[发明专利]一种与电源无关的偏置电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电子电路领域，特别涉及一种与电源无关的偏置电路。

背景技术

偏置电路为电路中的器件提供偏置，使其工作在器件的特定区域，实现电路预定功能。偏置电路必须保证被偏置的电路在工艺、电源电压、温度发生变化后仍然维持在可以接受的工作区，同时不能给电路带来明显的额外电流消耗。偏置器件与被偏置器件之间的失配也会给电路带来极大的影响，这些失配通常包括器件尺寸、阈值电压以及迁移率等。因此，设计一种消耗电流最小而性能最优的偏置电路至关重要。

随着半导体工艺技术的飞速发展，将更多的元件、模块集成到一款芯片中已经成为集成电路设计的不二选择，集成电路设计以及进入SoC时代。SoC对芯片的功耗提出了更高的要求，低电压已成为集成电路发展的主流方向之一。另一方面，随着集成电路的快速发展，集成电路的应用领域不断拓展。一些应用场合，系统电压的波动很大，对集成电路提出新的要求。偏置电路也必须适应这些新的应用环境。

本发明针对以上所述现状，发明了一种可应用工作电压波动大，最低工作电压低，电流消耗小的偏置电路，所述偏置电路在上述工作环境下，能保持稳定的偏置电流或偏置电压输出。

针对偏置电路，早就对其有深入的研究，提出了多种偏置电路，这些偏置电路的应用范围各异。其中，US2007/0236202A1公布了一种偏置发生器(BIASGENERATOR)，如附图2。US2007/0236202A1公布的偏置发生器改进了常用偏置电路(如附图2)的尺寸，从而使偏置电路消耗的电流降低，偏置电路的性能未有降低，把常用偏置电路的应用拓展到低功耗芯片中。该发明虽然一定程度上改善了偏置电路的性能，但是随着工艺尺寸的降低和集成电路应用领域的拓宽，已不能完全满足要求。

200910303373.5公布了一种恒定跨导偏置电路，如附图3，通过偏置模块和反馈模块，使得由该恒定跨导偏置电路偏置的主跨导单元得到非常准确、稳定的跨导，大幅度提高了跨导精度，大大拓宽了电路使用范围。本发明改善了偏置电路的性能，但是由于加入了反馈模块，所以增加了电路的功耗，同时，随着工艺尺寸的缩小，性能下降明显。

发明内容

偏置电路为电路中的器件提供偏置，使其工作在器件的特定区域，实现电路预定功能。偏置电路必须保证被偏置的电路在工艺、电源电压、温度发生变化以及器件之间的失配后仍然维持在可以接受的工作区，同时不能给电路带来明显的额外电流消耗。目前存在的一些偏置电路，但不能完全满足性能和功耗这两方面的要求。针对这一技术难题，本发明引入了共源共栅结构来改善现有偏置电路(如附图2)。然而，集成电路的工作电压不断降低极大的限制了共源共栅结构的应用，所以必须采取低压共源共栅结构。如何将低压共源共栅结构应用于现有偏置电路(如附图2)中，也是一项技术难题。本发明采用一种特殊的电路结构将低压共源共栅结构引入到现有的偏置电路。极大地降低偏置电路产生的偏置电流对电源电压的敏感程度，提高了电路的共模抑制比。在附图2中，场效应管M2和场效应管M1的源极位于不同的电位，所以两场效应管的阈值电压存在较大的差别，相当于两场效应管之间存在很大的失配，导致偏置电流I1或I2偏离理想值。本发明公布的偏置电路消除了体效应，不存在这一缺陷。

为了进一步减低偏置电路的工作电压，本发明公布的偏置电路中的电流镜同样采用低压共源共栅电流镜(如附图4)。

本发明公布的偏置电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第一电流镜、第一电阻、第二电阻。所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管具有相同的沟道类型，所述第一电流镜的沟道类型与第一场效应管类型相反。

所述第一场效应管的源极接地，漏极连接所述第三场效应管的源极，栅极接所述第一电阻的第二端，同时连接所述第二电阻的第一端。

所述第二场效应管的源极接地，漏极连接第四场效应管的源极，栅极连接第三场效应管的漏极和第一电阻的第一端。

所述第三场效应管的源极接第一场效应管的漏极，漏极接第一电阻的第一端，栅极连接第四场效应管的栅极，同时接第二电阻的第二端。

所述第四场效应管的源极接第二场效应管的漏极，漏极接第三电阻的第一端，栅极连接第三场效应管的栅极和第二电阻的第二端。