模拟集成电路电流源基准源
Lecture14_带隙基准源与比较器
带隙基准源与比较器z比较器基本概念z基准源–基准电压源–基准电流源z用途–产生稳定的偏置–为ADC/DAC提供比较基准z要求–与电源无关–与温度无关带隙基准源的性能指标z温度系数（temperature coefficient, TC ）–衡量电压基准输出电压因受环境温度变化而偏离正常值的改变程度，是基准电压最重要的性能指标之一，通常表示为百万分之一每度（ppm/℃）。
V ref 代表常温下带隙基准源的输出电压大小，V MAX 、V MIN 分别代表在整个工作温度范围内输出电压的最大值和最小值。
T MAX 、T MIN 分别代表基准源工作的最高温度和最低温度。
6110−−=−i MAX MIN MAX MIN REFV V TC T T V带隙基准源的性能指标（续）z电源抑制比（PSRR ）–在规定的电源电压变化范围内引起的基准输出电压的变化。
z噪声（noise ）–输出电压的噪声包括两类：宽带热噪声，窄带1/f 噪声（0.1～10Hz ）。
–宽带热噪声较小，可利用简单的RC 滤波器有效滤除。
–窄带噪声是基准内部固有的且不可滤除。
低频1/f 噪声是重要指标。
常用峰峰值Vp-p 来表示。
//DD DDref refV V PSRR V V Δ=Δ带隙基准源的性能指标（续）z导通建立时间（turn-on setting time）–从系统加电开始，到带隙基准源输出电压达到稳定的时间叫导通建立时间,导通建立时间的大小反映了启动电路的性能。
z初始精度（initial accuracy）–初始精度用于衡量带隙基准源输出电压的精确度或容限，即带隙基准源工作时，其输出电压偏离其正常值的大小。
通常用百分数表示。
ADC 、DAC 中带隙基准源指标的确定z 带隙基准源的精度必须优于ADC 、DAC 的精度。
z对于N 位分辨率的ADC 和DAC ，为保持其1/2LSB 精度，基准电压V ref 的绝对精度△V N 及其在△T 温度范围内的温度系数TC 分别为：z基准电压源的噪声峰峰至少应小于1/2LSB 。
使用PTAT电流补偿的基准电流
使用PTAT电流补偿的基准电流作者：源滕谋艳来源：《科技视界》 2014年第33期滕谋艳（深圳创维半导体研究所，广东深圳 518108）【摘要】本文提出了一种使用PTAT电流来做温度补偿的基准电流源电路。
在常见的电压控制的基准电流源的基础上，叠加一路PTAT电流，使得基准电流源实现接近零温度系数的温度特性，同时，使用这种温度补偿方法，基准电路源可以使用正温度系数的电阻，电阻设计时就有了更多的器件选择空间。
通过选择随工艺变化较小的正温度系数电阻，可以得到更高的电流精度。
【关键词】PTAT电流；基准电流源；温度补偿0 前言基准电流源是模拟集成电路设计中一种最基本的电路结构，它给其它的电路模块提供所需要的偏置电流它决定了模拟电路的很多指标。
例如：频率、工作电流、延时等。
随着便携式设备的快速发展，其应用环境越来越多样化。
这对模拟电路的性能也提出了更高的要求。
对应的，基准电路源的电流精度以及温度特性的要求也越来越高。
本文提出了一种使用PTAT电流进行补偿的基准电流源电路。
与几种常见的基准电流源电路对比，其在电流精度及温度特性方面都有很大提升，且大大减小了芯片面积，显著提升了芯片的竞争力。
1 常用基准电流源电路。
在模拟电路设计中，常用的基准电流源电路有3种：使用VTH（电压阈值）为基准的电流源、Widlar电流源（微电流源）、电压控制的基准电流源。
其中，由于电压控制的基准电流源电路具有较高的电流精度，应用很广。
其结构如图1所示。
主要由两部分组成，一部分是零温度系数的基准电压，输出电压为Vref，可以由带隙电路产生。
第二部分是运放形成的负反馈电路。
图1 电压控制的基准电流源根据运放的负反馈原理，可以清晰的得到：Iout=Vref/（R1 +R2）（1）Vref为零温度系数电压，可以由带隙产生，随工艺变化较小，且接近为零温度系数。
为了保证Iout不随温度变化，一般的做法是R1与R2一个选择正温度系数类型电阻，另一个选择负温度系数类型电阻。
