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1、(10)申请公布号 CN 103425177 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103425177 A *CN103425177A* (21)申请号 201210165187.1 (22)申请日 2012.05.25 G05F 3/30(2006.01) (71)申请人 电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区 （西区） 西 源大道 2006 号 申请人 无锡成电科大科技发展有限公司 (72)发明人 文光俊 刘佳欣 王耀 张涛 (74)专利代理机构 电子科技大学专利中心 51203 代理人 周永宏 (54) 发明名称 一种基准电流源 (57) 摘要 本发明公开了一。
2、种基准电流源， 包括 ： 电流源 核心电路、 电流偏置电路、 偏移电压电路和输出级 单元， 其特征在于， 所述电流源核心电路的第五端 和第六端分别接至外部的第一相对电压和第二相 对电压， 所述第一相对电压和第二相对电压的差 值作为偏移电压， 所述偏移电压随着温度变化基 本保持恒定， 并且该偏移电压随工艺变化的趋势 与载流子迁移率相反。本发明的基准电流源通过 在电流源核心电路中引入一个偏移电压改变 MOS 电阻两端的电压的温度系数， 与载流子迁移率的 温度系数相互补偿， 可以实现零温度系数的输出 电流。本发明的基准电流源还具有工艺补偿的特 性， 减轻工艺偏差对电流源精度的影响。 (51)Int.。
3、Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103425177 A CN 103425177 A *CN103425177A* 1/2 页 2 1. 一种基准电流源， 包括 ： 电流源核心电路、 电流偏置电路、 偏移电压电路和输出级单 元， 其中， 电流源核心电路的第一输入输出端、 第二输入输出端、 第三输入输出端分别接至 电流偏置电路的第一输入输出端、 第二输入输出端、 第三输入输出端， 电流源核心电路的第 四端接至外部的电源电压的第一端， 电流偏置电路的。
4、第四端接至外部电源电压的第二端 ； 输出级与电流偏置电路或者电流源核心电路相连接， 导出输出电流 ； 其特征在于， 所述电流 源核心电路的第五端和第六端分别接至外部的第一相对电压和第二相对电压， 所述第一相 对电压和第二相对电压的差值作为偏移电压， 所述偏移电压随着温度变化基本保持恒定， 并且该偏移电压随工艺变化的趋势与载流子迁移率相反。 2.根据权利要求1所述的基准电流源， 其特征在于， 所述电流源核心电路包括第一MOS 管、 第二 MOS 管、 第三 MOS 管和第四 MOS 管， 其中， 第一 MOS 管、 第二 MOS 管、 第四 MOS 管的第 一导通极分别作为电流源核心电路的第一输。
5、入输出端、 第二输入输出端、 第三输入输出端， 第一 MOS 管、 第三 MOS 管、 第四 MOS 管的第二导通极连接在一起作为电流源核心电路的第四 端， 第四 MOS 管的控制极和第一导通极连接在一起并与第三 MOS 管的控制极相连接， 第三 MOS 管的第一导通极与第二 MOS 管的第二导通极连接在一起， 第一 MOS 管、 第二 MOS 管的控 制极分别作为电流源核心电路的第五端和第六端。 3.根据权利要求1或2所述的基准电流源， 其特征在于， 所述的第一相对电压和第二相 对电压具体通过偏移电压电路提供。 4. 根据权利要求 3 所述的基准电流源， 其特征在于， 所述偏移电压电路包括 。
