第9章 基准电流源

基准电流源的原理
基准电流源是一种通过精确控制电流大小并保持其稳定性的电路或设备。

其原理基于欧姆定律和电流稳定性的要求。

基准电流源通常由一个稳定的电流源、参考电阻、稳定的电压源和反馈控制电路组成。

具体原理如下：
1. 稳定的电流源：基准电流源的核心是一个稳定的电流源，其能够提供一个精确定量的电流。

通常使用二极管、稳压管或者特定电流源器件作为稳定电流源。

2. 参考电阻：参考电阻用来控制电流源输出的电流大小。

通过改变参考电阻的阻值，可以调节电流源输出的电流值。

3. 稳定的电压源：稳定的电压源用来提供稳定的工作电压，以便电流源能够正常工作。

常用的稳定电压源包括稳压二极管、Zener二极管等。

4. 反馈控制电路：反馈控制电路用来检测电流源输出的电流值，并根据需要进行调节。

当电流源输出的电流与预定的电流值有偏差时，反馈控制电路会调节参考电阻的阻值，使得输出电流趋近于预定的电流值。

基准电流源的原理就是通过稳定的电流源、参考电阻、稳定的电压源和反馈控制电路的相互配合，实现精确控制和稳定输出所需电流的功能。

基准电流源通常用于各种电流测量和校准的应用中。

福州大学至诚学院《模拟集成电路课程设计》设计报告设计题目：50nA高精度基准电流源设计组别：第五组姓名：陈长毅学号： 210991804同组姓名：许金喜（210991842）系别：至诚学院信息工程系专业：微电子学年级：2009级指导老师：屈艾文实验时间：第二周——第九周一、设计目的设计一个50nA高精度参考电流源（温度范围-40℃~125℃）。

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，广泛应用于运算放大器、A/D转换器、D/A转换器中。

偏置电流源的设计是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。

并且，基准电流源是模拟电路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路来支撑，它的性能会直接影响到电路的功耗、电源抑制比、开环增益以及温度等特性。

所以为了确保到整个系统的精度和稳定性，我们必须引入一种输出基准电流高阶温度补偿的方法确保电流源的高精度。

二、设计内容1、设计指标：PSRR最大做到-30dB。

温度系数最大做到1000ppm/C带启动电路的高精度基准电流源2、MOS管参数的粗略估计；3、电阻参数的估计；三、设计原理和步骤1、L DO中基准电流源的性能指标（1）低电流：LDO由于具有低噪声、低功耗、结构简单以及封装尺寸较小的优点，在便携式电子产品中作为电源转换电路的搭配广泛的应用。

对于低功耗的LDO设计来说，低静态电流的基准电流源具有相当重要的意义和作用。

（2）宽温度范围：该基准电流源的另一个重要指标是，电流基准在宽温度范围下的工作稳定程度。

由于基准电流源LDO内部各个模块提供基准电流，因此，在基准电流源的工作范围内的稳定直接关系到整个芯片能否正常工作。

（3）2、基准电流源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。

基于温度和工艺补偿的基准电流源作者：王春荣1,2,周忠强3,邹衡君,孙天奇,张宗江,傅兴华来源：《电脑知识与技术》2011年第07期摘要：介绍了一个采用温度和工艺补偿电流镜实现的基准电流源。

与绝对温度成正比(PTAT)的电流和与绝对温度互补(CTAT)的电流以一定权重相加产生与温度无关的基准电流。

在Cadence软件平台下用Spectre工具，基于CSMC 0.5um BiCMOS工艺模型对电路进行仿真，仿真结果表明该基准可输出21.52uA的稳定电流，-40~85℃内，温度系数为24.4ppm/℃。

关键词：电流基准；电流镜；共源共栅；与绝对温度互补；与绝对温度成正比中图分类号：TN433文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)07-1686-03Current Reference with Temperature and Process CompensationWANG Chun-rong1,2, ZHOU Zhong-qiang3, ZOU Heng-jun1, SUN Tian-qi2, ZHANG Zong-jiang2, FU Xing-hua2(1.College of Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2.Key Laboratory of Micro-Nano-Electronics and Software of Guizhou Province, Guiyang 550025, China; 3. Southwest Integrated Circuit Design Co.Ltd, Chongqing 400060, China)Abstract: A current reference using temperature and process compensation current mirror is proposed. The temperature independent reference current is generated by summing a proportional to absolute temperature (PTAT) current and a complementary to absolute temperature (CTAT) current. Simulation is implemented under the Cadence's Spectre based on CSMC 0.5um BiCMOS process. Simulation Result indicates the proposed current reference can output a 21.52uA stable current, and the temperature coefficient is 24.4ppm/℃ over a temperature range of -40~85℃.Key words: current reference; current mirror; cascade; PTAT; CTAT电流基准源作为模拟电路中一个关键组成部分而有着广泛的应用，例如A/D和D/A 转换器，运算放大器，滤波器和单片式传感器等[1-3]。

使用PTAT电流补偿的基准电流源作者：滕谋艳来源：《科技视界》2014年第33期【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。