电子科大微固学院专业课集成电路原理与设计课件第六章——考研专业全
王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计 2、威尔逊电流镜 – Wilson Current Mirror
通过电流负反馈提高输出电阻，是一种改进型电流镜。
Iout I DS 2 VGS 2 VGS1 I DS1
参考电流Ir恒定
VDS1 (VGS 3 VGS 2 )
VGS3Iout并趋于原稳定值，即Iout 受Vout影响减弱，输出电阻提高。
图6.7威尔逊电流镜
王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计
Rout
ro3
ro
2
1
ro3
gm
3
(13 ) gm1
1 gm2 ro2
rds1
gm
3
ro
集成电路原理与设计
第六章 MOS模拟集成电路
§ 6.1 MOS模拟集成电路基础 6.1.1 MOS模拟集成电路中的元件
§ 6.2 MOS模拟IC子电路 6.2.1 电流源与电流沉 6.2.2 电流镜和电流放大器 6.2.3 基准源 6.2.4 MOS差分放大器 6.2.5 反相放大器 6.2.6 输出级
VDD
R2 R1 R2
VREF对VDD的灵敏度：
VREF
S
VREF
VREF
VREF VDD
1
VDD
VDD VDD
VDD VREF
（a）电阻分压器
（b）有源器件分压器
图6.9 简单分压器
王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计
2、pn结基准电压源 （1）简单的pn结基准源
集成电路运算放大器中的电流源
双端输入 单端输入 双端输入 单端输
入
双端输出
单端输出
Avd bRL / rbe , RL = RC // RL 2 bRL 2 rbe , RL = RC // RL
Rid
Ro Avc
K CMR Ric
2 rbe
2 RC
RC
0
RL / 2REE
b REE / rbe g m rbe
rbe 1 b2REE
把直流电源、Vic 都短路；
RL 两臂各分一半； 两臂的差模信号电流大
小相等、方向相反，同
时流过T4 时抵消，使T4 无差模电流、也无差模
电压，T4、 R1 可视作短
路（或开路）， 这里作短路处理；对于RW：两臂各分一半。
Avd
=
r be
b RL
1 b
RW
= 80 3.3 // 5.5 48
2 1.3 81 0.025
例2：b = 80 V BE = 0.2V rce = 50k
一、估算Q点：
I
CQ 4
I
R
V
CC V EE
R3 R2
=
24 5.7
4.2mA
I CQ1 = I CQ2 = I CQ4 2 = 2.1mA
V V V V I R =
=
CEQ1
CEQ 2
CC
E1
CQ1 C
= 12 0.2 2.13.3 5V
KCMR =
Avd Avc
K CMR
=
20 lg
Avd Avc
dB
（1）双端输出时KCMR为无穷大
K A A =
CMR
vd
vc
（2）单端输出时共模抑制比
CMOS-模拟集成电路课件-电流源与电流镜
+ VTHN+2VOD
W/(4L)
VB
-
M4
VDD
W/L
M0
W/L
M1
IREF
Z +
VOUT IOUT=IREF
W/L +
VOD -
M3
VOD -
+
W/L
+
VOD -
M2
VOD -
例4：自偏置 增加R使得 IREFR = VOD，
VGS1 = VTHN + VOD 这样,
VB= VTHN + 2VOD
IOUT
(W (W
/ L)2 / L)1
I REF
IOUT与IREF的比值由器件尺寸的比率决定，不受工艺 和温度的影响。设计者可以通过器件的尺寸比来调整 输出电流的大小。
在λ=0的情况下 ！
2024/10/19
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• 例子:
– 在电流镜电路的实际设计中，通常采 用叉指MOS管，每个“叉指”的沟道 长度相等，复制倍数由叉指数决定， 减小由于漏源区边缘扩散所产生的误 差，以减小器件的失配造成的电流失 配。.
