專利名稱：一種完全兼容標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝的低溫度系數(shù)電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種完全兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的新型低 溫度系數(shù)電流源。
背景技術(shù)：
電流源是CMOS集成電路中非常重要的基本電路之一，它為芯片中其它模塊提供 正常工作所必需的偏置電流，因此它的性能也很大程度上影響了整個芯片的性能。與溫度 無關(guān)的電流源廣泛應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、Viterbi解碼器中。目前，多數(shù)應(yīng)用的電流源溫度系數(shù)較高，大于IOOOppm/°C，不能滿足高精度電路對 參考電流源的要求。雖然近年來出現(xiàn)了一些能夠?qū)崿F(xiàn)低溫度系數(shù)的電流源，但是它們通常 來源于雙極型帶隙基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，占用面積大，制造成本高；有些甚至需要在BiCMOS 的工藝下實現(xiàn)，不能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容。所以，如何設(shè)計得到一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、占用芯片面積小，溫度系數(shù)低、完全 與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的恒定電流參考源是CMOS高性能集成電路設(shè)計領(lǐng)域需要解決的一項
重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的新型溫度補償電流 源，以克服現(xiàn)有電流源面積大、電流隨溫度變化明顯、制造工藝成本高的缺點，迎合當(dāng)今電 子產(chǎn)品對模擬電流源的要求。本發(fā)明提出的兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的溫度補償電流源，由2個PMOS管4、5，4個NMOS 管1、2、3、6，補償電阻7，運算放大器8經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS管4、5，NMOS管1、2、3、 6，補償電阻7為電流源的主體電路，利用電阻、遷移率、閾值電壓的不同溫度系數(shù)實現(xiàn)電流 源的溫度補償；運算放大器具有很高的增益，以保證運算放大器的輸入端所連接的節(jié)點電 壓相同。本發(fā)明中，溫度補償電流源的主體電路由PMOS管4、5，NM0S管1、2、3、6，補償電阻 7經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS管4、5的源極接電源，柵極與運算放大器8的輸出端28相 連接，補償電阻7的一端與PMOS管4的漏極相連，另一端與連接成二極管形式的匪OS管1 的柵極相連，NMOS管1、2、3的源極均接地，NMOS管2的漏極與PMOS管5的漏極、NMOS管6 的柵極連接在一起，NMOS管6的漏極接電源，源極與連接成二極管形式的NMOS管3相連。本發(fā)明中，PMOS管4、5，NMOS管1、2、3、6均工作在飽和區(qū)，其中，NMOS管2、3的尺 寸相同，PMOS管4、5的尺寸相同，以保證三條支路的電流相等，并在版圖設(shè)計中保證NMOS管 1、2的閾值電壓相差較小，以滿足實現(xiàn)溫度補償電流源的基本條件，NMOS管1的尺寸較大以 滿足整體環(huán)路的穩(wěn)定要求。本發(fā)明中，應(yīng)用運算放大器8保證節(jié)點9、10電壓相等，它由PMOS管11 17，NMOS 管19 24，電阻18、26，補償電容25經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，NMOS管19、20連接成電流鏡的形式，PMOS管11 14連接成共源共柵電流鏡的模式，電阻26連接在PMOS管12的源極 與地之間，它們共同組成了放大器的偏置電路；NMOS管21鏡像NMOS管20的電流，為運算放 大器的第一級提供尾電流源，NMOS管23、24構(gòu)成差分輸入對形式，PMOS管15、16為差分輸 入管的電流鏡負載；PMOS管17作為第二級運放的輸入管，它的柵極與第一級運放的輸出端 27相接，NMOS管22的漏極與PMOS管17的漏極相連，作為PMOS管17的負載，電阻18與電 容25串聯(lián)在第一級運放的輸出端與第二級運放的輸出端之間，形成密勒補償，運放的輸出 端28與PMOS管4、5的柵極連接在一起。其中，所有的MOS管均工作在飽和區(qū)，為了實現(xiàn)低 功耗、高增益的特點，MOS管的柵長大于1 μ m，偏置電流、MOS管的寬長比較小。


圖1 一種兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的新型低溫度系數(shù)電流源的電路實現(xiàn)。圖2本發(fā)明中應(yīng)用的運算放大器的電路實現(xiàn)。圖中標(biāo)號:1、2、3、6、19、20、21、22、23、24 為 NMOS 管，4、5、11、12、13、14、15、16、17 為PMOS管，7為補償電阻，8為運算放大器，18為補償電阻，25為補償電容，26為偏置電阻， 9、10為運算放大器的輸入端口，27為運算放大器第一級的輸出端口，28為運算放大器的輸 出端口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明。圖1所示為整個溫度補償電流源的電路實現(xiàn)。圖中，PMOS管4、5，NMOS管2、3接 成電流鏡的形式以保證三條之路的電流相等，運算放大器8有足夠高的增益使得節(jié)點9、10 的電壓相等，即得到電阻7的壓降與NMOS管1的柵源電壓之和等于NMOS管2、6的柵源電 壓之和，通過這一等式關(guān)系，使得參考電流源能夠利用電阻、MOS管遷移率、閾值電壓的不同 溫度系數(shù)實現(xiàn)溫度補償，從而得到一個溫度系數(shù)較低的參考電流源。