6、12 个 MOS 管， 具体为第五 MOS 管至第十六 MOS 管， 其中， 第五、 第六、 第七、 第八 MOS 管构成电流镜结 构， 它们的第一导通极连接在一起并接至外部电源电压的第一端， 控制极连接在一起作为 偏移电压电路的偏置电压输入端 ； 第九 MOS 管的第一导通极和控制极相连并与第十 MOS 管 的控制极连接在一起最终接至第五 MOS 管的第二导通极 ； 第十、 第十一 MOS 管的第一导通 极相连并接至第六 MOS 管的第二导通极 ； 第十二 MOS 管的第一导通极与控制极相连并与第 十一、 十三 MOS 管的控制节连接在一起最终接至第七 MOS 管的第二导通极 ； 第十三、 。
7、第十四 MOS 管的第一导通极相连并接至第八 MOS 管的第二导通极 ； 。第十五、 十六 MOS 管的控制极 相连并与第十五 MOS 管的第一导通极连接在一起最终接至第十一 MOS 管的第二导通极 ； 第 十六 MOS 管的第一导通极接至第十四 MOS 管的第二导通极 ； 第九、 第十、 第十二、 第十三、 第 十五、 第十六MOS的第二导通极连接在一起并接至外部电压的第二端 ； 第十三MOS管的控制 极作为第一相对电压的输出端， 第十四 MOS 管的控制极与第二导通极相连作为第二相对电 压的输出端。 5. 根据权利要求 3 所述的基准电流源， 其特征在于， 所述偏移电压电路包括 5 个 M。
8、OS 管， 具体为第十七 MOS 管、 第十八 MOS 管、 第十九 MOS 管、 第二十 MOS 管、 第二十一 MOS 管， 其中， 第十七、 第十八 MOS 管的第一导通极相连并接至外部电源电压的第一端， 控制极相连 并接至第十七 MOS 管的第二导通极 ； 第十九、 第二十 MOS 管的第一导通极分别与第十七、 第 十八 MOS 管的第二导通极相连， 第十九、 第二十 MOS 管的第二导通极相连并接至第二十一 MOS 管的第一导通极 ； 第二十一 MOS 管的控制极作为偏移电压电路的偏置电压输入端， 第二 导通极接至外部电源电压的第二端 ； 第十九 MOS 管的控制极作为第一相对电压的。
9、输出端， 第二十 MOS 管的控制极与第一导通极相连作为第二相对电压的输出端。 6. 根据权利要求 4 所述的基准电流源， 其特征在于， 所述的电流偏置电路， 包括 PMOS 权 利 要 求 书 CN 103425177 A 2 2/2 页 3 管 MP1、 MP2、 MP3， 其中， MP1、 MP2、 MP3 的栅极和 MP2 的漏极连接在一起作为电流偏置电路的 第二输入输出端， MP1、 MP2、 MP3 的源极连接在一起作为电流偏置电路的第四端接至外部电 源电压的第一端， MP1、 MP3 的漏极分别作为电流偏置电路的第一输入输出端、 第二输入输出 端、 第三输入输出端。 7. 根据权。
10、利要求 5 所述的基准电流源， 其特征在于， 所述的偏移电压电路的偏置电压 输入端接至电流源核心电路中第三 MOS 管的栅极。 8. 根据权利要求 6 所述的基准电流源， 其特征在于， 所述的偏移电压电路的偏置电压 输入端接至电流偏置电路中 MP3 的栅极。 权 利 要 求 书 CN 103425177 A 3 1/7 页 4 一种基准电流源 技术领域 0001 本发明属于模拟集成电路设计领域， 特别涉及一种基准电流源的设计。 背景技术 0002 基准电流源是集成电路中一个重要的模块电路， 它为其它功能模块提供一个稳定 的静态工作点， 广泛应用于放大器、 振荡器、 比较器、 锁相环、 ADC/。
11、DAC 等电路中， 电流源的精 确度在很大程度上决定了功能模块的稳定性。 0003 电源电压、 温度变化和工艺偏差是影响基准电流源精度的重要因素， 一个设计良 好的基准电流源应具有随电源电压、 温度变化和工艺偏差保持稳定的输出电流， 可将基准 电流源的输出电流用如下模型表示 ： 0004 I=f(V,T,P) 0005 其中， I 为输出电流， V 为电源电压， T 为绝对温度， P 为集成电路制造工艺， f 表示 一种函数关系。 0006 而集成电路制造工艺的偏差对电流精度的影响主要表现在由工艺偏差导致的 MOS 管阈值电压、 载流子迁移率以及集成电阻的变化， 工艺偏差对 MOS 管阈值电压。
