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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。
ADC中高精度CMOS基准电源的设计4青岛展芯微电子科技有限公司摘要：本论文针对ADC中高精度CMOS基准电源的设计进行研究。
通过对现有研究进行综述，并提出针对高精度CMOS基准电源的设计思路。
论文详细介绍了电路的拓扑结构、器件选型及布局等方面的实现。
借助仿真软件进行系统仿真，并对包括电压稳定度、温度稳定度、功耗、噪声等指标的仿真结果进行分析。
关键词：ADC；CMOS基准电源；高精度；电路设计；仿真分析一、研究背景和意义1.CMOS基准电源的重要性在模拟数字转换器（ADC）电路中，基准电源是确保ADC精度和性能的关键因素之一。
基准电源提供了稳定的参考电平，用来确定模拟电压与数字码之间的对应关系。
CMOS基准电源由于其低功耗、高精度和低噪声等优点，成为ADC设计中不可或缺的组成部分。
首先，CMOS基准电源具有低功耗的特性，可以降低整个系统的能耗。
这对于需要长时间运行或电池供电的应用非常重要，可以延长设备的使用寿命，并降低维护成本。
其次，CMOS基准电源具有高精度的特点，能够提供稳定且准确的参考电平。
这对于ADC的精准采样和转换是至关重要的。
高精度的基准电源可以减小ADC的非线性和偏差，从而提高转换的准确性和重现性。
此外，CMOS基准电源还具有低噪声的特性，能够减少电源的干扰和噪声对ADC的影响。
低噪声的基准电源可以提高ADC的信噪比和动态范围，保证输入信号的清晰度和准确性。
2.高精度基准电源在ADC中应用的意义高精度基准电源能够提供稳定可靠的参考电平。
由于信号的转换是基于基准电平进行的，如果基准电源不稳定，就会导致ADC输出的数据存在偏差或误差。
而高精度基准电源通过提供稳定的参考电平，确保了ADC在采样和转换过程中的准确性。
高精度基准电源能够提高ADC的采样精度。
采样精度是指ADC对输入信号进行离散化时的精度。
通过提供高精度的基准电源，ADC能够更准确地对输入信号进行采样和量化，从而提高数据的精确度和分辨率。
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。
带隙基准电流源设计随着集成电路技术的发展，带隙基准电流源在模拟电路设计中扮演着至关重要的角色。
带隙基准电流源是一种能够提供稳定、准确的电流输出的电路，通常用于模拟电路中的参考电流源或者偏置电流源。
本文将介绍带隙基准电流源的设计原理和实现方法。
带隙基准电流源的设计原理基于半导体材料的能带结构。
在半导体材料中，导带和价带之间存在一个禁带，称为带隙。
当半导体材料的温度变化时，导带和价带的能级随之改变，从而影响电子的激发和传导。
带隙基准电流源利用这种特性，通过合理设计电路，使得输出电流与温度变化无关。
带隙基准电流源的设计过程可以分为以下几个步骤：1. 选择合适的半导体材料：带隙基准电流源的核心是带隙电压参考源，因此需要选择具有稳定带隙电压温度系数的半导体材料。
常用的材料包括硅和砷化镓等。
2. 设计基准电流源电路：基准电流源电路通常由参考电流源和输出电流稳定电路组成。
参考电流源可以通过电流源镜像电路或者电流源比例电路实现。
输出电流稳定电路用于提供稳定的输出电流，并对温度变化进行补偿。
3. 进行电路参数计算：根据设计要求和选定的材料，进行电路参数的计算。
主要包括电流源的电流范围、输出电流的稳定度、带隙电压的选择等。
4. 电路仿真和优化：通过电路仿真软件对设计的电路进行仿真，检查电路的性能是否满足设计要求。
根据仿真结果进行优化，调整电路参数，提高电路性能。
5. 原型电路的制作与测试：根据设计方案制作电路原型，并通过实验进行测试。
测试结果与仿真结果进行对比，验证电路的性能和稳定性。
带隙基准电流源的设计需要兼顾多个方面的因素，包括温度稳定性、功耗、尺寸等。
在实际应用中，还需要考虑电源噪声、温度漂移、工艺变化等因素对电路性能的影响。
因此，设计带隙基准电流源需要综合考虑这些因素，并进行合理的权衡。
带隙基准电流源是模拟电路设计中的重要组成部分，能够提供稳定、准确的电流输出。
通过合理的设计和优化，可以实现高性能的带隙基准电流源。
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]。
gp8101常用电路-回复电路是现代科技中不可或缺的基础组成部分，而gp8101常用电路则是电子工程领域中一个重要的电路元件。
