一种与温度近似无关的电流基准电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种与温度近似无关的电流基准电路。

背景技术

基准源是模拟系统的核心模块，其广泛作用于ADC(模数转换)或LDO(低压差线性稳压器)的参考源，其温度系数、功耗、工作电压范围等指标设计十分关键，对整个芯片系统有着重要的作用。

理想情况下，基准电流或电压不随温度、电压、工艺的变化而变化。但带隙基准电压由一个正温度系数的电压和一个负温度系数的电压相加得到，正温度系数电压为线性，负温度系数电压存在高阶温度系数。因此一般的基准电压为抛物线形式。

鉴于此，如何解决高阶温度系数对基准电压、电流带来的影响，是本领域急需解决的一大技术问题。若选择具有与电压温度系数相类似的温度系数的电阻，可产生与温度近似无关的基准电流。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种与温度近似无关的电流基准电路。

本发明是这样实现的，一种与温度近似无关的电流基准电路，该电路包括启动电路模块、基准电流产生模块、输出电流产生模块；

所述启动电路模块用于电路启动上电，使得电流基准电路进入正常工作状态；

所述基准电流产生模块，与所述启动电路模块相连接，用于产生与温度近似无关的基准电流；

所述输出电流产生模块，与基准电流产生模块相连接，产生一组或几组所需求的输出电流。

进一步，所述启动电路模块包括：

第一PMOS管，其栅极连接第一NMOS管的栅极与第一电阻的一端，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第十PMOS管的栅极与第十一PMOS管的栅极；

第一NMOS管，其源极连接地；

第二PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第二NMOS管的漏极与第三PMOS管的栅极；

第二NMOS管，其源极连接地；

第三PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第四PMOS管的源极；

第四PMOS管，其栅极与漏极连接第五PMOS管的源极；

第五PMOS管，其栅极与漏极连接第三NMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极、第五NMOS管的栅极与第六NMOS管的栅极；

第三NMOS管，其源极连接地，其栅极连接第三PMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极、第二PMOS管的漏极、第十NMOS管的栅极、第十一NMOS管的栅极、第十六NMOS管的栅极与第十九NMOS管的栅极；

第四NMOS管，其源极连接地，其栅极连接第十五PMOS管的漏极、第十四NMOS管的漏极和栅极、第十五NMOS管的栅极、第十六NMOS管的漏极、第十七NMOS管的栅极、第二十NMOS管的栅极、第二二NMOS管的栅极、第二四NMOS管的栅极与第二六NMOS管的栅极；

第六PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第七PMOS管的源极，其栅极连接第七PMOS管的栅极与漏极、第五NMOS管的漏极、第八NMOS管的漏极、第九PMOS管的栅极、第十PMOS管的漏极、第十五PMOS管的栅极、第十六PMOS管的栅极与第十七PMOS管的栅极；

第八PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第九PMOS管的源极，其栅极连接第九PMOS管的漏极、第十二PMOS管的栅极、第十三PMOS管的栅极、第十四PMOS管的栅极、第十一PMOS管的漏极、第六NMOS管的漏极与第七NMOS管的漏极；

第五NMOS管，其源极连接地；

第六NMOS管，其源极连接地；

第二八NMOS管，其源极连接其栅极、漏极与第一电阻的另一端。

进一步，所述基准电流产生模块包括：

第七NMOS管，其栅极连接第十二NMOS管的栅极、第十NMOS管的漏极、第十五PMOS管的漏极，并通过第三电阻与第十二NMOS管的漏极连接，其源极连接第九NMOS管的漏极；

第八NMOS管，其栅极连接第九NMOS管的栅极、第十三NMOS管的栅极、第十二NMOS管的漏极与第十一NMOS管的漏极，其源极连接第一三极管的发射极；

第九NMOS管，其源极通过第二电阻与第二三极管的发射极连接；

第十NMOS管，其源极连接地；

第十一NMOS管，其源极连接地；

第十PMOS管，其源极连接所述供电电源；

第十一PMOS管，其源极连接所述供电电源；

第十二PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第十五PMOS管的源极；

第十三PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第十六PMOS管的源极；

第十四PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第十七PMOS管的源极；

第十三NMOS管，其漏极连接第十二NMOS管的源极，其源极连接第三三极管的发射极；

第十五NMOS管，其漏极连接第十四NMOS管的漏极，其源极连接地；

第十六NMOS管，其源极连接地；

第十七NMOS管，其漏极连接第第十七PMOS管的漏极、第十八NMOS管的栅极、第二一NMOS管的栅极、第二三NMOS管的栅极、第二五NMOS管的栅极、第二七NMOS管的栅极、第十九NMOS管的漏极，其源极连接第十八NMOS管的漏极；