12、和集成电阻 影响较大， 对载流子迁移率影响较小。上式又可以改写为 ： 0007 I=f(V,T,， Vth,R) 0008 其中， 为载流子迁移率， Vth为 MOS 管的阈值电压， R 为集成电阻， 和 Vth同时 又受温度 T 的影响。 0009 1965 年， Widlar 在 IEEE 的 “电路理论学报” 上发表的文章 “Some Circuit Design Techniques for Linear Integrated Circuits.Circuit Theory” 提出了一种基准电流源， 图 1 是采用 CMOS 器件的 Widlar 电流源， 该电流源可以消除电源电压和 。
13、MOS 管阈值电压的 影响， 该理论构成了电流源技术研究的基础。Widlar 电流源可用如下模型表示 ： 0010 I=f(T,， R) 0011 该电流源的输出电流与绝对温度成正比， 且电路用到了较大阻值的电阻。在标准 CMOS 集成电路工艺下， 电阻的精确度很低， 偏差可能达到 20% 以上， 引起输出电流的不稳 定， 如图 2 所示， 实现表示典型工艺， 虚线分别表示两种极限工艺偏差， 图 4 中的实线、 虚线 表示的含义与图 2 相同 ； 而且大阻值的电阻会占用很大的芯片面值， 导致芯片成本的增加。 需要说明的是 ： 典型工艺就是集成电路器件参数 （阈值电压、 载流子迁移率、 电阻阻值。
14、等） 为 标称值的工艺条件。 但是由于在集成电路制造过程中没有那么精确， 器件的尺寸、 离子扩散 的浓度等会有所偏差， 由此带来了集成电路器件参数的变化 （变大或变小） ， 变大或变小的 两种极限就是极限工艺。一般用工艺角来表示工艺条件， 这三种分别为典型、 最快、 最慢工 艺角。 0012 1997 年， Oguey 提出了一种无电阻的基准电流源， 如图 3 所示， 该电路用工作在线 性区的 MOS 管代替电阻， 且输出电流与 MOS 管阈值电压无关， 具有芯片面积小、 工艺偏差小 的优点。该电路已经成为基准电流源设计的经典结构和主流技术， 这项技术发表于JSSC 的 说 明 书 CN 10。
15、3425177 A 4 2/7 页 5 “CMOS current reference without resistance” 上。该结构的基准电流源温度对输出电 流的影响集中体现在载流子迁移率和 MOS 电阻两端的电压上， 因此输出电流模型可以表示 为 ： 0013 I=f(Vds,) 0014 其中， VDSR为 MOS 电阻两端的电压 ： 0015 0016 为亚阈值斜率因子， K 为电路中 MOS 管的宽长比的比值， kB为波尔兹曼常数， e 为一个电子的电荷量， T 为绝对温度。上式括号内的部分可视为常数， 因此 MOS 电阻两端的 电压与绝对温度成正比。 0017 由此可见， Og。
16、uey 电流源的输出电流仅受 MOS 电阻两端电压 VDSR和载流子迁移率 影响， VDSR是一个温度变量， 既是温度变量， 又是工艺变量。 0018 输出电流的温度系数可以表示为 ： 0019 TC(I)=TC()+2TC(VDSR) 0020 工艺偏差对输出电流的影响可以表示为 ： 0021 dI(P)=d(P) 0022 其中 TC(I) 为输出电流的温度系数， TC() 为载流子迁移率的温度系数， TC(VDSR) 为MOS电阻两端电压的温度系数。 由于CMOS工艺中载流子迁移率的温度系数约为-1.5/T， 而 MOS 电阻两端电压的温度系数恒为 1/T， 因此输出电流的温度系数约为 。