2024/10/19
VDD IREF
+ VOD R
-
VB = 2VOD +VTHN VOUT
IOUT=IREF
+
M0 X
VOD
M3
Y+
VGS = +
VOD
M1 VOD +VTHN M2
-
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-
小结
• 工作在饱和区的MOS晶体管可以充当电流源 • 基本电流镜—基于电流复制 • 共源共栅电流镜—提高复制精度 • 大输出摆幅共源共栅电流源—使得输出的下限等
模拟集成电路中的直流偏置——BJT电流源电路
模拟电子技术知识点：BJT电流源电路集成电路——将一定功能的电路集成在一块零点几～几mm2的硅片上，具有体积小、性能好的特点。
在集成电路中制造一个三端器件比制造一个电阻所占用的面积小，也比较经济。
所以常采用BJT或FET 制成电流源，来给放大电路提供静态偏置。
BJT和FET的输出特性在放大区内均具有近似恒流的特性，而且它们的动态输出电阻值也很高，因而可以直接利用或稍加改进，就能获得一些较好的电流源，以使模拟集成电路能获得稳定的直流偏置。
1. 镜像电流源BE1BE2=V V E1E2=I I C1C2=I I 设T 1、T 2的参数全同即β1＝β2，I CEO1＝I CEO2当BJT 的β较大时，基极电流I B 可以忽略I o ＝I C2≈I REF ＝R V V R V V V EE CC EE BE CC )(+≈---代表符号结论：当R 确定后→ I REF 确定→I C2确定→ I C2是I REF 的镜像。
动态输出电阻2B 12CE 2C o )(I v i r -∂∂=一般r o 在几百千欧以上1. 镜像电流源特点：①T1管对T2管具有温度补偿作用，所以温度稳定性好；②IREF 受电源变化的影响大，故要求电源十分稳定；③适用于较大工作电流（mA级），因为在集成电路中很难实现大电阻R。
1. 镜像电流源2. 微电流源2. 微电流源e2BE2BE1R V V -=E2C2O I I I ≈=e2BE R V ∆=结论：ΔV BE 数值很小→ 采用较小的R e 即可获得微小的工作电流（μA 级）。
模拟电子技术知识点：BJT电流源电路。
模拟电路电流源
模拟电路电流源在电路设计和分析中，模拟电路电流源起到了非常重要的作用。
它可以稳定地提供电流，保证电路正常运行。
本文将探讨模拟电路电流源的原理、分类以及应用。
一、模拟电路电流源的原理模拟电路电流源是一种能够提供恒定电流输出的电路元件。
它可以看作是一个普通电路中的电流放大器，对输入电流进行放大，从而获得所需的恒定输出电流。
二、模拟电路电流源的分类根据电流的来源和性质，模拟电路电流源可以分为主动电流源和被动电流源。
1. 主动电流源主动电流源是通过将电源电压转换为恒定电流输出的电路。
常见的主动电流源包括电流镜、差动对、晶体管电流源等。
- 电流镜电流镜是一种常用的主动电流源。
它由两个晶体管组成，其中一个作为控制管，另一个作为输出管。
通过调节控制管的电流，可以实现恒定电流输出。
- 差动对差动对也是一种常见的主动电流源。
它由两个晶体管共同组成，通过调节输入电压，使得输出电流保持恒定。
- 晶体管电流源晶体管电流源是一种通过晶体管来实现恒定电流输出的电路。
通过调节晶体管的基极电压，可以控制输出电流的大小。
2. 被动电流源被动电流源是利用电阻和电压源来实现电流的恒定输出。
常见的被动电流源有电阻电流源和电压源与电阻组合。
- 电阻电流源电阻电流源是通过串联电阻来实现电流的恒定输出。
根据欧姆定律，通过电阻的电压与通过电阻的电流成正比，可以通过选取合适的电阻值来实现所需的恒定输出电流。
- 电压源与电阻组合电压源与电阻组合也可以实现恒定电流输出。
通过选取合适的电压源和电阻值，使得根据欧姆定律得到的电流保持恒定。
三、模拟电路电流源的应用模拟电路电流源广泛应用于各种电路设计中。
以下是几个常见的应用示例。
1. 增益放大器在放大器电路中，模拟电路电流源可以作为某个阶段的偏置电流源，以提供稳定的工作点，保证放大器具有良好的线性特性和稳定性。
2. 滤波电路在滤波电路中，模拟电路电流源可以作为电容器充放电的电流源，控制信号的频率响应和滤波效果。
电流源在模拟集成电路中的作用
电流源在模拟集成电路中的作用嘿，朋友！咱今天来聊聊电流源在模拟集成电路里那非同小可的作用。
你想想看，模拟集成电路就像一个庞大的城市，而电流源呢，那就是这座城市里稳定可靠的供电站。
要是没有稳定的供电，城市里的各种设施还不得乱套呀？电流源能为电路提供稳定的电流，这就好比一个人的心脏，源源不断地为身体输送血液。
在模拟集成电路里，它能让各个部分都得到恰到好处的能量支持，从而正常工作。
如果电流源出了问题，那整个电路就像没吃饱饭的人，有气无力，啥也干不好。
比如说放大器吧，它要想放大信号，就得有稳定的电流支持。
电流源就像是放大器的坚强后盾，给它提供持续不断且稳定的动力。
要是电流源不稳定，一会儿大一会儿小，那放大器放大出来的信号不就乱套了？这就像你跑步，一会儿有人在后面猛推你，一会儿又拉你，你能跑得顺溜吗？再说说滤波器，它要对不同频率的信号进行筛选和处理。
电流源要是不稳定，滤波器的性能也会大打折扣，就好比筛子的网眼一会儿大一会儿小，还能筛出你想要的东西吗？电流源还能提高电路的精度和性能。
你知道吗？就像一位精细的工匠，只有手里的工具足够好，才能打造出精美的作品。
电流源就是那精良的工具，能让模拟集成电路在处理信号时更加准确、高效。
而且呀，电流源在降低噪声方面也有大功劳。
噪声就像是电路里的“捣蛋鬼”，会干扰正常的信号传输。
