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Science&TechnologyVision科技视界作者简介院滕谋艳渊1982要冤袁男袁湖北孝感人袁自动化专业袁研究方向为模拟集成电路遥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袁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遥例如院频率尧工作电流尧延时等遥随着便携式设备的快速发展袁其应用环境越来越多样化遥这对模拟电路的性能也提出了更高的要求遥对应的袁基准电路源的电流精度以及温度特性的要求也越来越高遥本文提出了一种使用PTAT电流进行补偿的基准电流源电路遥与几种常见的基准电流源电路对比袁其在电流精度及温度特性方面都有很大提升袁且大大减小了芯片面积袁显著提升了芯片的竞争力遥1常用基准电流源电路遥在模拟电路设计中袁常用的基准电流源电路有3种院使用VTH渊电压阈值冤为基准的电流源尧Widlar电流源渊微电流源冤尧电压控制的基准电流源遥其中袁由于电压控制的基准电流源电路具有较高的电流精度袁应用很广遥其结构如图1所示遥主要由两部分组成袁一部分是零温度系数的基准电压袁输出电压为Vref袁可以由带隙电路产生遥第二部分是运放形成的负反馈电路遥
图1电压控制的基准电流源根据运放的负反馈原理袁可以清晰的得到院Iout=Vref/渊R1+R2冤渊1冤Vref为零温度系数电压袁可以由带隙产生袁随工艺变化较小袁且接近为零温度系数遥为了保证Iout不随温度变化袁一般的做法是R1与R2一个选择正温度系数类型电阻袁另一个选择负温度系数类型电阻遥两者取合适的值后袁可以得到温度系数很小的基准电流遥另外袁有式1可以看出袁这种结构的的输出电流只与电阻相关袁因此袁同前面提到的另外两种电流源相比有更广的应用遥在要求高精度电流源的地方袁电压控制的电流源是首选遥但是这种结构的一个问题是袁我们选用负温度系数的电阻类型只有选择POLY高阻袁这种电阻的工艺偏差有20%或者更多袁那么袁其基准电流源的输出偏差也会在20%以上袁在很多应用中袁这样的偏差是无法满足要求渊一般的要求为10%冤袁往往需要采用trimming渊烧熔丝冤的方法袁来调整Iout袁使其片与片的精度符合要求遥其结果是额外需要占用很大的芯片面积袁使芯片的成本上升袁另外袁烧熔丝使得测试时间增长袁测试费用也提高了遥2PTAT电流的产生PTAT电流袁即与绝对温度成正比的电流遥通常会使用以Vt为基准的偏置源来产生袁如图2所示遥M3与M4完全相同袁这样袁I1=I2遥Q2和Q3类型相同袁发射机面积的比例为1院N袁在实际设计中通常取1:8遥
李建军
1120110091
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, OR, 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。
基准电流源启动电路
英文回答：
Bandgap Current References with Startup Circuits.
Bandgap current references (BGRs) are widely used in
analog and mixed-signal circuits for providing a stable and
accurate reference current over a wide range of supply
voltages and temperatures. To ensure proper operation of
the BGR, a startup circuit is often required to initialize
the reference current at power-up.
There are several types of startup circuits that can be
used for BGRs, including:
Diode-connected MOSFET: In this circuit, a diode-connected MOSFET is used to provide a path for the initial
charging of the BGR's internal capacitor. Once the
capacitor is charged, the MOSFET is turned off and the BGR
operates normally.
Transistor-based: This circuit uses a transistor to
create a positive feedback loop that initializes the BGR's
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。
