[发明专利]一种完全与标准CMOS工艺兼容的温度补偿电流源

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种完全与标准CMOS工艺兼容的新型温度补偿电流源。

背景技术

电流源是CMOS集成电路中非常重要的基本电路之一，它为芯片中其它模块提供正常工作所必需的偏置电流，因此它的性能也很大程度上影响了整个芯片的性能。与温度无关的电流源广泛应用于模数转换器、数模转换器、Viterbi解码器中。

目前，多数应用的电流源温度系数较高，大于1000ppm/℃，不能满足高精度电路对参考电流源的要求。虽然近年来出现了一些能够实现低温度系数的电流源，但是它们通常来源于双极型带隙基准，结构比较复杂，占用面积大，制造成本高；有些甚至需要在BiCMOS的工艺下实现，不能与标准CMOS工艺兼容。

因此，设计得到一种结构简单、性能稳定、占用芯片面积小，温度系数低、完全与标准CMOS工艺兼容的恒定电流参考源是CMOS高性能集成电路设计领域需要解决的一项重要课题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提共一种完全与标准CMOS工艺兼容的新型温度补偿电流源。本发明能克服现有技术的电流源面积大、电流随温度变化明显、制造工艺成本高的缺点，迎合当今电子产品对模拟电流源的要求。

本发明的新型温度补偿电流源由四个NMOS管、三个PMOS管、一个补偿电阻和一个运算放大器组成。运算放大器的结构为传统的两级密勒补偿运算放大器，并自带偏置电路。高增益的运算放大器保证差分输入端的电压相同，其余的四个NMOS管、三个PMOS管和一个补偿电阻构成了温度补偿电流源的主体电路，利用电阻、MOS管的迁移率和阈值电压的不同温度系数实现了一种温度系数低、面积小、完全与标准CMOS工艺兼容的新型温度补偿电流源。

具体而言，本发明提出的一种完全与标准CMOS工艺兼容的新型温度补偿电流源由PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、7，补偿电阻8，运算放大器9经电路连接构成；其中，PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、7，补偿电阻8为电流源的主体电路，利用电阻、迁移率、阈值电压的不同温度系数实现电流源的温度补偿；运算放大器具有很高的增益，以保证运算放大器的输入端所连接的节点电压相同。

本发明中，新型温度补偿电流源的主体电路由PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、7，补偿电阻8经电路连接构成；其中，PMOS管4、5、6的源极接电源，栅极与放大器的输出端28相连接，补偿电阻8的一端与PMOS管4的漏极相连，另一端与连接成二极管形式的NMOS管1的栅极相连，NMOS管1、2、3的源极均接地，NMOS管2的漏极与PMOS管5的漏极、NMOS管7的栅极连接在一起，NMOS管7的漏极与PMOS管6的漏极连接，源极与连接成二极管形式的NMOS管3相连。PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、7均工作在饱和区，其中，NMOS管2、3的尺寸相同，PMOS管4、5、6的尺寸相同，以保证三条支路的电流相等，补偿电阻8的电阻值与NMOS管3的跨导在同一量级、并在版图设计中保证NMOS管1、2的阈值电压相差较小，以满足实现温度补偿电流源的基本条件，NMOS管1的尺寸较大以满足整体环路的稳定要求。

本发明中，应用运算放大器9保证节点10、11电压相等，它由PMOS管20～25，NMOS管12～19，电阻27，补偿电容26经电路连接构成；其中，PMOS管20、21连接成电流镜的形式，NMOS管12～15连接成共源共栅电流镜的模式，电阻27连接在NMOS管13的源极与地之间，它们共同组成了放大器的偏置电路；PMOS管22镜像PMOS管21的电流，为运算放大器的第一级提供尾电流源，PMOS管24、25构成差分输入对形式，NMOS管16、17为差分输入管的电流镜负载；NMOS管19作为第二级运放的输入管，它的栅极与第一级运放的输出端29相接，PMOS管23的漏极与NMOS管19的漏极相连，作为NMOS管19的负载，工作在线性区的NMOS管18的栅极与PMOS管21的漏端相接，NMOS管18与电容26串联在第一级运放的输出端与第二级运放的输出端之间，形成动态的密勒补偿，运放的输出端28与PMOS管4、5、6的栅极连接在一起。其中，除了NMOS管18工作在线性区，其他MOS管均工作在饱和区，为了实现低功耗、高增益的特点，MOS管的栅长大于1μm，偏置电流、MOS管的宽长比较小。

本发明的优点在于：

本发明所实现的温度补偿电流源具有完全与标准CMOS工艺兼容、温度系数低，结构简单，面积小，成本低等优点，适用于各种模拟电路、模数混合电路中。