專利名稱：一種完全與標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的新型溫度補(bǔ)償電流源。
背景技術(shù)：
電流源是CMOS集成電路中非常重要的基本電路之一，它為芯片中其它模塊提供正常工作所必需的偏置電流，因此它的性能也很大程度上影響了整個(gè)芯片的性能。與溫度無(wú)關(guān)的電流源廣泛應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、Viterbi解碼器中。目前，多數(shù)應(yīng)用的電流源溫度系數(shù)較高，大于IOOOppm/°C，不能滿足高精度電路對(duì)參考電流源的要求。雖然近年來(lái)出現(xiàn)了一些能夠?qū)崿F(xiàn)低溫度系數(shù)的電流源，但是它們通常來(lái)源于雙極型帶隙基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，占用面積大，制造成本高；有些甚至需要在BiCMOS 的工藝下實(shí)現(xiàn)，不能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容。因此，設(shè)計(jì)得到一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、占用芯片面積小，溫度系數(shù)低、完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的恒定電流參考源是CMOS高性能集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域需要解決的一項(xiàng)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提共一種完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的新型溫度補(bǔ)償電流源。本發(fā)明能克服現(xiàn)有技術(shù)的電流源面積大、電流隨溫度變化明顯、制造工藝成本高的缺點(diǎn)，迎合當(dāng)今電子產(chǎn)品對(duì)模擬電流源的要求。本發(fā)明的新型溫度補(bǔ)償電流源由四個(gè)NMOS管、三個(gè)PMOS管、一個(gè)補(bǔ)償電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器組成。運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)的兩級(jí)密勒補(bǔ)償運(yùn)算放大器，并自帶偏置電路。 高增益的運(yùn)算放大器保證差分輸入端的電壓相同，其余的四個(gè)NMOS管、三個(gè)PMOS管和一個(gè)補(bǔ)償電阻構(gòu)成了溫度補(bǔ)償電流源的主體電路，利用電阻、MOS管的遷移率和閾值電壓的不同溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)了一種溫度系數(shù)低、面積小、完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的新型溫度補(bǔ)償電流源。具體而言，本發(fā)明提出的一種完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的新型溫度補(bǔ)償電流源由PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、7，補(bǔ)償電阻8，運(yùn)算放大器9經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS 管4、5、6，NMOS管1、2、3、7，補(bǔ)償電阻8為電流源的主體電路，利用電阻、遷移率、閾值電壓的不同溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)電流源的溫度補(bǔ)償；運(yùn)算放大器具有很高的增益，以保證運(yùn)算放大器的輸入端所連接的節(jié)點(diǎn)電壓相同。本發(fā)明中，新型溫度補(bǔ)償電流源的主體電路由PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、7，補(bǔ)償電阻8經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS管4、5、6的源極接電源，柵極與放大器的輸出端觀相連接，補(bǔ)償電阻8的一端與PMOS管4的漏極相連，另一端與連接成二極管形式的NMOS管 1的柵極相連，NMOS管1、2、3的源極均接地，NMOS管2的漏極與PMOS管5的漏極、NMOS管 7的柵極連接在一起，NMOS管7的漏極與PMOS管6的漏極連接，源極與連接成二極管形式的NMOS管3相連。PMOS管4、5、6，NM0S管1、2、3、7均工作在飽和區(qū)，其中，NMOS管2、3的尺寸相同，PMOS管4、5、6的尺寸相同，以保證三條支路的電流相等，補(bǔ)償電阻8的電阻值與 NMOS管3的跨導(dǎo)在同一量級(jí)、并在版圖設(shè)計(jì)中保證NMOS管1、2的閾值電壓相差較小，以滿足實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償電流源的基本條件，NMOS管1的尺寸較大以滿足整體環(huán)路的穩(wěn)定要求。