CN103955254B - 一种产生多个电流基准的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生多个电流基准的电路。先由一个参考电压和第一电阻通过第一反馈环路生成第一电流基准；然后对第一电流基准做镜相，使镜相电流流过第二电阻；再次通过第二反馈环路，补偿第二电阻的电流，使第二电阻上的电压与前述参考电压相等；这一用于补偿的电流即可作为第二电流基准。也可将第一、第二电流基准求和，得到只与参考电压和第二电阻相关的电流基准。

Description

一种产生多个电流基准的电路

技术领域

本发明涉及半导体集成电路，特别涉及一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路。

背景技术

在模拟电路中的许多应用都要求提供电流或电压基准。电压基准一般利用带隙基准电压生成，电流基准一般借助于基准电压和电阻来生成。不同的应用对电流基准的要求各不相同，比如值的大小、温度系数、准确度等。这样就要求采用大小不同的电阻，或具有不同温度系数，准确度的电阻。

常见的，生成不同电流基准的方法是，针对每一个电流基准，分别使用一个运算放大器，通过反馈环路得到所需的电流，每个反馈环路都有相应的稳定补偿电路。

上述常见的，生成不同电流基准方法的示意图如图2所示。两个运算放大器Amp_0，Amp_1共享电压基准Vref，分别控制控制管Mos_n0、Mos_n1，在电阻Res_0，Res_1上得到电流并分别被电流检测器Isns_0，Isns_1检测，电流源Irf_0，Irf_1分别镜相Isns_0，Isns_1得到输出电流基准，电容Cap_0，Cap_1分别对上述两个控制环路做出补偿。

这种方法存在使用运算放大器或补偿电容过多，成本较高的缺点。

发明内容

本发明解决的问题是，需要多个电流基准时，使用运算放大器或补偿电容过多的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种新的产生多个电流基准的电路,它基于一个参考电压和多个电阻来实现多个电流基准。具体方案是：先由一个参考电压和第一电阻通过第一反馈环路生成第一电流基准；然后对第一电流基准做镜相，使镜相电流流过第二电阻；再次通过第二反馈环路，补偿第二电阻的电流，使第二电阻上的电压与前述参考电压相等；这一用于补偿的电流即可作为第二电流基准。也可将第一、第二电流基准求和，得到只与参考电压和第二电阻相关的电流基准。

如图1所示，本发明公开的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，包括第一电流基准发生器（1）、第二电流基准发生器（2）、输出电流基准（3）；其中的第一电流基准发生器（1）、第二电流基准发生器（2）分别生成基于两个电阻和一个共同参考电压的电流基准；其中的输出电流基准（3）镜相第一电流基准发生器（1）或第二电流基准发生器（2）生成的电流基准，并输出给负载。各组成部分具有以下特征：

第一电流基准发生器（1），其特征在于：至少包括一个电压基准（Vref）、一个运算放大器（Amp_0）、一个参考电阻（Res_0）、一个控制管（Mos_n0）、一个电流检测器（Isns_0）；其中的运算放大器（Amp_0），接收电压基准（Vref）的输出电压Vref，通过反馈环路控制控制管（Mos_n0），使流过电阻（Res_0）的电流等于电压基准与参考电阻的商（Vref/Res_0），此电流被电流检测器（Isns_0）检测。

第二电流基准发生器（2），其特征在于：至少包括一个电流镜（Imr_0）、一个控制管（Mos_p1）、一个镜相管（Mos_n1）、一个电流检测器（Isns_1）；其中的电流镜（Imr_0）镜相电流检测器（Isns_0），此电流流过镜相管（Mos_n1）；通过设置适当的晶体管尺寸，在控制管（Mos_p1）和镜相管（Mos_n1）构成的环路控制下，镜相管（Mos_n1）的栅源电压与控制管（Mos_n0）相等；控制管（Mos_p1）的沟道电流被电流检测器（Isns_1）检测。

输出电流基准（3），其特征在于：至少包括电流源（Irf_0）或电流源（Irf_1）；其中的电流源（Irf_0）镜相第二电流基准发生器（2）中的电流检测器（Isns_0），电流源（Irf_1）镜相第二电流基准发生器（2）中的电流检测器（Isns_1）。

