自偏置电路及芯片的制作方法

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种自偏置电路及芯片。

背景技术：

1、自偏置电路是模拟、数字和混合信号系统芯片中最基本、最重要的模块之一，主要为电路中其它器件提供偏置，使其工作在器件的特定区域，实现电路的预设功能。偏置电路必须保证被偏置的电路在工艺、温度和电源电压发生变化后仍然能工作在可以接受的工作区，同时不能给电路带来明显的额外功耗。因此设计一款性能优异的偏置电路至关重要。

2、如图1所示为传统的自偏置电流基准源1，包括电阻r、mos管m1、m2、m3、m4及m5，mos管m1与m2构成电流镜结构，mos管m3与m4构成电流镜结构，mos管m5作为输出管，电阻r连接在mos管m2的源极；它的原理是通过反馈系数小于1的正反馈来产生一个对电源电压不敏感的基准电流iout，但该基准电流仍旧和晶体管的工艺系数、电阻和尺寸有关。具体可表示为：

3、

4、式中，μn及cox为工艺常数，(w/l)n为mos管m1的宽长比，k为mos管m2与m1的宽长比的比例系数。

5、上述偏置电流源存在以下问题：

6、1)在计算中假设mos管m1和m2的阈值相等，而实际上mos管m1和m2的源极位于不同电位，由于体效应的存在，阈值不相等，因此计算会有误差。

7、2)输出电流iout随温度变化十分大，较大的正温度系数使得其应用受限。

8、3)计算时忽略沟道调制效应，计算值表现出较小的电源依赖性，而输出电流iout的实测值与计算值偏离较大，基准电流对电源电压变化敏感。

9、因此，如何获得对电源电压不敏感、温度系数较小的自偏置电路，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

10、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自偏置电路及芯片，用于解决现有技术中自偏置电路对电源电压敏感、温度系数较大等问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自偏置电路，所述自偏置电路至少包括：

3、启动模块及自偏置模块；

4、所述启动模块接收使能信号，在所述使能信号跳变为有效状态时为所述自偏置模块提供启动信号，并在所述自偏置模块启动后停止工作；

5、所述自偏置模块连接于所述启动模块的输出端，当所述启动信号有效时通过电流镜自举及负反馈产生一与电源无关且温度系数可控的偏置电流，并基于所述偏置电流镜像得到偏置基准源。

6、可选地，所述自偏置模块包括自举单元、负反馈单元及输出单元；

7、所述自举单元接收所述使能信号及所述启动信号，当所述使能信号及所述启动信号均有效时产生与电源无关的偏置电流；

8、所述负反馈单元连接所述自举单元，基于所述自举单元的输出信号产生所述自举单元的负反馈信号，以确定所述偏置电流的值并调整所述偏置电流的温度系数；

9、所述输出单元连接所述自举单元，基于所述偏置电流产生所述偏置基准源。

10、更可选地，所述自举单元包括第一nmos管、第二nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第一使能开关及第二使能开关；

11、所述第一nmos管的源极接地，栅极接收所述启动信号，漏极连接所述第一pmos管的漏极；

12、所述第一pmos管的源极连接电源电压，栅极与漏极连接；

13、所述第二pmos管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第一pmos管的栅极，漏极连接所述第二nmos管的漏极；

14、所述第二nmos管的栅极与漏极连接并连接所述第一nmos管的栅极，源极接地；

15、所述第一使能开关串联于所述第一pmos管与所述第一nmos管的漏极之间，或串联于所述第二pmos管与所述第二nmos管的漏极之间；当所述使能信号有效时所述第一使能开关导通，当所述使能信号无效时所述第一使能开关断开；

16、所述第二使能开关受控于所述使能信号，当所述使能信号无效时拉高所述第一pmos管及所述第二pmos管的栅极电压，或者当所述使能信号无效时拉低所述第一nmos管及所述第二nmos管的栅极电压。

17、更可选地，所述负反馈单元包括第三pmos管、第三nmos管及第一电阻；

18、所述第三pmos管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第一pmos管的栅极，漏极连接所述第一电阻的第一端；所述第一电阻的第二端接地，用于调节温度系数；

19、所述第三nmos管的源极接地，栅极连接所述第一电阻的第一端，漏极连接所述第二nmos管的漏极。

20、更可选地，所述输出单元包括第四pmos管，所述第四pmos管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第一pmos管的栅极，漏极输出所述偏置基准源。

21、更可选地，所述启动模块包括第五pmos管、第六pmos管及第三使能开关；

22、所述第三使能开关的第一端接地，第二端连接所述第五pmos管的栅极；当所述使能信号有效时所述第三使能开关导通，当所述使能信号无效时所述第三使能开关断开；

23、所述第五pmos管的源极连接电源电压，漏极输出所述启动信号；所述第六pmos管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述偏置电流对应的电压信号，漏极连接所述第五pmos管的栅极。

