，這里就不再贅述。采用本發(fā)明所得到的恒流源電路具有如圖5所示的二端外形結(jié)構(gòu)，從而使得電路變得簡單，使用方便。
上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施例作某些修改和變更。實(shí)施例的描述僅僅是為了使本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解、實(shí)施本發(fā)明，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解為僅僅限于所描述的實(shí)施例。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種恒流源電路結(jié)構(gòu)，它包含: 第一晶體管；以及 第二晶體管， 其中，所述第一晶體管的源極和其柵極耦合，而所述第二晶體管的源極和其柵極耦合， 其中，所述第一晶體管的漏極和所述第二晶體管的漏極互相耦合在一起， 從而，由所述第一晶體管的源極和其柵極相耦合的端子以及所述第二晶體管的源極和其柵極相耦合的端子形成一個(gè)二端子元件。
2.如權(quán)利要求1所述的恒流源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一晶體管和所述第二晶體管是雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)場效應(yīng)晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的恒流源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一晶體管和所述第二晶體管是PN結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)。
4.如權(quán)利要求2所述的恒流源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有對(duì)稱的正反向伏安特性。
5.如權(quán)利要求3所述的恒流源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)PN結(jié)型場效應(yīng)晶體管具有對(duì)稱的正反向伏安特性。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種恒流源電路結(jié)構(gòu)，它包含第一晶體管；以及第二晶體管，第一晶體管的源極和其柵極耦合，第二晶體管的源極和其柵極耦合，第一晶體管的漏極和第二晶體管的漏極互相耦合在一起，從而，由第一晶體管的柵極和其柵極相耦合的端子以及第二晶體管的源極和其柵極相耦合的端子形成一個(gè)二端子元件。本發(fā)明的恒流源電路結(jié)構(gòu)裝配簡單，使用方便。
文檔編號(hào)G05F1/56GK103186154SQ20111045016
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者唐紅祥, 張新, 計(jì)建新 申請(qǐng)人:無錫華潤華晶微電子有限公司