bandgap电流源，电源变化造成输出电流变化过大

leewisp

刚开始做bandgap电流源（采用0.13um SOICMOS，不能用三机管），在做PTAT部分，电流温度系数都好了，但是当电源电压变化时输出电流有大的变化，有莫有大神有解决思路，可以保证在电源大的变化下输出电流依然稳定。~谢拉！

设计要求： 输出电流5uA（27度），正温度系数（26nA/度). 电源电压2.8V(变化范围2.4-4V 极其不稳定)。 内部电路总电流消耗2uA。 Vth=0.4V左右

另：我采用的是widlar current mirror，（目前还没考虑mismatch和启动问题）在27度，电源电压2.8V时，每个支路电流是1uA（27度），正温度系数26nA/度。 但是当我把电源电压提到4V时，支路电流变成3uA左右，而且温度系数也有很大提高。
还有，为了用MOS管产生PTAT电流，最低下两个管子工作在亚阈值，其余管子在饱和区。
通过计算可以得出最低下电阻电压Vr=kT/q * ln(K)   K：是电流镜尺寸比。 所以理论上输出电流是与电源和管子尺寸还有迁移率无关的。因而输出电流足够线形。不知有没有大神能提供点解决问题的思路就好。谢拉~！


我附上了我的电路原理主要参考的文章，主要在第六页，有兴趣的话可以看下。只不过文章是英文的。
PTAT_CMOS.pdf (384.42 KB, 下载次数: 96 )

2017-3-28 19:46 上传

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另最底下这张图没用哈，我在编辑里看不到这张图，但不知道怎么每次在帖子里就有了，不知道怎么删掉它。

暮若幽荷

变化有多大？

leewisp

回复 2# 暮若幽荷


  设计要求是1uA，但当电源电压从2.8跳到4V是电流变为3uA

暮若幽荷

回复 3# leewisp


    你的管子阈值电压多大的，2.8V工作能保证么？

leewisp

回复 4# 暮若幽荷


   Vth 基本在0.4V左右，最低下的电流镜工作在亚阈值，保证正温度系数，其他的都在饱和区。计算出来电阻上电压应该是Vr=KT/q * ln(尺寸比)
所以理论上我的输出电流是不与电源和尺寸有关的。目前我分析电源变化造成的电流变化主要来自于沟道调制效应。我跳高了管子的L。但电流变化依然还是很大。我正在想结构上的变化来减小电流变化。

corelli

是channel length modulation沒錯
你的電路在Vcc跟Gnd之間有四顆MOS在分壓
假設平均分配好了
4V跟2.4V時, 每顆MOS分到的VDS就差了0.4V
若L太小的話Id的變化就會很大~
把L加大, 或在電流路徑上加電阻吃掉一些壓降都有幫助
不過這個架構在corner還是會遇到變化太大的問題, 除非你只過tt就好~

nancy2408

把你的管子尺寸标出来，从现在的图上看，M2和M0的尺寸是1:1,怎么能工作？

leewisp

回复 6# corelli

事实上我最上面两个mos管是diode conntect的，他就相当于一对电阻，我加他一是为了分压（因为我的电源电压太高，我希望最底下两个罐子工作在压阈值Vgs<0.4V），另一个功能就是向你说的去软化电源电压波动。但目前电流还是有很大波动。而且，支路上的电阻事实上不能加得太大，因为deltaI= deltaV / R  当R过大会造成温度系数降低。
理论上讲，wildar电流源采用了自偏置，当俩各支路达到平衡时应该不与波动电压有关，但理论中忽略了沟道调制。增大L会降低沟道调制，但同样也会降低电流（Ids-Vds 曲线当L越大，饱和区曲线 越平，但其斜率 r0也会越大）。
另我这个电路最后是要跑工艺角的，只不过我目前先不考虑那么多，启动问题我也还没考虑呢！ 我才刚开始，所以主要现在是要解决电压波动的问题。希望大神有好的就解决方案。
我把有关我电路原理的文章负载了附件里，有兴趣的话可以看下哈谢拉。

毅小祥

学习学习

andy2000a

leewisp 发表于 2017-3-28 19:41
回复 6# corelli

事实上我最上面两个mos管是diode conntect的，他就相当于一对电阻，我加他一是为了分压 ...

你直接Diode psrr 不好吧 , 为何不串 pmos , pmos  vgs 另外弄 去降低 psrr产生变化 . 否则如前面提 mosL 拉到很大