电流源能有效地抑制噪声，让信号传输更清晰、更纯净，就像在嘈杂的市场里，给你开辟出一片安静的角落。
总之，电流源在模拟集成电路中那可是至关重要的角色。
没有它，整个模拟集成电路的世界都可能会陷入混乱。
所以呀，咱们可千万不能小瞧了这小小的电流源，它的作用可大着呢！。
【抄来的笔记】模拟电路分类及各类型电路版图注意事项
【抄来的笔记】模拟电路分类及各类型电路版图注意事项1. 模拟集成电路的分类（按频率和功能）1.1. 按频率分类按照被处理信号的频率来分类，有时虽然频率的位数只增加1位，但电路的设计⽅法与低频电路的设计⽅法完全不同。
低频模拟集成电路⾼频模拟集成电路射频模拟集成电路（RF：radio frequency）1.2. 按使⽤功能分类1.2.1. 通⽤模拟集成电路（运放、基准、电压管理、数模转换4⼤电路分类）运算放⼤器（operational amplifier，OP-AMP）、⽐较器和缓冲器运算放⼤器包括⾼速、⾼精度、低噪声、低功耗、轨对轨（rAIl-to-rail）等各种通⽤运算放⼤器。
⽐较器包括⾼速、⾼精度⽐较器。
缓存器主要是对单位增益的输⼊和输出电压的电平转换。
参考基准电压与电流源基准，包括低噪声系数、低噪声电压与电流基准。
电源管理主要包括低压差线性稳压器（low-drop output，LDO）升压与降压式直流电压转换器（direct-current voltage converter，DC-DC）电池充放电保护电路。
数模转换电路（analog-to-digital converter/ digital -to- analog converter）：主要有⾼精度sigma-delta型ADC与DAC电路、⾼速ADC/DAC电路、低功耗ADC/DAC电路。
1.2.2. 专⽤模拟集成电路（⾳频、视频、接⼝、⽆线通讯等专⽤电路）专⽤⾳频放⼤运算放⼤器各种输出类型的放⼤器、⽿机放⼤器、⽴体声放⼤器专⽤显⽰驱动电路发光⼆极管（LED）液晶显⽰（LCD）平板显⽰器（flatpanel）VF、CRT监视器专⽤显⽰驱动电路等专⽤接⼝电路全差分信号与单端信号的接⼝与缓冲器差分与单端信号的接发送器各种标准的以太⽹接⼝电路以及其他标准的专⽤接⼝电路温度传感控制电路温度开关数字与模拟温度传感控制电路硬件温度监控电路其他专⽤模拟集成电路汽车专⽤模拟集成电路⽆线专⽤模拟集成电路通信专⽤模拟集成电路时钟发⽣电路等2. 各种类型电路的版图注意事项2.1. 通⽤模拟集成电路版图注意事项2.1.1. Operational Amplifier 运算放⼤器输⼊级的匹配要对称做好差分对管匹配对称要做好2.1.2. BANDGAP 带隙基准源输出⼀个不随温度变化引起⼤的波动的基准电压/电流电阻要匹配对称三极管要匹配对称差分对管要对称运放内部的镜像元器件要做好对称模块整体⾯积尽可能的⼩2.1.3. LDO 低压差线性稳压器输出⼀个电压给其他电路⽤，⼀般作为电源⽤输出端电阻匹配对称性要⾼电容匹配对称性要⾼运放的元器件对称性要⾼2.1.4. ADC / DAC2.1.4.1. DAC 数模转换利⽤电阻和电容的匹配来实现的电阻电容的匹配性要⾼运放内的元器件对称性要⾼2.1.4.2. ADC 模数转换⾸先采样外界模拟信号，然后内部通过量化⽐较⽣成所需数字信号电阻电容的匹配性要⾼运放内的元器件对称性要⾼模拟信号的采样部分要尽量远离数字信号，做好隔离，其他信号尽量远离采样信号，防⽌⼲扰。
模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第5章无源和有源电流镜PPT课件
常转用换复为制电方流法是先把IREF转换为电压，在由该电压
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77
基本电流镜－等量复制
镜面
基本电流镜
I REF
=
n C ox
W (VGS
VTH ) 2
2L
I out = ff 1( I REF ) = I REF
I REF = f (VGS )
模拟集成电路原理
第5章 无源与有源电流镜
11
本讲 电流镜
基本电流镜
共源共栅电流镜
有源电流镜
电流镜做负载的差分放大器
大信号特性 小信号特性 共模特性
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22
明确几个概念
电流源
Current source
电流沉
Current sink
电流镜
Current Mirror
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基于电阻分压的电流源
电流值对工艺、电源、温度等变 化敏感
不同芯片阈值偏差可达100mV n 、VTH随温度变化
输出电压范围
大于M1管的VOV即可
为了输出电压范围较大，VOV取 典型值200mV
若VTH改变50mV，则IOUT改变44％
I OUT n Cox W ( R2 VDD
L L eff 2
drawn2
2LD= Ldrawn1 Leff 1= Ldrawn1 2LD Ldrawn1 2LD L L drawn2 eff 2 Ldrawn2 2LD Ldrawn2
结论： 取L1=L2，便于 获得期望的精确
电流值
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模拟集成电路中的直流偏置——BJT电流源电路
知识点： BJT电流源电路
BJT电流源电路
➢ 集成电路——将一定功能的电路集成 在一块零点几～几mm2的硅片上，具 有体积小、性能好的特点。
BJT电流源电路
