[发明专利]一种可提供宽范围工作电压的基准电流源

说明书

技术领域

本发明涉及利用结型场效应管来作为基准电流源的微电子领域，特别涉及一种可提供宽范围工作电压的基准电流源。

背景技术

在集成电路设计中，特别是在模拟电路的设计中，经常会需要用到一些基准电流源（也叫恒流源），主要用于为电路内部各种放大器提供基准电流，当然有时也用于一些振荡器的充放电电流或者其它应用。衡量基准电流源性能好坏的主要有几个指标：恒流电流的精度（也叫恒流特性）、工作电压范围、温度特性等。

现有的上述基准电流源，比较常用的实现方法有如下几种：

第一种，通过无源电阻和MOS管来实现。

如图1所示，主要通过无源电阻R来调节基准电流的大小，该基准电流源结构简单。但缺点是：精度较差，基准电流随电源变化而变化，而且如果所需电阻较大，实现起来比较占用版图面积，进而增加芯片成本。

第二种，通过两个MOS管来实现。

如图2所示，通过用MOS管作为有源电阻来调节基准电流的大小，优点是采用MOS管做电阻会比较节省版图面积。但缺点是：该电流基准精度很差，电流随电源波动大。

第三种，通过基准电压和电阻来实现。

如图3所示，Vref为基准电压，Vref基本不随电源电压变化而变化，因此该基准电流精度较高。但缺点是：一是需要一个高精度的基准电压，增加了电路实现的复杂度，而且会带来额外的功耗；二是不能在宽范围的工作电压下正常工作。

第四种，通过PTAT电流源来实现。

如图4所示，是一个与绝对温度成正比的PTAT基准电流源。该基准电流精度较高，不随电源电压变化，适用于对精度要求高的场合。但缺点是：一是不能在宽范围的电源电压下工作，二是电路结构相对比较复杂。

从上面的介绍和分析中可以看出，现有的这些基准电流源电路一般都是由MOS管和电阻的组合，其复杂程度由所需电流基准的精度和其它具体要求决定。上述电流基准还有一个共同的缺点，就是允许电源电压波动的范围都很小。但是在实际应用中，有些电路往往需要用在一些电源电压波动范围比较大的场合，电压波动范围从几个伏特到几十个伏特甚至更大，特别的，比如电源电压在5V～15V变化的工作场合，上述基准电流源电路结构就很难直接满足需求。

为了解决宽工作电压范围的问题，如图5所示，现有技术一般采用如下解决思路：首先对宽范围的输入工作电压进行预处理，即增加一个“电源管理模块”，把输入电压转换成一个较低的且相对稳定的电压，然后再把转换后的电压给“传统基准电流电路”供电。但是如此一来，不仅大大增加了线路的复杂程度，而且实现起来会大幅增加芯片面积，从而增加电路成本。

总之，现有技术的缺点主要为：

第一、    结构比较复杂，需要增加电源管理模块，大大增加了电路的复杂度，也增加了电路的实现成本；

第二、    增加的电源管理模块会消耗功耗，增加了整个电路的电流；

第三、    当工作电压范围发生变化时，电源管理模块又要重新设计，拓展性和适应性较差。

发明内容

本发明提出了一种可提供宽范围工作电压的基准电流源，通过一种特殊的结型场效应管（JFET管）的实现结构，来解决较宽工作电压范围下的基准电流问题。

为了实现上述发明目的，本发明通过采用如下技术方案来实现：

一种可提供宽范围工作电压的基准电流源，包括结型场效应管，所述结型场效应管的结构为一个P沟道的JFET管，其沟道为低浓度的P型注入，可以利用工艺中的现有层次，比如Pbase层或者Pbody层，P型沟道被N+和NWELL完全包围（其中N+指高浓度的N型掺杂区；NWELL指N阱，低浓度N型区），N+和NWELL作为JFET管的栅端，两个SP注入区一个作为JFET管的源端、另一个作为JFET管的漏端（SP指P+，即高浓度的P型区）；SP注入区外围为有源区，把栅端和源端短接后连接到输入工作电压，漏端输出电流，所述P沟道JFET管的夹断电压为Vp（Vp主要取决P型注入的浓度，以及P型注入、NWELL、N+这几个的结深），击穿电压为Vb（Vb主要取决于N+、P型注入的惨杂浓度），当采用单个JFET管来作为基准电流源时，其工作电压范围为Vp～Vb，即Vp＜输入工作电压＜Vb时，输出电流为恒定电流。

一般来说，Vp在2V～3V左右，而Vb可以在10V～15V左右甚至更高，当然，由于不同工艺间的差异，Vp和Vb的大小会有不同。因此，一般来说，如果输入电压在2V～15V之间变化时，该单JFET管电流源就能满足要求。