两者取合适的值后，可以得到温度系数很小的基准电流。

华侨大学电子工程系IC 工艺及版图设计课程实验（六）模拟电路单元版图布局（1） 基准电流源华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 -2010-IC 工艺及版图设计课程实验六模拟电路单元版图布局-基准电流源一、实验目的1.掌握使用 Cadence Virtuoso XL 版图编辑软件进行模拟 IC 版图布局设计 2.掌握基准电流源电路版图布局 3.通过实验掌握最低精度度匹配（以下简称低度匹配）MOSFET 的布局方法二、实验软件：Cadence IC 5141 Virtuoso Layout XL三、实验要求：实验前请做好预习工作，实验后请做好练习，较熟练地使用 Virtuoso 软件对版图进行布局 设计，通过实验逐渐掌握低度匹配 MOSFET 的布局方法。

IC 工艺及版图设计课程实验六 教学任务 模拟电路单元版图布局①基准电流源 学时 2 专业能力： 教学目标 1.熟练掌握版图编辑软件的使用 2.掌握低度匹配 MOSFET 的布局方法 3.掌握基准电流源电路的布局 教学内容 重点 难点 1. 低度匹配 MOSFET 布局 2. 基准电流源电路版图布局设计 低度匹配 MOSFET 版图布局 低度匹配 MOSFET 版图布局华侨大学电子工程系（The Department of Electronic Engineering Huaqiao University）1 华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室第一部分 实验演示部分集成电路版图设计是一门技术，它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造方面的基础 知识。

但是它更需要设计者的创造性、空间想象力和耐性，需要设计者长期工作的经验和知 识的积累。

然而集成电路版图设计不仅仅是一门技术，还是一门艺术。

设计出一套符合设计 规则的“正确”版图也许并不困难，但是要设计出最大程度体现高性能、低功耗、低成本、 性能可靠的芯片版图却不是一朝一夕就能学会的事情。

在设计 CMOS 芯片时，主要的目标是优化芯片尺寸和提高密集度。

基准电流源产生电路
基准电流源产生电路是一种能够产生高精度、低温度漂移的电流源的电路，通常用于模拟电路中提供稳定的电流。

以下是几种常见的基准电流源产生电路：
1.镜像电流源：镜像电流源是一种基于晶体管电流镜的基准电流源。

它
通过将一个已知的参考电流镜像到另一个晶体管上，从而产生所需的基准电流。

这种电路具有高精度和低温度漂移的优点，因此在模拟电路中广泛应用。

2.带隙基准电流源：带隙基准电流源是一种基于带隙原理的基准电流源。

它通过将电压差转换为电流，产生稳定的基准电流。

带隙基准电流源具有低温度系数和低噪声的优点，因此在高精度模拟电路中应用广泛。

3.微电流源：微电流源是一种能够产生微安级别电流的基准电流源。

它
通常由一个高精度电阻和一个电源组成，通过将电源电压除以电阻值来产生微安级别的电流。

微电流源具有低功耗和高精度的优点，因此在低功耗应用中广泛使用。

4.偏置电压源：偏置电压源是一种基于运放的基准电压源，通过将运放
的输出端和输入端短接，使得运放工作在深度线性区，产生稳定的直流偏置电压。

偏置电压源通常具有高精度和低温度漂移的优点，因此在模拟电路中常用作偏置电压。

以上是几种常见的基准电流源产生电路，它们都具有不同的优点和适用范围。

在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的基准电流源产生电路，以确保电路性能的可靠性。

精密电流源是一种用于提供稳定、精确电流输出的电子设备，通常用于科学实验、仪器校准、电子测试和其他需要高精度电流的应用。

其原理基于电子元件和反馈控制系统的组合，以维持所需的电流输出并抵消外部干扰。

以下是精密电流源的基本原理：1. **基准电流源**：精密电流源通常使用高精度的电流源作为基准。

这个基准电流源通常由稳定的电子元件构成，如稳压二极管（Zener二极管）或电流源电路，它们能够提供精确的电流输出。

这个基准电流源通常称为参考源（Reference Source）。

2. **反馈控制**：精密电流源通过反馈控制系统来维持输出电流的精确性。

这个控制系统监测实际输出电流并与所需的目标电流进行比较。

如果存在差异，控制系统会采取措施来调整输出以使其趋近或等于目标值。

3. **比较器和反馈回路**：精密电流源通常包括一个比较器（Comparator）来比较实际输出电流与目标电流之间的差异。

如果差异较大，比较器会产生误差信号，并将其传递给反馈回路。

反馈回路根据误差信号来调整电流源的控制元件，如电阻、晶体管或操作放大器，以纠正输出电流。

4. **稳定性和抗干扰性**：精密电流源通常具有优秀的稳定性和抗干扰性能。

它们可以抵消外部变化、温度波动和电源噪声等因素对电流输出的影响，以确保输出电流的稳定性和准确性。

5. **校准和校正**：精密电流源通常需要进行定期的校准和校正，以确保其输出保持在所需的精度水平。

校准通常涉及将电流源与已知精度的标准进行比较，并调整输出以纠正任何偏差。

总之，精密电流源的原理基于使用稳定的基准电流源和反馈控制系统，以实现高精度、稳定的电流输出。

这些设备在各种科学、工程和测量应用中起着关键作用，确保了实验和测试的精确性和可重复性。