➢ 在集成电路中制造一个三端器件比 制造一个电阻所占用的面积小，也 比较经济。所以常采用BJT或FET 制成电流源，来给放大电路提供静 态偏置。
ro
( iC2 )1 vCE2
IB 2
一般ro在几百千欧以上
BJT电流源电路
1. 镜像电流源
特点：
① T1管对T2ห้องสมุดไป่ตู้具有温度补偿作 用，所以温度稳定性好；
② IREF受电源变化的影响大， 故要求电源十分稳定；
③ 适用于较大工作电流（ mA 级），因为在集成电路中很 难实现大电阻R。
BJT电流源电路
VBE2 = VBE1
IE2 = IE1 IC2 = IC1
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
Io＝IC2≈IREF＝VCC
VBE R
(VEE
)
VCC VEE R
结论：当R确定后→ IREF确定 →IC2确定→ IC2是IREF的镜像。
代表符号
BJT电流源电路
1. 镜像电流源
动态输出电阻
2. 微电流源
BJT电流源电路
2. 微电流源
IO IC2 IE2
VBE1 VBE2 Re2
VBE Re2
结论： ΔVBE数值很小 → 采用较小的Re即可获得微小 的工作电流（μA级） 。
模拟电子技术
知识点： BJT电流源电路
BJT电流源电路
➢ BJT和FET的输出特性在放大区内均 具有近似恒流的特性，而且它们的 动态输出电阻值也很高，因而可以 直接利用或稍加改进，就能获得一 些较好的电流源，以使模拟集成电 路能获得稳定的直流偏置。
《模拟CMOS集成电路设计》5无源与有源电流镜
《模拟CMOS集成电路设计》5无源与有源电流镜
CMOS集成电路设计中，电流镜是一种重要的特性。
有源电流镜和无
源电流镜是典型的两种电流镜，它们的特性、使用和应用有以下不同：有源电流镜通常是指CMOS集成电路中的四期电流镜。
它包括一个有
源放大器、一个有源稳压器、三个有源电流源（I1、I2和I3）和一个有
源电流汇（I4）。
I1、I2和I3是输入端的电流源，I4是输出端的电流汇，且I4=I1+I2+I3、有源电流镜可以在输出端提供一个高精度、一致的电流值，具有良好的纹波抑制能力。
因此它非常适合于用于高精度的运算放大器、运放电路和低噪声稳压电路。
二、无源电流镜
无源电流镜是指CMOS集成电路中的二期电流镜，它只包括两个无源
电流源（I1和I2）和两个无源电流汇（I3和I4），且I4=I1+I2、无源
电流镜比有源电流镜结构简单，占用的空间少，具有较低的成本，因此用
于普通的运算放大器、运放电路和稳压电路。
但无源电流镜的精度低于有
源电流镜，并且具有较大的纹波和噪声。
总之，有源电流镜与无源电流镜在CMOS集成电路设计中有着不同的
应用和特性。
CMOS模拟集成电路设计第5章—电流镜
11
电流镜作负载的差动对
3、电流镜作负载的差动对
• 3.1大信号分析
– Vin1-Vin2足够负时，M1、M3和M4均关断，M2和 M5工作在深线性区，传输的电流为0，Vout=0；
– 随Vin1-Vin2增长，M1开始导通，使ID5的一部分流 经M3，M4开启，Vout增长
– 当Vin1和Vin2相当时，M2和M4都处于饱和区 从VX抽取的电流以单位增益(近似)， 由M3镜像到M4。则，
若2rO1,2>>(1/gm3)||rO3,
• 电路增益：
1
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I ss
15
电流镜作负载的差动对
• 3.3 共模特性
– 电路不存在器件失配时
忽略rO1,2，并假设1/(2gm3,4)<<rO3,4,
9
共源共栅电流镜
– 低电压工作（大输出摆幅）的共源共栅电流镜 如图(a)，共源共栅输入输出短接结构， 为使M1和M2处于饱和区，Vb应满足：
得到
，Vb有解
考察图(b)，所有晶体管均处于饱和区，选择合 适的器件尺寸，使VGS2=VGS4，若选择
M3~M4消耗的电压余度最小(M3与M4过驱动 电压之和)。且可以精确复制IREF。
– 当Vin1=Vin2时，电路的输出电压 Vout=VF=VDD-|VGS3|
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电流镜作负载的差动对
• 3.2 小信号分析
（忽略衬偏效应）
– 方法一
利用 • 计算Gm
得到，
gm1Vin/2
gm1Vin/2 gm2Vin/2
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电流镜作负载的差动对
• 计算Rout
基准电压与电流
20110820模拟CMOS 集成电路设计魏延存等
MOS 管型基准源
MOS 管型分压器
简单的基准电压源可以通过在
电源和地之间的分压来实现。
改进型的MOS 型基准源
——具有自偏置_两对电流镜相互提供偏置电流且正反馈，此时所有管子工作在饱和态
I
V
CC V I REF
I
左边两个电路的左边电路脱离
0电流工作点正常工作，需要 附加一个在加电瞬间起作用的 启动电路——S1S2S3。
为了消除沟道调制效应的影响，得到下面的高精度电压（左）电流（右）源。
它们同样需要启动电路。
I REF
REF
二极管型基准源
负温度系数
CTAT 电压源
CTAT 电流源
正温度系数
PATAT 电压源
PTAT 电流源
带隙基准电压源——与温度无关
CTAT 与PTAT 基准源的电压分量相加。
其互补特性可实现零温度系数。
利用自偏置电路or 运放电路可减小电源对基准电压的影响。
带隙基准电压产生电路
经典带隙基准电压产生电路
V 高精度电流源
通过运放与电阻将基准电压转换为高精度的输出电流。