17、0.5/T， 即输出电 流与绝对温度的平方根成正比， 输出电流表现出随温度升高而增大的特性。当采用该基准 电流源的芯片所处的环境温度在较大范围内变化时， 输出电流的波动相当大。而且由工艺 偏差导致的载流子迁移率的变化仍然会对输出电流造成一定的影响， 因此该基准电流源难 以满足一些高精度应用的要求。图 4 是 Oguey 的输出电流示意图。 0023 为提高电流基准源的精度， 近年来国内外众多学者做出了很多的研究， 目前对于 电流源的研究大体存在以下几方面的问题 ：（1） 类似 Oguey 电流源所存在的问题， 输出电流 的温度系数恒正， 输出电流随温度升高而增大 ；（2） 只关注了电流的温度特。
18、性， 而忽略了工 艺偏差的影响 ；（3） 只关注了 MOS 管工艺偏差的主要因素 MOS 管阈值电压对电流源精度的 影响， 而忽略了次要因素载流子迁移率的影响， 事实上由于载流子迁移率导致的输出电流 误差仍然较大 ；（4） 电路功耗普遍较大， 在低功耗应用领域尚缺乏高精度电流源的解决方 案。 发明内容 0024 为了解决现有的基准电流源精度较低和功耗过大的问题， 本发明提出了一种基准 电流源。 0025 本发明的技术方案是 ： 一种基准电流源， 包括 ： 电流源核心电路、 电流偏置电路、 偏移电压电路和输出级单元， 其中， 电流源核心电路的第一输入输出端、 第二输入输出端、 第三输入输出端分别。
19、接至电流偏置电路的第一输入输出端、 第二输入输出端、 第三输入输 出端， 电流源核心电路的第四端接至外部的电源电压的第一端， 电流偏置电路的第四端接 至外部电源电压的第二端 ； 输出级与电流偏置电路或者电流源核心电路相连接， 导出输出 说 明 书 CN 103425177 A 5 3/7 页 6 电流 ； 其特征在于， 所述电流源核心电路的第五端和第六端分别接至外部的第一相对电压 和第二相对电压， 所述第一相对电压和第二相对电压的差值作为偏移电压， 所述偏移电压 随着温度变化基本保持恒定， 并且该偏移电压随工艺变化的趋势与载流子迁移率随工艺变 化的趋势相反。 0026 进一步的， 所述电流源核。
20、心电路包括第一 MOS 管、 第二 MOS 管、 第三 MOS 管和第四 MOS 管， 其中， 第一 MOS 管、 第二 MOS 管、 第四 MOS 管的第一导通极分别作为电流源核心电路 的第一输入输出端、 第二输入输出端、 第三输入输出端， 第一 MOS 管、 第三 MOS 管、 第四 MOS 管的第二导通极连接在一起作为电流源核心电路的第四端， 第四 MOS 管的控制极和第一导 通极连接在一起并与第三 MOS 管的控制极相连接， 第三 MOS 管的第一导通极与第二 MOS 管 的第二导通极连接在一起， 第一MOS管、 第二MOS管的控制极分别作为电流源核心电路的第 五端和第六端。 0027。
21、 进一步的， 所述的第一相对电压和第二相对电压具体通过偏移电压电路提供。 0028 作为一种方案， 所述偏移电压电路包括 12 个 MOS 管， 具体为第五 MOS 管至第十六 MOS 管， 其中， 第五、 第六、 第七、 第八 MOS 管构成电流镜结构， 它们的第一导通极连接在一起 并接至外部电源电压的第一端， 控制极连接在一起作为偏移电压电路的偏置电压输入端 ； 第九MOS管的第一导通极和控制极相连并与第十MOS管的控制极连接在一起最终接至第五 MOS 管的第二导通极 ； 第十、 第十一 MOS 管的第一导通极相连并接至第六 MOS 管的第二导通 极 ； 第十二 MOS 管的第一导通极与控。
