电流源偏置电路的制作方法

    专利2025-06-03  96


    本申请涉及电流源电路领域,特别涉及一种电流源偏置电路。


    背景技术:

    1、随着集成电路的发展,芯片面积在逐渐减小。偏置电压源和偏置电流源是模拟集成电路工作中必不可少的两个信号源,电流源电路是大量模拟电路的基本组成部分。它们通常用于偏置各种电路,并在高速应用领域发挥关键作用,其中电流模式解决方案通常更可取,例如运算放大器,dac/adc,恒定跨导偏置电路等。

    2、在射频前端领域,低噪声放大器简称为lna,是一种重要的器件。在设计放大器的过程中,一个恒定的跨导偏置电路是必不可少的。比如mos管的跨导在模拟集成电路设计中是尤其重要的一个参数,它影响着许多电路的性能,包括小信号增益、带宽、噪声等等。例如,在设计gm-c滤波器时,gm-c滤波器的截止频率与放大器的跨导值息息相关,稳定了跨导值就可达到稳定带宽的目的。

    3、在相关技术中,一种恒定跨导偏置电路包括ptat电路、恒流源产生电路、电流镜电路、工艺角调整电路和跨导放大器电路等。ptat电路输出与温度应呈现规律性或线性关系,如正温度系数下电流随温度升高而增大,为设计lna模块提供恒定gm偏差电路。其中ptat电流源电路通常由图1中的若干mos管组成widlar电流源,输出电流值和电源电压无关,但和电阻有关,因为电阻的阻值是随着工艺变化而改变的。故电流值会随着电阻的工艺角化而变化,且偏差一般随着电阻的工艺偏差而决定,这种偏差就会影响ptat电路温度和电流参数的线性关系,导致无法为lna模块提供恒定gm偏差电路,进而影响整个电路的稳定性和准确性。


    技术实现思路

    1、本申请提供一种电流源偏置电路,实现不受工艺偏差影响的ptat电流源,为设计lna模块提供恒定gm偏差电路。该电路结构包括工艺补偿偏置电路、电流镜偏置电路和恒流输出电路;所述工艺补偿偏置电路、电流镜偏置电路和恒流输出电路的输入端共同连接输入电源vdd,且所述工艺补偿偏置电路和电流镜偏置电路的输出端接地gnd;

    2、所述工艺补偿偏置电路包含若干组共栅连接的mos管,共栅mos管的栅端引出偏执电压输出端;偏执电压输出端连接到所述电流镜偏置电路中mos管的栅端,通过偏置电压启动所述电流镜偏置电路;所述工艺补偿偏置电路中设置有工作在弱反转状态的补偿mos管,且所述补偿mos管的阈值电压vth随工艺变化特性改变;

    3、所述电流镜偏置电路中共栅mos管的栅端与所述恒流输出电路中mos管的栅端连接,在所述恒流输出电路的输出端获得恒流输出ibias。

    4、具体的,所述工艺补偿偏置电路包括共栅连接的nmos管n1和n2、共栅连接的nmos管n3和n4、以及共栅连接的pmos管p8和p9;

    5、pmos管p8和p9的源极分别连接输入电源vdd,且pmos管p8的漏极连接nmos管n3的源极,pmos管p9的漏极连接nmos管n4的源极;

    6、nmos管n3的漏极连接nmos管n1的源极,nmos管n4的漏极连接nmos管n2的源极;nmos管n1和n4的漏极作为输出端接地gnd。

    7、具体的,pmos管p8和p9的栅端与nmos管n1和n2的栅端连接,pmos管p8的漏极输出连接nmos管n3的栅端,nmos管n4的漏极输出连接nmos管n2的栅端。

    8、具体的,所述电流镜偏置电路包括第一偏置支路;所述第一偏置支路包括pmos管p10、nmos管n6和n5;

    9、pmos管p10的源极连接输入电源vdd,漏极连接nmos管n6的源极,pmos管p8的漏极输出引出偏执电压输出端,并连接到nmos管n6的栅端,提供偏执电压;

    10、nmos管n5的源极连接nmos管n6的漏极,n5的漏极作为输出端接地gnd,pmos管p10的漏极输出连接nmos管n5的栅端。

    11、具体的,所述电流镜偏置电路包括第二偏置支路,所述第二偏置支路包括pmos管p11和p12,偏置电阻r和nmos管n7;