可以通过改变R 改变输出电流大小。
基准电流源芯片
基准电流源芯片基准电流源芯片（Current Reference Source Chip）是一种用于产生稳定、可靠的电流输出的集成电路芯片。
它在电子设备中起到重要的作用，常被应用于模拟电路、功率管理、传感器电路等领域。
本文将介绍基准电流源芯片的原理、特点以及应用。
一、基准电流源芯片的原理基准电流源芯片的原理是利用稳定的电流源来产生稳定的电流输出。
其内部采用了一系列的电流源和电流比较电路，通过精密的电流控制和反馈机制，使其输出的电流能够保持在一个准确的数值上。
1. 稳定性高：基准电流源芯片具有较高的温度稳定性和电流稳定性，能够在不同的工作温度和电压条件下保持良好的性能。
2. 精度高：基准电流源芯片的输出电流精度通常在几个百分之几甚至更小，能够满足对高精度电流源的需求。
3. 低功耗：基准电流源芯片的功耗较低，能够在电池供电或功耗要求较低的应用中长时间稳定工作。
4. 小尺寸：基准电流源芯片体积小巧，易于集成到各种电子设备中，能够满足紧凑型设计的需求。
三、基准电流源芯片的应用1. 模拟电路：基准电流源芯片常用于模拟电路中，如运算放大器、比较器、滤波器等，能够提供稳定的参考电流，保证电路的准确性和稳定性。
2. 功率管理：基准电流源芯片在功率管理电路中起到关键作用，如电压调节器、电流源控制器等，能够提供稳定的电流输出，保证电路的效率和可靠性。
3. 传感器电路：基准电流源芯片在传感器电路中常用于提供精确的电流源，用于传感器的激励和测量，如温度传感器、光电传感器等。
4. 器件测试：基准电流源芯片在半导体器件的测试和校准中也有广泛应用，能够提供稳定、可靠的电流输出，用于器件参数的测试和校准。
四、基准电流源芯片的选择与应用注意事项1. 选择合适的芯片型号：根据具体应用需求选择合适的基准电流源芯片，考虑其稳定性、精度、功耗等指标。
2. 温度和电压的影响：基准电流源芯片的性能通常会受到温度和电压的影响，需根据实际工作条件进行合理的设计和调整。
使用PTAT电流补偿的基准电流
Science &Technology Vision科技视界作者简介:滕谋艳(1982—),男,湖北孝感人,自动化专业,研究方向为模拟集成电路。
0前言基准电流源是模拟集成电路设计中一种最基本的电路结构,它给其它的电路模块提供所需要的偏置电流它决定了模拟电路的很多指标。
例如:频率、工作电流、延时等。
随着便携式设备的快速发展,其应用环境越来越多样化。
这对模拟电路的性能也提出了更高的要求。
对应的,基准电路源的电流精度以及温度特性的要求也越来越高。
本文提出了一种使用PTAT 电流进行补偿的基准电流源电路。
与几种常见的基准电流源电路对比,其在电流精度及温度特性方面都有很大提升,且大大减小了芯片面积,显著提升了芯片的竞争力。
1常用基准电流源电路。
在模拟电路设计中,常用的基准电流源电路有3种:使用VTH (电压阈值)为基准的电流源、Widlar 电流源(微电流源)、电压控制的基准电流源。
其中,由于电压控制的基准电流源电路具有较高的电流精度,应用很广。
其结构如图1所示。
主要由两部分组成,一部分是零温度系数的基准电压,输出电压为Vref,可以由带隙电路产生。
第二部分是运放形成的负反馈电路。
图1电压控制的基准电流源根据运放的负反馈原理,可以清晰的得到:Iout=Vref /(R 1+R 2)(1)Vref 为零温度系数电压,可以由带隙产生,随工艺变化较小,且接近为零温度系数。
为了保证Iout 不随温度变化,一般的做法是R1与R2一个选择正温度系数类型电阻,另一个选择负温度系数类型电阻。
两者取合适的值后,可以得到温度系数很小的基准电流。
另外,有式1可以看出,这种结构的的输出电流只与电阻相关,因此,同前面提到的另外两种电流源相比有更广的应用。
在要求高精度电流源的地方,电压控制的电流源是首选。
但是这种结构的一个问题是,我们选用负温度系数的电阻类型只有选择POLY 高阻,这种电阻的工艺偏差有20%或者更多,那么,其基准电流源的输出偏差也会在20%以上,在很多应用中,这样的偏差是无法满足要求(一般的要求为10%),往往需要采用trimming(烧熔丝)的方法,来调整Iout,使其片与片的精度符合要求。
50nA带启动电路的高精确基准电流源 ——实验报告
模拟集成电路课程设计——实验报告实验项目：50nA高精度基准电流源设计指导老师：组别：第组年级专业：2009级微电子学学号：姓名：同组组员：实验地点：实验日期：第2周—第10周50nA高精度基准电流源设计第一章引言基准电流源是指在模拟集成电路中用来作为其他电路的电流基准的高精度、低温度系数的电流源。
电流源作为模拟集成电路的关键电路单元，广泛用于运算放大器、A/D转换器、D/A转换器中。
偏置电流源的设计时基于一个已经存在的标准参考电流源的复制，然后输出给系统的其他模块。
因此，电流源的精度直接影响到整个系统的精度和稳定性。
基准电流源是模拟电路所必不可少的基本部件，高性能的模拟电路必须有高质量、高稳定性的电流和电压偏置电压来支撑，它的性能会直接影响电路的功耗、电源抑制比、开环增益以及温度等特性。
本次课设是设计50nA高精度基准电流源。
第二章基准电流源的工作原理基准电流源的一个基本要求是输出基准电流不随电流电压V DD的变化而变化。
为了得出一个对V DD不敏感的解决方法，要求基准电流I REF与输出电流I OUT 镜像，也就是说，I OUT是I REF的一个复制。
图2-1所示就是一种电流复制的电路实现。
其工作原理如下：图2-1 基准电流源的工作原理M1与M2构成一对电流镜结构，因为M1与M2具有相同的尺寸，所以I REF =I OUT 。