22、制极相连并与第十一、 十三 MOS 管的控制节连接在一 起最终接至第七 MOS 管的第二导通极 ； 第十三、 第十四 MOS 管的第一导通极相连并接至第 八MOS管的第二导通极 ； 第十五、 十六MOS管的控制极相连并与第十五MOS管的第一导通极 连接在一起最终接至第十一 MOS 管的第二导通极 ； 第十六 MOS 管的第一导通极接至第十四 MOS 管的第二导通极 ； 第九、 第十、 第十二、 第十三、 第十五、 第十六 MOS 的第二导通极连接 在一起并接至外部电压的第二端 ； 第十三 MOS 管的控制极作为第一相对电压的输出端， 第 十四 MOS 管的控制极与第二导通极相连作为第二相对电压。
23、的输出端。 0029 作为另一种方案， 所述偏移电压电路包括 5 个 MOS 管， 具体为第十七 MOS 管、 第 十八 MOS 管、 第十九 MOS 管、 第二十 MOS 管、 第二十一 MOS 管， 其中， 第十七、 第十八 MOS 管的 第一导通极相连并接至外部电源电压的第一端， 控制极相连并接至第十七 MOS 管的第二导 通极 ； 第十九、 第二十MOS管的第一导通极分别与第十七、 第十八MOS管的第二导通极相连， 第十九、 第二十 MOS 管的第二导通极相连并接至第二十一 MOS 管的第一导通极 ； 第二十一 MOS 管的控制极作为偏移电压电路的偏置电压输入端， 第二导通极接至外部电。
24、源电压的第 二端 ； 第十九MOS管的控制极作为第一相对电压的输出端， 第二十MOS管的控制极与第一导 通极相连作为第二相对电压的输出端。 0030 需要说明的是 ： 这里的第一导通极可以这样理解， 对于 N 型 MOS 管， 具体指代其漏 极 ； 对于 P 型 MOS 管， 具体指代其源极。这里的第二导通极可以这样理解， 对于 N 型 MOS 管， 具体指代其源极 ； 对于 P 型 MOS 管， 具体指代其漏极。对于本领域技术人员来说， 第一导通 极、 第二导通极的概念是清楚的。 0031 本发明的有益效果 ： 本发明的基准电流源通过在电流源核心电路中引入一个偏移 电压改变 MOS 电阻两端。
25、的电压 VDSR的温度系数， 与载流子迁移率的温度系数相互补偿， 可以 实现零温度系数的输出电流。本发明的基准电流源还具有工艺补偿的特性， 一方面输出电 说 明 书 CN 103425177 A 6 4/7 页 7 流与晶体管的阈值电压无关， 另一方面偏移电压的工艺变化趋势与载流子迁移率相反， 可 以用来补偿载流子迁移率随工艺偏差的变化， 从而减轻工艺偏差对电流源精度的影响。本 发明的基准电流源采用亚阈值电路技术， 还具有低功耗的优点， 适合高精度低功耗的应用。 附图说明 0032 图 1 是采用 CMOS 器件的 Widlar 电流源的原理图。 0033 图 2 是 Widlar 电流源的输。
26、出电流示意图。 0034 图 3 是 Oguey 电流源的原理图。 0035 图 4 是 Oguey 电流源的输出电流示意图。 0036 图 5 是本发明基准电流源的结构示意图。 0037 图 6 是采用 Cascode 电流镜作电流偏置电路的本发明的基准电流源的结构示意 图。 0038 图 7 是采用带运放的电流镜作电流偏置电路的本发明的基准电流源的结构示意 图。 0039 图 8 是本发明实施例中的一种偏移电压电路的原理图。 0040 图 9 是本发明实施例中的另一种偏移电压电路的原理图。 0041 图 10 是偏移电压电路输出的偏移电压的示意图。 0042 图 11 是本发明的基准电流源。
27、的输出电流示意图。 具体实施方式 0043 下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。 0044 如图 5 所示， 本发明的基准电流源， 包括 ： 电流源核心电路、 电流偏置电路、 偏移电 压电路和输出级单元， 其中， 电流源核心电路的第一输入输出端 1、 第二输入输出端 2、 第三 输入输出端 3 分别接至电流偏置电路的第一输入输出端 1、 第二输入输出端 2、 第三输入输 出端 3， 电流源核心电路的第四端 4- 接至外部的电源电压的第一端 VDD-， 电流偏置电路的 第四端 4+ 接至外部电源电压的第二端 VDD+ ； 输出级与电流偏置电路或者电流源核心电路 相连接， 导出输出电。