这种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路中的第二电流基准发生器（2）或输出电流基准（3），可以依据相同的原理多次使用，得到不同的电流基准。以单次生成电流基准为例，如图1所示有下面的连接关系：电压基准Vref与运算放大器Amp_0的一个输入端连接于节点Nvrf_0。运算放大器的另一输入端与晶体管Mos_n0的源端、电阻Res_0的一端连接于节点Nvfb_0。运算放大器Amp_0的输出端，晶体管Mos_n0、Mos_n1的栅端连接于节点Nctr_0。晶体管Mos_n0的漏端，电流检测器Isns_0的一端连接于节点Nsns。电流镜Imr_0的一端，晶体管Mos_p1的栅端，晶体管Mos_n1的漏端连接于节点Nmr。电流检测器Isns_1的一端与晶体管Mos_p1的源端相连。晶体管Mos_n1的源端，晶体管Mos_p1的漏端，电阻Res_1的一端连接于节点Nctr_1。电流镜Irf_0，Irf_1镜像Isns_0，Isns_1的电流输出到负载。与电源节点Nvbat相连的有电流检测器Isns_0，电流检测器Isns_1，电流镜Imr_0，电流基准Irf_0、Irf_1。与地参考节点Ngnd相连的有电压基准Vref，电阻Res_0，电阻Res_1。

该方案的优点是，通过较少的运算放大器和补偿电容，基于一个参考电压和多个电阻，产生了多个电流基准。

本发明公开的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，所使用的器件可以是但不限于金属氧化半导体器件（MOSFET），如可以使用其它半导体器件，如双极工艺器件（Bipolar）、双极互补金属氧化物半导体器件（BiCMOS）、绝缘体上硅器件（SOI）等。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：

图1：本发明公开的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路的技术方案示意图；

图2：常见的基于一个参考电压和多个电阻生成多个电流基准的方法的示意图；

图3：本发明公开的具体实施例1；

图4：本发明公开的具体实施例2；

具体实施方式

下面通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，请参阅图3到图4。本领域的技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易的了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明的一个实施例如图3所示。此实施例对图1中的电流检测器，电流镜，电流基准输出进行了具体细化。包括第一电流基准发生器（1）、第二电流基准发生器（2）、输出电流基准（3）。电压基准Vref与运算放大器Amp_0的一个输入端相连于节点Nvrf_0。运算放大器的另一输入端，晶体管Mos_n0的源端，电阻Res_0的一端相连于节点Nvfb_0。运算放大器Amp_0的输出端，晶体管Mos_n0、Mos_n1的栅端相连于节点Nctr_0。晶体管Mos_n0的漏端，电流检测器Isns_p0的漏端和栅端，用作Isns_p0镜相管的晶体管Imr_p0的栅端，用作Isns_p0镜相管并输出电流的晶体管Irf_p0的栅端连接于节点Nsns。晶体管Imr_p0的漏端，晶体管Mos_p1的栅端、晶体管Mos_n1的漏端连接于节点Nmr。兼作控制管和电流检测管的晶体管Mos_p1的漏端、晶体管Mos_n1的源端、电阻Res_1的一端连接于节点Nctr_1。电流镜Irf_p0、Irf_p1镜像Isns_p0、Mos_p1的沟道电流输出到负载。与电源节点Nvbat相连的有：电流检测器Isns_p0的源端，兼作电流检测器的Imr_p0的源端，电流基准Irf_p0、Irf_p1的源端。与地参考节点Ngnd相连的有：电压基准Vref的非运放输入端，电阻Res_0，电阻Res_1的非晶体管端。

本发明的一个实施例如图4所示。此实施例对图1中相关晶体管做了镜相转换，实现了到地的基准电流沉。包括第一电流基准发生器（1）、第二电流基准发生器（2）、输出电流基准（3）。电压基准Vref，运算放大器Amp_0的一个输入端连接于节点Nvrf_0。运算放大器的另一输入端，晶体管Mos_p0的源端，电阻Res_0的一端连接于节点Nvfb_0。运算放大器Amp_0的输出端，晶体管Mos_p0、Mos_p1的栅端连接于节点Nctr_0。晶体管Mos_p0的漏端，电流检测器Isns_n0的漏端和栅端，用作Isns_n0镜相管的晶体管Imr_n0的栅端，用作Isns_n0镜相管并输出电流的晶体管Irf_n0的栅端连接于节点Nsns。晶体管Imr_n0的漏端，晶体管Mos_n1的栅端、晶体管Mos_p1的漏端连接于节点Nmr。兼作控制管和电流检测管的晶体管Mos_n1的漏端，晶体管Mos_p1的源端，电阻Res_1的一端连接于节点Nctr_1。电流镜Irf_n0，Irf_n1镜像Isns_n0、Mos_n1的沟道电流输出到负载，与地参考节点Ngnd相连的有：电流检测器Isns_n0的源端，兼作电流检测器的Imr_n0的源端，电流基准Irf_n0、Irf_n1的源端。与电源节点Nvbat相连的有：电压基准Vref的非运放输入端，电阻Res_0，电阻Res_1的非晶体管端。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。熟悉此领域的技术人员皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所提示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍然由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于，至少包括：第一电流基准发生器(1)、第二电流基准发生器(2)和输出电流基准(3)；