本發(fā)明中，應(yīng)用運(yùn)算放大器9保證節(jié)點(diǎn)10、11電壓相等，它由PMOS管20 25， NMOS管12 19，電阻27，補(bǔ)償電容沈經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS管20、21連接成電流鏡的形式，NMOS管12 15連接成共源共柵電流鏡的模式，電阻27連接在NMOS管13的源極與地之間，它們共同組成了放大器的偏置電路；PMOS管22鏡像PMOS管21的電流，為運(yùn)算放大器的第一級(jí)提供尾電流源，PMOS管M、25構(gòu)成差分輸入對(duì)形式，NMOS管16、17為差分輸入管的電流鏡負(fù)載；NMOS管19作為第二級(jí)運(yùn)放的輸入管，它的柵極與第一級(jí)運(yùn)放的輸出端四相接，PMOS管23的漏極與NMOS管19的漏極相連，作為NMOS管19的負(fù)載，工作在線性區(qū)的NMOS管18的柵極與PMOS管21的漏端相接，匪OS管18與電容沈串聯(lián)在第一級(jí)運(yùn)放的輸出端與第二級(jí)運(yùn)放的輸出端之間，形成動(dòng)態(tài)的密勒補(bǔ)償，運(yùn)放的輸出端觀與PMOS管 4、5、6的柵極連接在一起。其中，除了 NMOS管18工作在線性區(qū)，其他MOS管均工作在飽和區(qū)，為了實(shí)現(xiàn)低功耗、高增益的特點(diǎn)，MOS管的柵長(zhǎng)大于1 μ m，偏置電流、MOS管的寬長(zhǎng)比較小。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的溫度補(bǔ)償電流源具有完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容、溫度系數(shù)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，面積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種模擬電路、模數(shù)混合電路中。


圖1 本發(fā)明完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源的電路實(shí)現(xiàn)圖。圖2本發(fā)明中應(yīng)用的運(yùn)算放大器的電路實(shí)現(xiàn)圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、2、3、7、12、13、14、15、16、17、18、19 為 NMOS 管，4、5、6、20、21、22、 23、24、25為PMOS管，8為補(bǔ)償電阻，9為運(yùn)算放大器，26為補(bǔ)償電容，27為偏置電阻，10、11 為運(yùn)算放大器的輸入端口，28為運(yùn)算放大器的輸出端口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例1本發(fā)明示例性的整個(gè)溫度補(bǔ)償電流源的電路實(shí)現(xiàn)如圖1所示。圖中，PMOS管4、5、 6接成電流鏡的形式以保證三條之路的電流相等，運(yùn)算放大器9有足夠高的增益使得節(jié)點(diǎn) IOUl的電壓相等，即得到電阻8與NMOS管1的柵源電壓之和等于NMOS管3、7的柵源電壓之和，通過(guò)這一等式關(guān)系，使得參考電流源能夠利用電阻、MOS管遷移率、閾值電壓的不同溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，從而得到一個(gè)溫度系數(shù)較低的參考電流源。其中，PMOS管4、5、6的源極接電源，柵極與放大器的輸出端觀相連接，補(bǔ)償電阻8的一端與PMOS管4的漏極相連， 另一端與連接成二極管形式的NMOS管1的柵極相連，NMOS管1、2、3的源極均接地，NMOS管 2的漏極與PMOS管5的漏極、NMOS管7的柵極連接在一起，NMOS管7的漏極與PMOS管6 的漏極連接，源極與連接成二極管形式的NMOS管3相連。PMOS管4、5、6，NMOS管1、2、3、8
4均工作在飽和區(qū)，其中，NMOS管2、3的尺寸相同，PMOS管4、5、6的尺寸相同，以保證三條支路的電流相等，補(bǔ)償電阻8的電阻值與NMOS管3的跨導(dǎo)在同一量級(jí)、并在版圖設(shè)計(jì)中保證 NMOS管1、2的閾值電壓相差較小，以滿足溫度補(bǔ)償所需的假設(shè)條件，NMOS管1的尺寸應(yīng)較大以滿足整體環(huán)路穩(wěn)定的要求。圖2所示為圖1中運(yùn)算放大器9的電路實(shí)現(xiàn)。圖中PMOS管20、21連接成電流鏡的形式，NMOS管12 15連接成共源共柵電流鏡的模式，電阻27連接在NMOS管13的源極與地之間，它們共同組成了放大器的偏置電路；PMOS管22鏡像PMOS管21的電流，為運(yùn)算放大器的第一級(jí)提供尾電流源，PMOS管M、25構(gòu)成差分輸入對(duì)形式，NMOS管16、17為差分輸入管的電流鏡負(fù)載；NMOS管19作為第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸入管與第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端四相接，PMOS管23作為NMOS管19的負(fù)載，工作在線性區(qū)的NMOS管18與電容沈串聯(lián)在第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端與第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端之間，NMOS管18的柵極與PMOS管21的漏端相接，形成動(dòng)態(tài)的密勒補(bǔ)償，運(yùn)算放大器的輸出端觀與電流源主體電路中的PMOS管4 6的柵極連接在一起。其中，除了 NMOS管18工作在線性區(qū)，其他MOS 管均工作在飽和區(qū)，為了實(shí)現(xiàn)低功耗、高增益的特點(diǎn)，所有MOS管的柵長(zhǎng)均大于1 μ m，M0S管的寬長(zhǎng)比較小。