    12、pmos管p11的源极连接输入电源vdd,漏极连接pmos管p12的源极,pmos管p12的漏极级联到偏置电阻r,偏置电阻r级联nmos管n7的源极,nmos管n7的漏级;

    13、pmos管p12的漏极输出反馈连接到p11的栅端;偏置电阻r的输出端反馈连接pmos管p12的栅端。

    14、具体的,所述恒流输出电路包括pmos管p13和nmos管n8;pmos管p13的源极连接输入电源vdd,漏极级联nmos管n8的源极,nmos管n8的漏极为恒流输出ibias。

    15、具体的,pmos管p13与p1为共栅连接。

    16、具体的,nmos管n8与pmos管p12共栅连接。

    17、具体的,nmos管n5和n7工作在弱反转状态。

    18、具体的,nmos管n1、n2、n3、n4、n6,以及pmos管p8、p9、p10、p11、p12工作在强反转状态。

    19、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:本申请对现有的电流源进行改进,增设启动电路并为电流镜偏置电路提供偏执电压,从而激发电路正常启动和运行,而在峰值电流镜中的偏置电阻被在三极管区域工作的mos管取代,即将该用于补偿的mos管设置到弱反转状态,将其他管子设置到强反转状态,从而产生一条随着工艺偏差而变化的电压接在补偿mos管的栅端,对其vth随工艺的变化进行补偿,使其电流不随工艺的变化而改变。



    技术特征:

    1.一种电流源偏置电路,其特征在于,包括工艺补偿偏置电路、电流镜偏置电路和恒流输出电路;所述工艺补偿偏置电路、电流镜偏置电路和恒流输出电路的输入端共同连接输入电源vdd,且所述工艺补偿偏置电路和电流镜偏置电路的输出端接地gnd;

    2.根据权利要求1所述的电流源偏置电路,其特征在于,所述工艺补偿偏置电路包括共栅连接的nmos管n1和n2、共栅连接的nmos管n3和n4、以及共栅连接的pmos管p8和p9;

    3.根据权利要求2所述的电流源偏置电路,其特征在于,pmos管p8和p9的栅端与nmos管n1和n2的栅端连接,pmos管p8的漏极输出连接nmos管n3的栅端,nmos管n4的漏极输出连接nmos管n2的栅端。

    4.根据权利要求3所述的电流源偏置电路,其特征在于,所述电流镜偏置电路包括第一偏置支路;所述第一偏置支路包括pmos管p10、nmos管n6和n5;

    5.根据权利要求4所述的电流源偏置电路,其特征在于,所述电流镜偏置电路包括第二偏置支路,所述第二偏置支路包括pmos管p11和p12,偏置电阻r和nmos管n7;

    6.根据权利要求5所述的电流源偏置电路,其特征在于,所述恒流输出电路包括pmos管p13和nmos管n8;pmos管p13的源极连接输入电源vdd,漏极级联nmos管n8的源极,nmos管n8的漏极为恒流输出ibias。

    7.根据权利要求6所述的电流源偏置电路,其特征在于,pmos管p13与p1为共栅连接。

    8.根据权利要求7所述的电流源偏置电路,其特征在于,nmos管n8与pmos管p12共栅连接。

    9.根据权利要求1-8任一所述的电流源偏置电路,其特征在于,nmos管n5和n7工作在弱反转状态。

    10.根据权利要求1-8任一所述的电流源偏置电路,其特征在于,nmos管n1、n2、n3、n4、n6,以及pmos管p8、p9、p10、p11、p12工作在强反转状态。


    技术总结
    本申请公开一种电流源偏置电路,涉及电流源电路领域,工艺补偿偏置电路、电流镜偏置电路和恒流输出电路的共同连接输入VDD;工艺补偿偏置电路包含共栅连接的MOS管,其栅端引出偏执电压输出端并连接到电流镜偏置电路中MOS管的栅端;工艺补偿偏置电路中设置补偿MOS管;电流镜偏置电路中共栅MOS管的栅端与恒流输出电路中MOS管的栅端连接,在恒流输出电路的输出端获得恒流输出。该方案将电流镜中的偏置电阻替换成MOS管,将该用于补偿的MOS管设置到弱反转状态,产生随着工艺偏差而变化的电压接在补偿MOS管的栅端,对其Vth随工艺变化进行补偿,获得电流不随工艺变化而改变的恒流输出。

    技术研发人员:丁佳佳,赵志鳌,黄小妍,郭天生,赵鹏
    受保护的技术使用者:上海乾合微电子有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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