CN211979540U - 一种简易的零温漂电流偏置电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种简易的零温漂电流偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、MOS管N1、MOS管N2和MOS管N3，所述电阻R1的一端连接电阻R2、三极管Q2的发射极和电源VCC，电阻R1的另一端连接三极管Q1的发射极，电阻R2的另一端连接三极管Q5的发射极，本实用新型的有益效果是：电路结构简单，性能参数稳定可靠；产生的偏置电流将不再受生产工艺的波动而影响，且产生的偏置电流受温度变化影响小，在‑40℃～120℃的温度范围内变化量仅为1.4％左右；电路所需器件少，芯片版图面积可以减小80％以上。

Description

一种简易的零温漂电流偏置电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，具体是一种简易的零温漂电流偏置电路。

背景技术

在集成电路设计领域中，各种功能的集成电路几乎都离不开电流偏置电路。在某些应用中需要用到零温漂的电流偏置电路，即电流偏置的大小不随温度的变化而显著改变。

通常的零温漂电流偏置产生方式如图1和图2所示，首先通过图1的带隙基准电路产生不受温度影响的基准电压Vref。然后通过图2电路产生零温漂电流偏置，图2中的RA和RB为不同材质的电阻，RA为正温度特性的电阻(即当温度升高时RA的阻值将变大)，RB为负温度特性的电阻(即当温度升高时RB的阻值将变小)，恰当地选择RA和RB的阻值，可以使它们的正负温漂相互抵消。又因Vref不受温度影响，所以我们将得到不受温度影响的偏置电流Io。

但是该电路存在一个严重问题：因RA和RB是不同材质的电阻，所以它们受工艺波动的影响是不同的。在某一工艺条件下匹配好RA和RB的阻值使其温漂为0，当工艺条件发生波动时，RA和RB的阻值都会发生变化，此时温漂有可能不再是零。同时，该电路结构复杂，所需器件多，应用成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种简易的零温漂电流偏置电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种简易的零温漂电流偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、MOS管N1、MOS管N2和MOS管N3，所述电阻R1的一端连接电阻R2、三极管Q2的发射极和电源VCC，电阻R1的另一端连接三极管Q1的发射极，电阻R2的另一端连接三极管Q5的发射极，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的基极和三极管Q4的发射极，三极管Q2的集电极连接三极管Q3的发射极和三极管Q1的基极，三极管Q4的基极连接三极管Q3的基极、三极管Q5的基极和MOS管N2的漏极，三极管Q4的集电极连接三极管Q5的集电极、MOS管N1的漏极、MOS管N1的栅极、MOS管N2的栅极和MOS管N3的栅极，MOS管N1的源极连接MOS管N2的源极和MOS管N3的源极，MOS管N3的漏极连接零温漂电流输出端IO。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q3和三极管Q5均为PNP三极管。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述MOS管N1、MOS管N2和MOS管N3均为NMOS管。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述电阻R1为多晶电阻。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述电阻R2为多晶电阻，电阻R1和电阻R2的材质相同。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：电路结构简单，性能参数稳定可靠；产生的偏置电流将不再受生产工艺的波动而影响，且产生的偏置电流受温度变化影响小，在-40℃～120℃的温度范围内变化量仅为1.4％左右；电路所需器件少，芯片版图面积可以减小80％以上。

附图说明

图1为现有技术带隙基准电路图。

图2为零温漂电流偏置电路图。

图3为本实用新型电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图3，实施例1：一种简易的零温漂电流偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、MOS管N1、MOS管N2和MOS管N3，所述电阻R1的一端连接电阻R2、三极管Q2的发射极和电源VCC，电阻R1的另一端连接三极管Q1的发射极，电阻R2的另一端连接三极管Q5的发射极，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的基极和三极管Q4的发射极，三极管Q2的集电极连接三极管Q3的发射极和三极管Q1的基极，三极管Q4的基极连接三极管Q3的基极、三极管Q5的基极和MOS管N2的漏极，三极管Q4的集电极连接三极管Q5的集电极、MOS管N1的漏极、MOS管N1的栅极、MOS管N2的栅极和MOS管N3的栅极，MOS管N1的源极连接MOS管N2的源极和MOS管N3的源极，MOS管N3的漏极连接零温漂电流输出端IO。

