[发明专利]电压和电流基准电路

说明书

本发明涉及电压和电流基准电路，具体涉及具有低温度系数的电压和电流基准电路。

在许多电路设计中，既需要电压基准，又需要电流基准。电压基准在不同电路工作条件下提供一个固定电压。同样地，电流基准在不同电路工作条件下提供一个固定电流。尤其是，电压和电流基准不受供电电压、负载和温度变化的影响。

本领域技术人员周知的一种类型的电压基准为带隙电压基准。一种带隙电压基准近似地提供出硅的带隙电压(1.2605伏)作为基准电压。带隙电压基准设计成在电路工作的温度范围内具有零温度系数。一般说来，带隙电压基准在宽的温度范围内可提供出稳定电压，不受供电电压变化的影响，还可以容易地设计得适合于不同负载的要求。

如果能作出电压基准和电流基准相结合的基准电路，使元件数量最少(从而减小体积)，易于制造，并在宽的温度范围上具有低温度系数，将是很有益处。

图1是按照本发明的电压和电流基准电路的电原理图；及

图2是表示图1所示电压和电流基准电路的温度特性曲线图。

总的来说，大多数集成电路设计中通常应用有二个电路块，它们为电压基准和电流基准。电压基准提供具有低温度系数(TC)的稳定电压，并对供电电源的变化不敏感。基准电压通常用以作为与其它电压相比较的一个基点，所述的其它电压是由一个电路感测或产生的。类似地，电流基准提供具有低温度系数(TC)的稳定电流，对供电电压的变化不敏感。基准电流通常是一个镜像电流，用于集成电路中的偏置电路。

电压基准电路或电流基准电路设计须考虑的一个因素是其电路所需的尺寸或芯片(die)面积。通常，电压基准电路或电流基准电路附属于集成电路的主电路设计。减小电压或电流基准电路所需的面积，有助于使芯片尺寸最小化或增加留给主电路设计所用的面积。

在大多数电压基准设计方面，它们不会固有地产生低TC的电流。类似地，电流基准通常也不产生低TC的电压。因此，电压和电流基准电路通常并不结合在一起，而是设计为两个效率不高的、分离的电路。如果以某种方式将电压基准和电流基准结合为单个电路，则通过消除建立分离的基准电路所需的冗余电路，而会减少面积。图1是电压和电流基准电路110的原理图，该电路使面积最小化，并具有低的温度系数。

用以产生电压和电流基准的方法包括形成一个电压基准电路，以提供一个基准电压；再从该电压基准电路提供一个第一电流。从电压基准电路来的第一电流具有已知的温度系数(TC)。将该基准电压施加到一个电阻上，来产生一个第二电流。据此，由该电阻确定因温度引起的第二电流的变化。选择电阻值和电流，来补偿第一电流的TC。换句话说，通过第二电流的变化以补偿由于温度引起的第一电流的电流变化。第一电流的电流量值大于第二电流。从第一电流减去第二电流，使第一电流余下的电流为基准电流。由于第二电流的温度依随性抵消了第一电流的温度依随性而使第一电流的剩余电流具有低的温度系数。

电压和电流基准电路110包括：晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9和T10；电阻R1、R2、R3和R4；以及电容C1。晶体管T1、T2、T3、T4和T5为双极型NPN晶体管，其集电极、基极和发射极分别对应于第一电极、控制电极和第二电极。晶体管T6、T7、T8、T9和T10为增强型金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)，其漏极、栅极和源极分别对应于第一电极、控制电极和第二电极。晶体管T6、T7和T8为P沟道增强型MOSFET，晶体管T9和T10为N沟道增强型MOSFET。

电压基准120为电压和电流基准110产生一个基准电压。电压和电流基准110的一个实施例中采用一个带隙电压基准。该带隙电压基准包括：晶体管T1、T2、T3、T4、T6、T7和T8；以及电阻R1、R2和R3。带隙电压基准是本领域技术人员周知的，它提供具有低温度系数的基准电压。例如，在Paul R.Gray和Robert B.Meyer的“模拟集成电路的分析与设计”(由John wiley和Sons出版，1984年第2版，第289～296页)一书中描述了带隙基准，这里引作参考。