本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的溫度補(bǔ)償電流源具有完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容、溫度系數(shù)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，面積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種模擬電路、模數(shù)混合電路中。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 所作出的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源，其特征在于由PMOS管0、5、6)、 NMOS管(1、2、3、7)、補(bǔ)償電阻(8)、運(yùn)算放大器(9)經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，運(yùn)算放大器具有高增益，保證運(yùn)算放大器的輸入端所連接的節(jié)點(diǎn)電壓相同，PMOS管G、5、6)、NM0S管(1、2、 3、7)、補(bǔ)償電阻⑶組成電流源的主體電路，電阻、MOS管的遷移率和閾值電壓的不同溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)電流源的溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源，其特征在于所述的主體電路由PMOS管G、5、6)、NM0S管(1、2、3、7)經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS管(4、5、 6)的源極接電源，柵極與放大器的輸出端08)相連接，補(bǔ)償電阻(8)的一端與PMOS管(4) 的漏極相連，另一端與連接成二極管形式的NMOS管(1)的柵極相連，NMOS管(1、2、；3)的源極均接地，NMOS管⑵的漏極與PMOS管(5)的漏極以及NMOS管(7)的柵極連接在一起， NMOS管(7)的漏極與PMOS管(6)的漏極連接，NMOS管(7)的源極與連接成二極管形式的 NMOS管(3)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源，其特征在于所述的電流源主體電路中，所有MOS管均工作在飽和區(qū)，其中，NMOS管0、3)的尺寸相同， PMOS管0、5、6)的尺寸相同，補(bǔ)償電阻⑶的電阻值與NMOS管(3)的跨導(dǎo)在同一量級(jí)、并在版圖設(shè)計(jì)中保證NMOS管(1、2)的閾值電壓相差較??；NMOS管(1)的尺寸較大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全與CMOS工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源，其特征在于所述的運(yùn)算放大器電路(9)由PMOS管(20 25)、NMOS管(12 19)、電阻(27)、補(bǔ)償電容(26) 經(jīng)電路連接構(gòu)成；其中，PMOS管(20、21)連接成電流鏡的形式，NMOS管(12 1 連接成共源共柵電流鏡的模式，電阻(XT)連接在NMOS管(1 的源極與地之間，它們共同組成放大器的偏置電路；PMOS管02)鏡像PMOS管的電流，為運(yùn)放的第一級(jí)提供尾電流源，PMOS 管(對(duì)、2幻構(gòu)成差分輸入對(duì)形式，NMOS管(16、17)為差分輸入管的電流鏡負(fù)載；NMOS管 (19)作為第二級(jí)運(yùn)放的輸入管，它的柵極與第一級(jí)運(yùn)放的輸出端09)相接，PMOS管03) 作為NMOS管(19)的負(fù)載，工作在線性區(qū)的NMOS管(18)的柵極與PMOS管Ql)的漏端相接，NMOS管(18)與電容06)串聯(lián)在第一級(jí)運(yùn)放的輸出端與第二級(jí)運(yùn)放的輸出端之間，形成動(dòng)態(tài)的密勒補(bǔ)償，運(yùn)放的輸出端08)與PMOS管0 6)的柵極連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明屬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的新型溫度補(bǔ)償電流源。它由四個(gè)NMOS管、三個(gè)PMOS管、一個(gè)補(bǔ)償電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器組成。運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)的兩級(jí)密勒補(bǔ)償運(yùn)算放大器，并自帶偏置電路。高增益的運(yùn)算放大器保證差分輸入端的電壓相同，其余的四個(gè)NMOS管、三個(gè)PMOS管和一個(gè)補(bǔ)償電阻構(gòu)成了溫度補(bǔ)償電流源的主體電路，利用電阻、MOS管的遷移率和閾值電壓的不同溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)完全與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的溫度補(bǔ)償電流源，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫度系數(shù)低，面積小，成本低，適用于各種模擬電路、模數(shù)混合電路中。
文檔編號(hào)G05F1/567GK102253681SQ20101018056
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者周鋒, 趙喆, 黃圣專 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)