所述第一电流基准发生器(1)至少包括一个电压基准(Vref)、一个运算放大器(Amp_0)、第一参考电阻(Res_0)、第一控制管(Mos_n0)、第一电流检测器(Isns_0)；

所述第二电流基准发生器(2)至少包括一个电流镜(Imr_0)、第二控制管(Mos_p1)、一个镜相管(Mos_n1)、第二电流检测器(Isns_1)；

所述运算放大器(Amp_0)接收所述电压基准(Vref)的输出电压，通过反馈环路控制所述第一控制管(Mos_n0)使流过所述第一参考电阻(Res_0)的电流的电流值等于所述电压基准(Vref)的输出电压的电压值与所述第一参考电阻(Res_0)的电阻值的商；

所述第一电流检测器(Isns_0)检测所述第一参考电阻(Res_0)的电流；

所述电流镜(Imr_0)镜相所述第一电流检测器(Isns_0)，所述电流镜(Imr_0)的镜像电流流过所述镜相管(Mos_n1)；

在所述第二控制管(Mos_p1)和镜相管(Mos_n1)构成的环路控制下，所述镜相管(Mos_n1)的栅源电压与所述第一控制管(Mos_n0)的栅源电压相等；

所述第二电流检测器(Isns_1)检测所述第二控制管(Mos_p1)的沟道电流。

2.如权利要求1所述一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于：所述第二电流基准发生器(2)还包括第二参考电阻(Res_1)其中的，所述第一电流基准发生器(1)、第二电流基准发生器(2)分别生成基于所述第一参考电阻(Res_0)和第二参考电阻(Res_1)以及电压基准(Vref)的输出电压的电流基准；其中的输出电流基准(3)镜相第一电流基准发生器(1)或第二电流基准发生器(2)生成的电流基准，并输出给负载。

3.如权利要求1所述的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于：所述运算放大器的一输入端接收所述电压基准(Vref)的输出电压，所述运算放大器的另一输入端连接所述第一控制管(Mos_n0)的源端和第一参考电阻(Res_0)的一端，所述运算放大器(Amp_0)的输出端连接所述第一控制管(Mos_n0)的栅极，所述第一参考电阻(Res_0)的另一端连接地参考节点，所述第一控制管(Mos_n0)的漏端连接第一电流检测器(Isns_0)。

4.如权利要求1所述的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于：所述第二电流基准发生器(2)还包括第二参考电阻(Res_1)，所述镜相管(Mos_n1)的栅端连接所述第一控制管(Mos_n0)的栅端，所述镜相管(Mos_n1)的漏端连接所述电流镜(Imr_0)和所述第二控制管(Mos_p1)的栅端，所述镜相管(Mos_n1)的源端连接所述第二控制管(Mos_p1)的漏端和第二参考电阻(Res_1)的一端，所述第二控制管(Mos_p1)的源端连接所述第二电流检测器(Isns_1)，所述第二参考电阻(Res_1)的另一端接地参考节点。

5.如权利要求1所述的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于：所述输出电流基准(3)至少包括第一电流源(Irf_0)或第二电流源(Irf_1)；其中的第一电流源(Irf_0)镜相所述第一电流检测器(Isns_0)，第二电流源(Irf_1)镜相所述第二电流检测器(Isns_1)。

6.如权利要求1所述的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于，多个第二电流基准发生器(2)或多个输出电流基准(3)，适于得到不同的电流基准。

7.如权利要求1所述的一种新的基于一个参考电压和多个电阻产生多个电流基准的电路，其特征在于，所述第一电流基准发生器(1)、第二电流基准发生器(2)和输出电流基准(3)所使用的器件为金属氧化半导体器件(MOSFET)、双极工艺器件(Bipolar)、双极互补金属氧化物半导体器件(BiCMOS)或绝缘体上硅器件(SOI)。