28、流 IREF； 所述电流源核心电路的第五端 5 和第六端 6 分别接至外部的第 一相对电压和第二相对电压， 所述第一相对电压和第二相对电压的差值作为偏移电压， 所 述偏移电压随着温度变化基本保持恒定， 并且该偏移电压随工艺变化的趋势与载流子迁移 率随工艺变化的趋势相反。 0045 这里， 将外部的电源电压的正端 VDD+ 和负端 VDD- 互换后， 电路仍可正常工作。 0046 需要说明的是， 这里的 “基本保持恒定” 是指， 偏移电压并非绝对恒定的， 只是随温 度的变化较小而已， 这里的 “基本” 对本领域普通技术人员来说， 其含义是清楚的。 0047 电流源核心电路， 包括第一 MOS 管。
29、 MN1、 第二 MOS 管 MN2、 第三 MOS 管 MN3 和第四 MOS 管 MN4。MN1、 MN2、 MN4 的漏极分别作为电流源核心电路的第一端 1、 第二端 2、 第三端 3 与电流偏置电路相连接， MN1、 MN2、 MN4 的源极作为电流源核心电路的第四端 4- 接至外部 电源电压的负端 VDD-， MN4 的栅极和漏极连接在一起并与第三 NMOS 管 MN3 的栅极相连接， MN3的漏极与MN2的源极连接在一起， MN1、 MN2的栅极分别接至偏移电压电路的两个输出端 VOUT1 和 VOUT2。 说 明 书 CN 103425177 A 7 5/7 页 8 0048 如。
30、将电路中所有的 PMOS 换成 NMOS， NMOS 换成 PMOS， 将对应端子的极性互换， 该基 准电流源仍具有相同的特性。 0049 MOS 管 MN1、 MN2 工作于亚阈值区， MN3 工作于深线性区作为 MOS 电阻， MN4 工作于 饱和区为 MOS 电阻提供偏置电压， 电流偏置电路保证流过各支路的电流成比例关系， 设 MOS 管 M1、 M2 两端的偏移电压为 ， 通过计算可得 MOS 电阻 MN3 两端的电压 VDSR： 0050 0051 其中， 是亚阈值斜率因子， kB为波尔兹曼常数， e 为电子的电量， T 表示绝对温 度， K 由 MOS 管宽长比决定， 令 与温度和。
31、工艺均无关。 0052 本发明的电流源的输出电流的温度系数可以表示为 ： 0053 0054 显然， 可以通过调整 的大小从而得到零温度系数的电流。 0055 本发明的电流源的工艺偏差对输出电流的影响可以表示为 ： 0056 dI(P)=d(P)+d(P) 0057 其中， I(P) 表示输出电流对工艺的函数关系， (P) 表示载流子迁移率对工艺的 函数关系， (P) 表示 对工艺的函数关系， d 表示随工艺的变化量。 0058 可见， 可以通过调整随工艺变化的趋势使之与载流子迁移率的趋势相反， 从 而补偿由于工艺偏差对输出电流的影响。 0059 这里， 偏移电压 可以通过偏移电压电路产生。 。
32、0060 电流偏置电路， 包括 PMOS 管 MP1、 MP2、 MP3， MP1、 MP2、 MP3 的栅极和 MP2 的漏极连 接在一起作为电流偏置电路的第二输入输出端 2， MP1、 MP2、 MP3 的源极连接在一起作为电 流偏置电路的第四端4+接至外部电源电压的正端VDD+， MP1、 MP3的漏极分别作为电流偏置 电路的第一输入输出端 1、 第三输入输出端 3， 电流偏置电路的第一输入输出端 1、 第二输入 输出端 2、 第三输入输出端 3 分别与电流源核心电路的第一输入输出端 1、 第二输入输出端 2、 第三输入输出端 3 相连接。MP1、 MP2、 MP3 构成电流镜结构， 流。