其中，PMOS管4、5的源 極接電源，柵極與放大器的輸出端28相連接，補償電阻7的一端與PMOS管4的漏極相連， 另一端與連接成二極管形式的NMOS管1的柵極相連，NMOS管1、2、3的源極均接地，NMOS管 2的漏極與PMOS管5的漏極、NMOS管6的柵極連接在一起，NMOS管6的漏極接電源，源極 與連接成二極管形式的NMOS管3相連。PMOS管4、5，NMOS管1、2、3、6均工作在飽和區(qū)，其 中，NMOS管2、3的尺寸相同，PMOS管4、5的尺寸相同，以保證三條支路的電流相等，并在版 圖設(shè)計中保證NMOS管1、2的閾值電壓相差較小，以滿足溫度補償所需的假設(shè)條件，NMOS管 1的尺寸應(yīng)較大以滿足整體環(huán)路穩(wěn)定的要求。圖2所示為圖1中運算放大器9的電路實現(xiàn)。圖中NMOS管19、20連接成電流鏡 的形式，PMOS管11 14連接成共源共柵電流鏡的模式，電阻26連接在PMOS管12的源極 與地之間，它們共同組成了放大器的偏置電路；NMOS管21鏡像NMOS管20的電流，為運算放 大器的第一級提供尾電流源，NMOS管23、24構(gòu)成差分輸入對形式，PMOS管15、16為差分輸 入管的電流鏡負載；PMOS管17作為第二級運算放大器的輸入管與第一級運算放大器的輸 出端27相接，匪OS管22作為PMOS管17的負載，電阻18與電容25串聯(lián)在第一級運算放 大器的輸出端與第二級運算放大器的輸出端之間，形成密勒補償，運算放大器的輸出端28 與電流源主體電路中的PMOS管4、5的柵極連接在一起。其中，所有的MOS管均工作在飽和區(qū)，為了實現(xiàn)低功耗、高增益的特點，所有MOS管的柵長均大于1 μ m, MOS管的寬長比較小。本發(fā)明所實現(xiàn)的溫度補償電流源具有完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容、溫度系數(shù)低，結(jié) 構(gòu)簡單，面積小，成本低等優(yōu)點，適用于各種模擬電路、模數(shù)混合電路中。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 所作出的若干改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種完全兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的低溫度系數(shù)電流源，其特征在于由第四PMOS管(4)、 第四PMOS管(5)、第一、第二、第三、第六NMOS管(1、2、3、6)、補償電阻(7)、運算放大器(8) 經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，運算放大器(8)具有很高的增益，以保證運算放大器的輸入端所連 接的節(jié)點電壓相同，第四PMOS管(4)、第四PMOS管(5)、第一、第二、第三、第六NMOS管(1、 2、3、6)、補償電阻(7)組成電流源的主體電路，利用電阻、MOS管的遷移率和閾值電壓的不 同溫度系數(shù)實現(xiàn)電流源的溫度補償；其中第四PMOS管(4)、第四PMOS管(5)的源極接電源，柵極與運算放大器(8)的輸出端(28) 相連接，補償電阻(7)的一端與第四PMOS管(4)的漏極相連，另一端與連接成二極管形式 的第一 NMOS管(1)的柵極相連，第一、第二、第三NMOS管(1、2、3)的源極均接地，第二 NMOS 管(2)的漏極與第五PMOS管(5)的漏極以及第六NMOS管(6)的柵極連接在一起，第六NMOS 管(6)的漏極接電源，源極與連接成二極管形式的第三NMOS管(3)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征在于電流源主體電路中，所有MOS管均工作在 飽和區(qū)，其中，第二、第三NMOS管(2、3)的尺寸相同，第四、第五PMOS管(4、5)的尺寸相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征在于所述的運算放大器(8)由第十一 第 十七PMOS管(11 17)、第十九 第二十四NMOS管(19 對)、第一、第二電阻(18 J6)、補 償電容(25)經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，第十九、第二十NMOS管(19、20)連接成電流鏡的形式， 第十一 第十四PMOS管(11 14)連接成共源共柵電流鏡的模式，第二電阻(26)連接在第 十二 PMOS管(12)的源極與地之間，它們共同組成運算放大器的偏置電路；第二十一 NMOS 管(21)鏡像第二十NMOS管(20)的電流，為運算放大器的第一級提供尾電流源，第二十三、 第二十四NMOS管(23、24)構(gòu)成差分輸入對形式，第十五、第十六PMOS管(15、16)為差分輸 入管的電流鏡負載；第十七PMOS管(17)作為第二級運放的輸入管，它的柵極與第一級運 放的輸出端(27)相接，第二十二 NMOS管(22)作為第十七PMOS管(17)的負載，第一電阻 (18)與補償電容(25)串聯(lián)在第一級運放的輸出端與第二級運放的輸出端之間，形成密勒補 償，運放的輸出端(28)與第四、第五PMOS管(4、5)的柵極連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明屬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種完全兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的低溫度系數(shù)電流源。它由四個NMOS管、兩個PMOS管、一個補償電阻和一個運算放大器組成。運算放大器的結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)的兩級密勒補償運算放大器，并自帶偏置電路。高增益的運算放大器保證差分輸入端的電壓相同，其余的四個NMOS管、兩個PMOS管和一個補償電阻構(gòu)成了溫度補償電流源的主體電路，利用電阻、MOS管的遷移率和閾值電壓的不同溫度系數(shù)實現(xiàn)了一種溫度系數(shù)低、面積小、完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的新型溫度補償電流源。
文檔編號G05F1/567GK102129264SQ20111002115
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者周鋒, 廖澤鑫, 成楊, 趙喆 申請人:上海圣芮沃科技發(fā)展有限公司, 復(fù)旦大學(xué)