第十八NMOS管，其源极连接地；

第十九NMOS管，其源极连接地；

第一三极管，其基极与集电极均连接地；

第二三极管，其基极与集电极均连接地；

第三三极管，其基极与集电极均连接地。

进一步，所述启动电路模块包括：

所述输出电流产生模块包括：

第二一NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二十NMOS管的源极；

第二三NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二二NMOS管的源极；

第二五NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二四NMOS管的源极；

第二七NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二六NMOS管的源极；

第二十NMOS管、第二二NMOS管、第二四NMOS管、第二六NMOS管的漏极为四组输出电压，其源漏电流为四组输出电流；

进一步，所述启动电路模块采用倒比管的设计形式，充电速度慢以保证电路能够正常启动。在使得电流基准脱离简并点，进入正常工作状态之后，电流镜提供反馈信号，将启动电路关断，不再从基准电流模块中抽取电流。

进一步，所述基准电流产生模块通过电流镜钳位作用对第二三极管和第三三极管进行钳位，使得第九NMOS管的源极电压和第十三NMOS管的源极电压相等。

进一步，该电路第二三极管和第三三极管两端的电压降ΔV

△V

其中n为第二三极管和第三三极管的发射极面积比，此处为9。

进一步，该电路采用两种不同温度系数的电阻对R2特性进行补偿，作为第二电阻，使其温度特性与ΔV

进一步，所述补偿的基准电流表达式为：

I

进一步，该电路设计时ΔV

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明的一种与温度近似无关的基准电流电路能够在宽电源范围内工作，并带有自启动电路，并可根据使用需求调整输出级电流镜的比例，以得到符合需求的电流输出。

(1)去除常规带隙基准中的运放钳位形式，使三极管的基极电压实现虚短，去除运放引入的失调。

(2)电流镜采用Cascode共源共栅形式，消除沟道长度调制效应。

(3)利用反馈技术实现自启动电路的关断。

(4)输出电流产生模块提供可根据不同情况而选择的电流镜组，产生满足使用需求的电流输出。

第二，本发明在常规基准的基础上，去除了运放钳位，减小了因运放失调电压所带来的对基准电流、基准电压的影响。因而避免了在大规模电路中，因基准模块产生误差，而导致对后续电路模块造成影响。

进一步，电流镜采用了共源共栅Cascode结构，减小了沟道调制效应，以保证每一路电流按比例复制的更精准，避免了因电流镜产生的电流误差对后续电路模块造成影响。

进一步，利用电路中电流镜的反馈作用，实现启动电路的关断。基准电流产生模块所产生的电流流经第五NMOS管和第六NMOS管，使电流基准脱离简并点，进而使电路进入正常工作状态。

进一步，本技术方案可根据实际使用情况，产生一组或多组基准电流输出。

第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明的技术方案，一种与电流近似无关的电流基准电路，可作为一种电路IP，应用于各种大规模集成电路中，为各类电路提供基准源。

本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明的技术方案，一种与电流近似无关的电流基准电路，解决了高精度的提供电流基准、电压基准的难题。基准源是模拟系统的核心模块，其广泛作用于ADC(模数转换)或LDO(低压差线性稳压器)的参考源。提供可靠的、精准的基准源，对整个芯片系统有着重要的作用。

第四，本发明的温度近似无关的电流基准电路带来的显著技术进步包括：

1)温度稳定性：电路设计能够有效减少温度波动对电流基准的影响，使输出电流在不同温度条件下保持稳定，这对于需要精确电流控制的应用场景尤为重要。

2)高精度输出：通过精细设计的电路模块，包括启动电路模块、基准电流产生模块和输出电流产生模块，能够提供高精度的电流输出，对提高电子设备的性能和可靠性具有重要意义。

3)电路效率：该电路利用高效的电流控制技术，能够在不牺牲性能的情况下减少能源消耗，提高整体电路的能效。

4)宽泛的应用领域：由于该电路能够在不同温度条件下提供稳定的电流输出，因此适用于广泛的工业和消费电子应用，例如精密仪器、医疗设备和通信设备等。

5)提高设备可靠性：在温度波动较大的环境中，电路能够保持稳定的性能，从而提高整个系统的可靠性和耐用性。

6)创新的电路设计：该电路通过独特的电路设计，包括多个PMOS和NMOS管的组合使用，展现了电子电路设计领域的创新，为未来电流基准电路的设计提供了新的思路。

本发明提供的电流基准电路在温度稳定性、精度、效率、应用领域的广泛性、设备可靠性和电路设计创新方面取得了显著的技术进步。

附图说明

图1是本发明实施例提供的与温度近似无关的电流基准电路结构图；

图2是本发明实施例提供的启动电路结构图；

图3是本发明实施例的仿真效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种与温度近似无关的电流基准电路，该电路包括启动电路模块、基准电流产生模块、输出电流产生模块；