但是由于电压V 的作用，M3与M4的V GS 不相等，我们假设M4的宽长比是M3的K 倍，由于V GS3=V GS4+V 即34TH TH V V V =+如果忽略体效应的影响，可得V TH3=V TH4从而V -= 因此22(/)2(1O U T V nC ox WL n I =-μ正如所希望的，电流与电源电压V DD 无关，但仍旧是工艺和温度的函数。
为了消除输出基准电流对温度的影响，我们可以根据电压差V 产生的不同方式，分别采取不同的温度补偿方法。
第三章 基准电流源的性能参数3.1 温漂系数基准电流源的一个重要指标是电流基准在宽温度范围下的工作稳定程度。
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1 4 VR Vt ln 2 3
VREF T0 T R2 5 1 4 T Vgo 1 V nV ln V ln BEO t t T T R 0 1 3 2 3 T0
;
VBE 2mV/C T
(2)由NPN管反向击穿BE结构成的齐纳二极管的击穿电压Vz， Vz=6～9V，它的温度系数：
VZ 2mV/C T
(3)等效热电压Vt＝26mV，温度系数
Vt 0.086 mV/C T
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正向二极管基准电路 齐纳二极管基准电路 具有温度补偿的齐纳基准电路 负反馈基准源电路 参考电压源
VBE 2mV/C T
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齐纳二极管基准电路
(2)由NPN管反向击穿BE结构 成的齐纳二极管的击穿电压Vz， Vz=6～9V，它的温度系数：
VZ 2mV/C T
Vref
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(1) BE结二极管的正向压降VBE, VBE=0.6~0.8V, 他的b1 1
Ic2 2 Ib2 R1 I REF 1I b1 I b1 I b 2 R2
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具有基极电流补偿的恒流源
2 Io 2 Ir 2 2
2
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恒流源和有源负载
一 电流源电路
1. 镜像电流源 基准电流：
I REF
VCC VBE VCC = R R
因为： VBE2 = VBE1
I E2 = I E1
所以： I C2 = I C1 I REF
无论 R c 的值如何， I C2 的电流值将保持不变。
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o
kT0 R2 kT0 J1 1 p ln Vg 0 n R1 q J2 q
可以通过控制有效发射结面积比AEl／AE2或 AE3／AE4及电阻比R2／R1来获得接近零温 度系数的基准源
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3. E／DNMOS基准电压源
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模拟集成电路
.基准源电路
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基准源电路
稳定的电压输出 不随温度变化 低的输出电阻, 不随负载变化
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(1) BE结二极管的正向压降VBE, VBE=0.6~0.8V, 他的温度系数
4. 电流源作有源负载
镜像电流源
共射电路的电压增益为：
R c
rbe
对于此电路Rc就是镜
像电流源的交流电阻， 因此增益比用电阻Rc作负载时大大提高了。
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放大管
恒流源电路
精密匹配电流镜
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PNP基本恒流源及其改进电路
VBE 2mV/C T
VZ 2mV/C T
Vref
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负反馈基准源电路
Vref VB I B 2 VA Vref
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偏置电压源和基准电压源电路
双极型三管能隙基准源 双极型二管能隙基准源 E／DNMOS基准电压源 CMOS基准电压源
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1.双极型三管能隙基准源
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VREF VBE
R2 kT J1 R2 J1 ln VBE Vt ln R3 q J2 R3 J2
VBE T I
C 常数
T T nkT To Vgo 1 T VBE 0 T q ln T o o
;
VBE 2mV/C T
(2)由NPN管反向击穿BE结构成的齐纳二极管的击穿电压Vz， Vz=6～9V，它的温度系数：
VZ 2mV/C T