因NMOS管N1～N3的宽长比W/L值相同，所以流经N1～N3的电流值相等，

即：

I1＝I2＝Io(公式2)

I1为流过NMOS管N1的电流；

I2为流过NMOS管N2的电流；

Io为流过NMOS管N3的电流，亦为本发明电路的输出电流。

忽略三极管基极电流，从图3中可以看出：

流过三极管Q3的电流与流过NMOS管N2的电流相等，即IQ3＝I2

流过三极管Q4与Q5的电流之和与流过NMOS管N1的电流相等，

即:

IQ4+IQ5＝I1＝I2＝I0 (公式3)

根据带隙基准的理论，IQ4等于流过电阻R1上的电流：

IQ4＝ΔVBE/R1＝VTln(K)/R1(公式4)

式中的系数K为三极管Q2和Q1的发射极电流密度比，近似为常数。

IQ5等于流过电阻R2上的电流：

IQ5＝VBE/R2 (公式5)

电阻R1与R2为同材质的多晶电阻，其温度特性为负温度系数，即：

R＝R0*[1-(T-T0)*C] (公式6)

R为在温度T时多晶电阻的阻值；

R0为在室温(T0)时电阻的阻值；

C为电阻的温度系数；

公式4中，VT＝KT/q为正温度系数约为0.087mV/℃，电阻R1为负温度系娄，所以电流IQ4必然为正温度系数。

公式5中，VBE为负温度系数，约为-2mV/℃,限定多晶电阻的温度系数C<2m,则电流IQ5必为负温度系数。

综合公式3、公式4、公式5和公式6，得到本发明电路的输出电流：

Io＝IQ4+IQ5＝VTln(K)/R1+VBE/R2 (公式7)

只要恰当地设计电阻R1与R2的电阻值比例，就可以使得IQ4与IQ5的正负温度系数相互抵消，从而得到近似零温度系数的输出电流Io。

本实用新型电路的限定条件为：多晶电阻的温度系数C必须小于2m，而对C的具体值没有要求。

实施例2，在实施例1的基础上，图3中Q1～Q5为PNP型三极管，它们的发射极面积比为M：1：1：1：1。N1、N2和N3为NMOS管，它们的宽长比W/L值相同。R1和R2为相同材质的多晶电阻。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种简易的零温漂电流偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、MOS管N1、MOS管N2和MOS管N3，其特征在于，所述电阻R1的一端连接电阻R2、三极管Q2的发射极和电源VCC，电阻R1的另一端连接三极管Q1的发射极，电阻R2的另一端连接三极管Q5的发射极，三极管Q1的集电极连接三极管Q2的基极和三极管Q4的发射极，三极管Q2的集电极连接三极管Q3的发射极和三极管Q1的基极，三极管Q4的基极连接三极管Q3的基极、三极管Q5的基极和MOS管N2的漏极，三极管Q4的集电极连接三极管Q5的集电极、MOS管N1的漏极、MOS管N1的栅极、MOS管N2的栅极和MOS管N3的栅极，MOS管N1的源极连接MOS管N2的源极和MOS管N3的源极，MOS管N3的漏极连接零温漂电流输出端IO。

2.根据权利要求1所述的一种简易的零温漂电流偏置电路，其特征在于，所述三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q3和三极管Q5均为PNP三极管。

3.根据权利要求1所述的一种简易的零温漂电流偏置电路，其特征在于，所述MOS管N1、MOS管N2和MOS管N3均为NMOS管。

4.根据权利要求1所述的一种简易的零温漂电流偏置电路，其特征在于，所述电阻R1为多晶电阻。

5.根据权利要求4所述的一种简易的零温漂电流偏置电路，其特征在于，所述电阻R2为多晶电阻，电阻R1和电阻R2的材质相同。

Images