所述启动电路模块用于电路启动上电，使得电流基准电路进入正常工作状态；

所述基准电流产生模块，与所述启动电路模块相连接，用于产生与温度近似无关的基准电流；

所述输出电流产生模块，与基准电流产生模块相连接，产生一组或几组所需求的输出电流。

PMOS是指N型衬底、P型沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管；

NMOS是指P型衬底、N型沟道，靠电子的流动运送电流的MOS管。

如图2所示，所述启动电路模块包括：

第一PMOS管，其栅极连接第一NMOS管的栅极与第一电阻的一端，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第十PMOS管的栅极与第十一PMOS管的栅极；

第一NMOS管，其源极连接地；

第二PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第二NMOS管的漏极与第三PMOS管的栅极；

第二NMOS管，其源极连接地；

第三PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第四PMOS管的源极；

第四PMOS管，其栅极与漏极连接第五PMOS管的源极；

第五PMOS管，其栅极与漏极连接第三NMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极、第五NMOS管的栅极与第六NMOS管的栅极；

第三NMOS管，其源极连接地，其栅极连接第三PMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极、第二PMOS管的漏极、第十NMOS管的栅极、第十一NMOS管的栅极、第十六NMOS管的栅极与第十九NMOS管的栅极；

第四NMOS管，其源极连接地，其栅极连接第十五PMOS管的漏极、第十四NMOS管的漏极和栅极、第十五NMOS管的栅极、第十六NMOS管的漏极、第十七NMOS管的栅极、第二十NMOS管的栅极、第二二NMOS管的栅极、第二四NMOS管的栅极与第二六NMOS管的栅极；

第六PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第七PMOS管的源极，其栅极连接第七PMOS管的栅极与漏极、第五NMOS管的漏极、第八NMOS管的漏极、第九PMOS管的栅极、第十PMOS管的漏极、第十五PMOS管的栅极、第十六PMOS管的栅极与第十七PMOS管的栅极；

第八PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第九PMOS管的源极，其栅极连接第九PMOS管的漏极、第十二PMOS管的栅极、第十三PMOS管的栅极、第十四PMOS管的栅极、第十一PMOS管的漏极、第六NMOS管的漏极与第七NMOS管的漏极；

第五NMOS管，其源极连接地；

第六NMOS管，其源极连接地；

第二八NMOS管，其源极连接其栅极、漏极与第一电阻的另一端。

进一步，所述基准电流产生模块包括：

第七NMOS管，其栅极连接第十二NMOS管的栅极、第十NMOS管的漏极、第十五PMOS管的漏极，并通过第三电阻与第十二NMOS管的漏极连接，其源极连接第九NMOS管的漏极；

第八NMOS管，其栅极连接第九NMOS管的栅极、第十三NMOS管的栅极、第十二NMOS管的漏极与第十一NMOS管的漏极，其源极连接第一三极管的发射极；

第九NMOS管，其源极通过第二电阻与第二三极管的发射极连接；

第十NMOS管，其源极连接地；

第十一NMOS管，其源极连接地；

第十PMOS管，其源极连接所述供电电源；

第十一PMOS管，其源极连接所述供电电源；

第十二PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第十五PMOS管的源极；

第十三PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第十六PMOS管的源极；

第十四PMOS管，其源极连接所述供电电源，其漏极连接第十七PMOS管的源极；

第十三NMOS管，其漏极连接第十二NMOS管的源极，其源极连接第三三极管的发射极；

第十五NMOS管，其漏极连接第十四NMOS管的漏极，其源极连接地；

第十六NMOS管，其源极连接地；

第十七NMOS管，其漏极连接第第十七PMOS管的漏极、第十八NMOS管的栅极、第二一NMOS管的栅极、第二三NMOS管的栅极、第二五NMOS管的栅极、第二七NMOS管的栅极、第十九NMOS管的漏极，其源极连接第十八NMOS管的漏极；

第十八NMOS管，其源极连接地；

第十九NMOS管，其源极连接地；

第一三极管，其基极与集电极均连接地；

第二三极管，其基极与集电极均连接地；

第三三极管，其基极与集电极均连接地。

进一步，所述启动电路模块包括：

所述输出电流产生模块包括：

第二一NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二十NMOS管的源极；

第二三NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二二NMOS管的源极；

第二五NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二四NMOS管的源极；

第二七NMOS管，其源极连接地，其漏极连接第二六NMOS管的源极；

第二十NMOS管、第二二NMOS管、第二四NMOS管、第二六NMOS管的漏极为四组输出电压，其源漏电流为四组输出电流；

所述启动电路模块采用倒比管的设计形式，充电速度慢以保证电路能够正常启动。在使得电流基准脱离简并点，进入正常工作状态之后，电流镜提供反馈信号，将启动电路关断，不再从基准电流模块中抽取电流。