33、过 MP1、 MP2、 MP3 各自的电 流与其宽长比成比例关系。 0061 这里的电流偏置电路可以是一个简单电流镜， 电流镜可以是 N 型电流镜， 也可以 是 P 型电流镜， 本领域的技术人员应清楚电流镜的电路结构和作用。 0062 这里的电流偏置电路也可以是 Cascode 结构的电流镜或者带运放的电流镜。 0063 图 6 是采用 Cascode 电流镜作偏置电流电路的本发明的基准电流源的结构示意 图。 0064 图 7 是采用带运放的电流镜作偏置电流电路的本发明的基准电流源的结构示意 图。 0065 这里的输出级单元可以是 NMOS 管构成的 N 型输出级， NMOS 管的栅极与电流源。
34、核 心电路的第四 MOS 管的栅极连接在一起， 源极接至电源电压的负端， 漏极连接外部电路， 输 出基准电流从 NMOS 管的漏极流向源极。 说 明 书 CN 103425177 A 8 6/7 页 9 0066 这里的输出级单元也可以是PMOS管构成的P型输出级， PMOS管的栅极与电流偏置 电路中对应节点相连接， 源极接至电源电压的正端， 漏极接外部电路， 输出基准电流从 PMOS 管的源极流向漏极。 0067 偏移电压电路， 可以是任何形式的采用晶体管、 电阻、 电容等 CMOS 集成电路器件 制作的电路， 偏移电压电路应具备两个输出端以分别与电流源核心电路连接， 为使基准电 流源具备温。
35、度补偿的特性， 偏移电压电路的产生的偏移电压应是随温度保持基本恒定的 ； 为使基准电流源具备工艺补偿的特性， 偏移电压随工艺偏差的变化趋势还需与载流子迁移 率相反。 0068 图 8 是一种偏移电压电路的结构示意图 ： MOS 管 MP9、 MP10、 MP11、 MP12 的源极相连 并接至电源电压的正端， 栅极相连作为偏移电压电路的偏置电压输入端 VBP ； MN6、 MP5 的栅 极与 MN6、 MP9 的漏极连接在一起 ； MP5、 MP6 的源极相连并接至 MP10 的漏极 ； MP6、 MP7、 MN7 的栅极和 MN7、 MP11 的漏极连接在一起， MP7、 MP8 的源极相连。
36、并接至 MP12 的漏极 ； MN8、 MN9 的栅极与 MN8、 MP6 的漏极连接在一起 ； MN6、 MN7、 MN8、 MN9 的源极和 MP5、 MP7 的漏极连接在 一起并接至电源电压的负端。MP7 的栅极作为第一相对电压的输出端 VOUT1， MP8 的栅极和 漏极相连作为第二相对电压的输出端 VOUT2。 0069 需要说明的是 ： 偏置电压输入端 VBP 可以通过外部提供， 作为一种优选的方式， 偏 置电压输入端可以由电流偏置电路中 MP3 的栅极电压提供， 即偏移电压电路的偏置电压输 入端接至电流偏置电路中 MP3 的栅极。 0070 MN8、 MN9、 MP9、 MP10。
37、、 MP11、 MP12 工作在饱和区构成电流镜结构保证流过各自支路 的电流与相应 MOS 管的宽长比成正比， MN6、 MN7、 MP5、 MP6、 MP7、 MP8 工作在亚阈值区， 所产 生的偏移电压 0071 0072 其中， VTHP10、 VTHP9、 VTHP11、 VTHP12、 VTHN7、 VTHN6代表 MOS 管 MP10、 MP9、 MP11、 MP12、 MN7、 MN6 的阈值电压， KP9、 KP12、 KN6、 KP10、 KP11、 KN7表示 MOS 管 MP9、 MP12、 MN6、 MN10、 MP11、 MN7 的宽 长比， 是亚阈值斜率因子， kB。
38、为波尔兹曼常数， e 为电子的电量， T 表示绝对温度。 0073 调整 MOS 管的宽长比， 使 KP9KP12KN6=KP10KP11KN7， 可以得到与温度无关的偏移电压 ： 0074 0075 MOS 管的阈值电压与管子的类型和管子和宽长比有关， 调整管子的类型和宽长比 可得到随工艺偏差变化趋势与载流子迁移率相反的偏移电压 。 0076 图 9 给出了另一种偏移电压电路的结构示意图 ： MOS 管 MP13、 MP14 的源极相连并 接至电源电压的正端， MP13、 MP14 的栅极相连并接至 MP13 的漏极， MN10、 MN11 的漏极分别 与 MP13、 MP14 的漏极相连，。