本文将以gp8101常用电路为主题，详细介绍gp8101常用电路的工作原理、设计要点以及实际应用等方面内容。
第一部分：gp8101常用电路的基本概念和工作原理（400字）gp8101常用电路是一种高精度、低噪音的电压参考源。
它采用外部二极管峰值检测和基准电流源来提供稳定的参考电压。
其工作原理是将外部输入电压与内部基准电压进行比较，并根据差值通过反馈机制调整输出电压，使其保持在一个稳定的参考电压水平上。
在gp8101常用电路中，通过对基准电流源进行精细调节，可以实现对输出电压的高度稳定性和低噪音性能的要求。
此外，gp8101常用电路还具有温度稳定性好、电源噪声抑制能力强等优点，使之成为电子测量、通信和工业控制等领域中常用的电路元件。
第二部分：gp8101常用电路的设计要点（600字）gp8101常用电路在设计过程中需要考虑以下几个关键要点：1. 基准电流源的设计：基准电流源是gp8101常用电路中的关键部分，其稳定性将直接影响到整个电路的性能。
在设计过程中，需要选择合适的电流源，并对其进行精确调整，以保证输出电压的稳定性和准确性。
2. 反馈机制的设计：gp8101常用电路通过反馈机制来调整输出电压，使其保持在一个稳定的参考电压水平上。
在设计过程中，需要考虑反馈电路的稳定性以及输出电压与输入电压的关系，并通过合理的电路布局和参数选择来优化反馈效果。
3. 电源噪声的抑制：由于gp8101常用电路对输入电压的稳定性要求较高，需要采取一系列措施来抑制电源噪声的影响。
这包括使用高品质的电源滤波器、合理布局电路板、选择低噪声的电源等措施。
4. 温度补偿：gp8101常用电路在工作过程中会受到温度变化的影响，为了保持其输出电压的稳定性，需要进行温度补偿。
一种常见的方法是通过对基准电流源进行温度补偿，以保证其在不同温度下的工作精度。
带曲率补偿的带隙基准电流源的设计作者：代赟, 杨兴来源：《物联网技术》2012年第02期摘要：简单介绍了带隙基准源的基本原理，给出了一款基于Widlar结构的带曲率补偿的带隙基准电压电流源的设计方法，通过采用TSMC_0.5 μm工艺库对电路进行仿真，在-40～150 ℃的温度范围内，其带隙基准的输出具有℃的温度系数，电流基准的输出具有42 ppm/℃。
此外，文中还对曲率补偿电路的工作原理进行了分析，并且通过仿真波形对曲率补偿的工作机制进行了讨论。
关键词：Widlar结构; 带隙基准; 电流基准; 曲率补偿中图分类号：TN432 文献标识码：A文章编号：2095-1302(2012)02-0064-04Band-(College of Micro-Electronics and Solid-state Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)Abstract： The principle of band-gap voltage reference is introduced. A design method of band-gap voltage reference and current reference with curvature co mpensation based on Widlar′s structure is proposed. The circuit is simulated with TSMC_0.5 μm model, in the temperature extent of -40～150 ℃, the output temperature coefficient of the band-gap voltage reference is 12 ppm/℃, the output temperature coefficient of the current voltage reference is 42 ppm/℃. The theory of curvature compensation circuit is analyzed and the working mechanism of curvature compensation circuit isKeywords： Widlar structure; band-gap voltage reference; current reference; curvature compensation0 引言当今被普遍采用的数模混合电路芯片中，偏置电路起到了非常重要的作用。
sub-1 V无参考电压的工艺补偿CMOS基准电流产生器
Siva Narendra, Daniel Klowden, and Vivek De