所述基准电流产生模块通过电流镜钳位作用对第二三极管和第三三极管进行钳位，使得第九NMOS管的源极电压和第十三NMOS管的源极电压相等。

该电路第二三极管和第三三极管两端的电压降ΔV

△V

其中n为第二三极管和第三三极管的发射极面积比，此处为9。

该电路采用两种不同温度系数的电阻对R2特性进行补偿，作为第二电阻，使其温度特性与ΔV

所述补偿的基准电流表达式为：

I

该电路设计时ΔV

从图1所示的启动电路而言，采用倒比管的设计形式，充电速度慢以保证电路能够正常启动。在使得电流基准脱离简并点，进入正常工作状态之后，电流镜提供反馈信号，将启动电路关断，不再从基准电流模块中抽取电流。

从图2所示的一种与温度近似无关的基准电流结构图而言，电流基准产生模块通过电流镜钳位作用对第二三极管和第三三极管进行钳位，使得第九NMOS管的源极电压和第十三NMOS管的源极电压相等。

所述的启动电路模块中，上电时VDD从0V升至供电电压。级联的反相器输入电容和第一电阻形成一路RC延迟。上电过程中RC端口缓慢充电，产生一个脉冲。该脉冲经过两级反相器驱动整形后将第三NMOS管进行下拉，第三NMOS管将第五NMOS管和第六NMOS管的栅极电荷释放。当脉冲信号结束时，第三PMOS管为第五NMOS管和第六NMOS管的栅极注入电荷。由于本发明采用倒比管的设计形式，因此充电速度较慢，以保证电路的正常启动。

电荷注入第五NMOS管和第六NMOS管的栅极时对基准电流产生模块的电流镜等低阻节点进行下拉，使基准电流产生模块的电流流经第五NMOS管和第六NMOS管，并使电流基准脱离简并点，进入正常工作状态。

在正常工作状态下，电流镜通过反馈将启动电路中的电流下拉到地，启动电路关断，不再从基准电流产生模块中抽取电流。

所述输出电流模块，采用电流镜的形式，可得到一组或几组所需求的输出电流。可配置对应输出节点的MOS管宽长比来放大或缩小基准电流，得到一组或几组输出电流。

本发明提供的伺服驱动器刹车控制方法的详细工作原理可以从其核心步骤来分析：

1.比较和输出控制

MCU角色：微控制器(MCU)是整个控制过程的大脑。它负责接收各种传感器信号，并根据预定的算法执行比较和输出控制操作。

IGBT驱动：IGBT(绝缘栅双极型晶体管)驱动前级被用于驱动功率级。MCU通过控制IGBT驱动前级，从而控制连接到伺服电机的电流，实现精确的刹车控制。

2.电流检测和异或控制

电流检测：驱动部分进行电流检测，这是为了实时监控电流的大小和方向。电流的实时数据被传送回MCU。

异或控制：MCU将检测到的电流结果与控制输入信号进行异或操作(逻辑运算)，以确定适当的刹车策略和动作。

3.母线电压分压采集

实时采集：MCU实时采集母线电压分压，即测量主电源电压并通过分压器减小电压至MCU可接受的范围。这是为了实时监控系统的电源状态，以做出相应的刹车控制决策。

4.母线电压分压控制

迟滞控制：根据母线电压分压的高低，MCU决定是否执行刹车操作。如果电压分压低于迟滞下限，则无需执行刹车；如果高于迟滞上限，则启动刹车，以固定频率和可调占空比开启功率开关。

5.占空比的动态调整

周期性比较：MCU每个周期比较当前和上一周期的母线电压分压。

动态调整：根据电压分压的变化趋势(上升、下降或稳定)，MCU动态调整占空比。如果母线电压上升，增加占空比以加强刹车效果；如果下降，减少占空比以减轻刹车；如果稳定，则维持当前占空比。

本发明提供的刹车控制方法能够根据实际工况智能调节刹车力度，实现高效且平稳的刹车效果。它不仅提高了伺服驱动器的反应速度和准确性，而且还有助于提高整体系统的能效和可靠性。通过对母线电压的实时监控和占空比的动态调整，这种方法能够适应各种负载和电源条件，提供更为精细和灵活的刹车控制。本发明实施例提供的一种与温度近似无关的电流基准产生方法，从图3的仿真结果而言，该实施例在-40℃至125℃的温度范围区间内，可产生约6uA的基准电流，其电流的温度变化曲线呈现上凸抛物线型。

进一步，因电流镜的复制作用，可在输出电流产生模块中，调整对应电流镜的比值，来得到与本基准电流变化曲线一致的大电流或小电流，为下级电路提供基准电流。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。