39、 MN10、 MN11 的源极相连并接至 MN12 的漏极， MP12 的栅极 VBN 作 为偏移电压电路的偏置电压输入端 ； MN10 的栅极作为第一相对电压的输出端 VOUT1， MN11 的栅极与其漏极相连作为第二相对电压的输出端 VOUT2。 0077 需要说明的是 ： 偏置电压输入端 VBN 可以通过外部电压提供， 作为一种优选的方 式， 偏置电压输入端可以由电流源核心电路中 MN3 的栅极电压提供， 即偏移电压电路的偏 置电压输入端接至电流源核心电路中 MN3 的栅极。 说 明 书 CN 103425177 A 9 7/7 页 10 0078 MN10 和 MN11 工作在亚阈值区。
40、， 流过 MN10 和 MN11 的电流相同， 则 MN10 和 MN11 的 栅源电压之差， 即偏移电压 ： 0079 0080 K10 和 K11 分别是 MN10 和 MN11 的宽长比， VTH10、 VTH11分别是 MN10 和 MN11 的阈值 电压， MOS 管 MN10 和 MN11 是不同类型的管子， 其阈值电压的值和温度系数都是不相同的， 通过选择 MN10 和 MN11 的管子类型， 并调节 MN10 和 MN11 的宽长比， 可以产生所需要的偏移 电压 。 0081 图 10 偏移电压电路输出的偏移电压的示意图。偏移电压基本随对温度的变化不 敏感， 而且随工艺偏差变化。
41、的趋势与由载流子迁移率变化趋势相反。图 11 是本发明的基准 电流源的输出电流示意图。图 10、 图 11 中的实线、 虚线表示的含义与图 2 相同， 不再赘述。 0082 通过图 10、 图 11 可以看到由于在电流源核心电路中 MN1 和 MN2 的栅极之间存在 一个随温度变化不敏感、 而工艺变化趋势与载流子迁移率趋势相反的偏移电压， 改变了 MOS 电阻两端电压的温度系数和工艺特性， 从而实现了温度补偿和工艺补偿的目的， 输出电流 随温度和工艺偏差的变化均很小。 0083 综上， 本发明的低功耗温度和工艺补偿的高稳定度基准电流源将电流源核心电路 的第一 MOS 管和第二 MOS 管的栅极。
42、之间接入一个偏移电压， 改变了 MOS 电阻两端电压的温 度系数和工艺特性， 从而实现温度和工艺补偿。 由于采用亚阈值电路技术， 该基准源还具有 低功耗的特点。 0084 本领域的普通技术人员将会意识到， 这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理， 应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合， 这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。 说 明 书 CN 103425177 A 10 1/4 页 11 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103425177 A 11 2/4 页 12 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103425177 A 12 3/4 页 13 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103425177 A 13 4/4 页 14 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103425177 A 14 。