(3)等效热电压Vt＝26mV，温度系数
Vt 0.086 mV/C T
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具有温度补偿的齐纳基准电路
I DSW I DO W exp VGB / mVt exp VSB / Vt exp VDB / Vt L
次开启区的饱和区
I DSW I DO W exp VGB / mVt exp VSB / Vt L
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VREF
T To
Vgo
只要适当设计R2／R3和J1／J2，即可使在该温度下基准 电压的温度系数接近零
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输出接近为5V的能隙基准源
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2.双极型二管能隙基准源
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VREF T T VBE 0
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VB VBE 2 R2 I b 2
3. 多路电流源
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3. 电流源的改进
Ic2 2 Ib2 R1 I REF 1I b1 I b1 I b 2 R2
• 带缓冲恒流源
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V
' REF
R2 VREF 1 R 1
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4. CMOS基准电压源
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根据MOS晶体管次开启区电特性的理论分析, 当N沟MOSFET工作在次开启区时, 若其源极 电压不为零, 则其漏电流可表示为
I b1 I b 2 I b 2 I b1 I c1 1 I b1 Ic2 2 Ib2 I REF 1 I b1 2 I b1
Ic2 2 Ib2 2 I REF 1 I b1 2 I b1 1 2 2
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I e 2 1I b 2
VBE 2 VB R2 1I b 2 VB VBE1 R1 I b1 R1 1I b1 R1 I b1 1 R2 1I b 2 R2 I b 2 I b 2 R1 I b1 R2
Ic2 2 Ib2 R 1 I REF 1I b1 I b1 I b 2 R2
零温度系数的条件为
T0 R2 5 1 4 Vgo VBEO ln n 1 ln T R1 3 Vt 0 2 3
VREF T T Vg 0 nVt 0
0
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正向二极管基准电路
Vref
温度系数大
内阻较大
芯片面积大
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Vref R1 T R2
R1 Vref 1 VBE R2
解决了大Vref的问题 (1) BE结二极管的正向压降VBE, VBE=0.6~0.8V, 他的温度系数
2. 微电流源
I C2 I E2
VBE1 VBE2 Re2 VBE Re2
由于 VBE 很小，
所以IC2也很小
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I e1 1I b1
VBE1 VB R1 1I b1 I b1, 2 I s expVBE / Vt
1 1 D 1 1 E T T kE E kD D
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其温度系数决定于三个因素
M1，M2的开启电压之差的温度系数， M1，M2漏极电流IDE＝IDD＝ID的温度系 数 沟道电子迁移率的温度系数。
VTD VFBN
QI C
QB C
VFB bi
QI C
QB C
VTE VTD
QB VFB 2 F COX
Q Q VFB bi I B C C
VTE VTD
QI C
VTE VTD 0 T
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VREF
ID ID VTE VTD kE kD
VREF VGSE VGSD T T VTE VTD 1 T 2 ID I D 2 1 1 I D kD kE T
MOS恒流源
I D K VGS VT
W2 L1 Io I REF W1 L2
2
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Wilso恒流源
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4.电流源作有源负载
1.交流电阻大
2.直流电阻小
3.电压范围宽
4.工艺容易实现
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耗尽型和增强型MOS的阈值
增强型
VTE VFB 2 F
耗尽型
QB COX