Microprocessor Research Laboratory, Intel Corporation, Hillsboro, O R, USA
摘要：
本文提出了一种不需要参考电压的sub-1V工艺补偿的MOS电流产生器的概念。
这个理念的理论模型表明，这种电流源对栅极氧化层厚度和阈值电压等工艺参数敏感度较低。
MOSFET的器件测试和电路模拟结果都显示了较低的工艺敏感度和较低的运行电压。
简介
之前发表的关于参考电流的工作基本可以归于一下三类：i带隙电压到基准电流的转化ii基于MOSFET的基准电压到基准电流的转化iii使用MOSFET晶体管的直接基准电流产生器。
第一类需要带隙电压发生器和一个片外电阻。
片外电阻不仅增加了系统成本也限制了基准电流电路的使用。
即使是最好的带隙电压产生电路也不能在达到sub-0.7V的CMOS工艺电压源下很好的工作。
第二类电路通过基于MOSFET的基准电压代替带隙电压解决了电压缩放的问题。
但是从式（1）可以看出基于MOSFET的基准电压器件在0K时会产生阈值电压，因此它并不能真正的不依赖与工艺参数。
另外，这些电路仍然要使用片外电阻。
尽管已经有人提出了用较少的电阻实现电压到电流的转换【5】，但是与电压电流转换相关的问题仍然存在。
直接使用MOSFET产生基准电流的第三类电路解决了与电压缩放和应用灵活性相关的问题。
【6】中讨论的就是这样一个例子，它的一个带正温度系数负温度系数的电流与一个带负温度系数的电流相加。
这个电路提供了对温度变化不灵敏的电流，但是对工艺参数的变化仍然是灵敏的。
当有效栅极氧化层厚度接近3.5nm以下时，必然能够得到对氧化层厚度变化不敏感的MOSFET基准电流电路。
本论文我们提出了一种CMOS基准电流概念。
这种基准电流电路存在于深亚微米MOSFET器件，并着重于解决电压缩放、成本、应用灵活性和工艺参数变化等问题。
工艺补偿理论及其模型
工艺补偿电流的想法是采用两个MOSFET的饱和电流I1和I2,取其自然变量，并除去两个电流差异部分的变量，即I ref=I1-I2。
我们使用长沟道，大宽度的MOSFET器件来减少侧向尺寸带来的工艺影响。
公式（2）、（3）给出了饱和电流I1和I2。
假设器件产生的I1和I2有合适的电路匹配。
可能会影响I1和I2电流幅度的工艺参数为β和Vt。
公式（4）、（5）给出了MOSFET工作在饱和区时，I1和I2随着工艺的变化，并忽略流动对掺杂的影响。
为了得到不取零的工艺补偿电流Iref，电路参数中必须使得一个电流的dβ/dp那一项，被另一个电流的dV t/dp项抵消，这样dI ref/dp=dI1/dp-dI2/dp=0,但是I ref= I1-I2不为零。
公式（6）、（7）、（8）给出了取到所需的I ref 的充分必要条件。
表1给出了能满足公式（6）-（8）的电路参数a、b和z1/z2。
器件测量结果
长沟道器件测量是在30℃下，0.18微米技术下的单片晶圆上实现的。
我们测量了一个用0.9V 电压驱动的无工艺补偿的二极管连接器件电流I u作为一个实验对照组，用图1表示。
结果显示在这种无补偿的器件中电流正常变化量(σ/μ)为15%。
通过预先测量Vt，公式（6）中要求的I1和I2的门电压就能计算出来。
图2说明了当a=2，b=5时，随着z1/z2的变化，Iref中的变化量(σ/μ)的情况。
测量结果清楚的现实，I ref的变化量比无补偿情况下小很多。
按照理论预测，最佳的工艺补偿发生在z1/z2=1/8的时候。
图3 给出了当a=2，b=5，z1/z2=1/8时Iref的静态分布。
在单晶硅片上I ref的正常变化量为5.7%。
电路模拟结果
我们同时还在做了电路模拟来预测工艺补偿带来的改善。
在a=2，b=5情况下的工艺补偿电路用图4表示。
图4中模块A是产生aV t和bV t的电路。
由于不可能准确的得到Vt,基准电流的器件尺寸比z1/z2可能还需要优化。
图5 给出了在V dd为0.9V，30℃时的I ref补偿结果。
结果显示无工艺补偿时电流I u变化量为0.48，而I ref变化量为0.05，变化量有显著的减小。
其中需要指出的很重要一点是，为了电路能在sub-1V电源下运行，需要给V t产生电路留出足够的储备空间，尤其是当b=5的时候。
在长沟道下，V t~100mV,我们能成功的在V dd为0.9V下产生合乎要求的I ref。
结论
我们得到了对工艺参数有低敏感度的可用于sub-1V电源下工作的CMOS工艺补偿基准电流
产生器。
器件测量和电路模拟结果显示了，工艺补偿基准电流相比于没有工艺补偿的基准电流对于工艺参数的灵敏度有很大的降低。
参考文献，以及相关公式和图标：。