24、更可选地，所述启动模块还包括第四使能开关；所述第四使能开关的第一端连接所述电源电压，第二端连接所述第五pmos管的栅极；当所述使能信号有效时所述第四使能开关断开，当所述使能信号无效时所述第四使能开关导通。

25、更可选地，所述自举单元包括第四nmos管、第五nmos管、第七pmos管、第八pmos管、第五使能开关及第六使能开关；

26、所述第七pmos管的源极连接电源电压，栅极接收所述启动信号，漏极连接所述第四nmos管的漏极；

27、所述第四nmos管的源极接地，栅极与漏极连接；

28、所述第五nmos管的源极接地，栅极连接所述第四nmos管的栅极，漏极连接所述第八pmos管的漏极；

29、所述第八pmos管的栅极与漏极连接并连接所述第七pmos管的栅极，源极连接所述电源电压；

30、所述第五使能开关串联于所述第七pmos管与所述第四nmos管的漏极之间，或串联于所述第八pmos管与所述第五nmos管的漏极之间；当所述使能信号有效时所述第五使能开关导通，当所述使能信号无效时所述第五使能开关断开；

31、所述第六使能开关受控于所述使能信号，当所述使能信号无效时拉高所述第七pmos管及所述第八pmos管的栅极电压，或者当所述使能信号无效时拉低所述第四nmos管及所述第五nmos管的栅极电压。

32、更可选地，所述负反馈单元包括第六nmos管、第九pmos管及第二电阻；

33、所述第六nmos管的源极接地，栅极连接所述第四nmos管的栅极，漏极连接所述第二电阻的第一端；所述第二电阻的第二端连接所述电源电压，用于调节温度系数；

34、所述第九pmos管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第二电阻的第一端，漏极连接所述第八pmos管的漏极。

35、更可选地，所述输出单元包括第七nmos管，所述第七nmos管的源极接地，栅极连接所述四nmos管的栅极，漏极输出所述偏置基准源。

36、更可选地，所述启动模块包括第八nmos管、第九nmos管及第七使能开关；

37、所述第七使能开关的第一端连接电源电压，第二端连接所述第八nmos管的栅极；当所述使能信号有效时所述第七使能开关导通，当所述使能信号无效时所述第七使能开关断开；

38、所述第八nmos管的源极接地，漏极输出所述启动信号；所述第九nmos管的源极接地，栅极连接所述偏置电流对应的电压信号，漏极连接所述八nmos管的栅极。

39、更可选地，所述启动模块还包括第八使能开关；所述第八使能开关的第一端接地，第二端连接所述第八nmos管的栅极；当所述使能信号有效时所述第八使能开关断开，当所述使能信号无效时所述第八使能开关导通。

40、为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种芯片，所述芯片至少包括上述自偏置电路。

41、如上所述，本发明的自偏置电路及芯片，具有以下有益效果：

42、1、本发明的自偏置电路及芯片中同一组电流镜中各mos管的源极电位相同，避免体效应的影响，计算值与实际值的误差小，准确性高。

43、2、本发明的自偏置电路及芯片中产生的基准电压和基准电流随电源变化不敏感。

44、3、本发明的自偏置电路及芯片可通过合理设置电流镜镜像比值和电阻的阻值，来获得低温漂的基准电压和基准电流。

45、4、本发明的自偏置电路及芯片的电路结构简单，稳定速度快，使能信号关闭后静态功耗为零，可用于给时钟、运放等电路提供偏置。

技术特征：

1.一种自偏置电路，其特征在于，所述自偏置电路至少包括：

2.根据权利要求1所述的自偏置电路，其特征在于：所述自偏置模块包括自举单元、负反馈单元及输出单元；

3.根据权利要求2所述的自偏置电路，其特征在于：所述自举单元包括第一nmos管、第二nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第一使能开关及第二使能开关；

4.根据权利要求3所述的自偏置电路，其特征在于：所述负反馈单元包括第三pmos管、第三nmos管及第一电阻；

5.根据权利要求3所述的自偏置电路，其特征在于：所述输出单元包括第四pmos管，所述第四pmos管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第一pmos管的栅极，漏极输出所述偏置基准源。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的自偏置电路，其特征在于：所述启动模块包括第五pmos管、第六pmos管及第三使能开关；

7.根据权利要求6所述的自偏置电路，其特征在于：所述启动模块还包括第四使能开关；所述第四使能开关的第一端连接所述电源电压，第二端连接所述第五pmos管的栅极；当所述使能信号有效时所述第四使能开关断开，当所述使能信号无效时所述第四使能开关导通。

8.根据权利要求2所述的自偏置电路，其特征在于：所述自举单元包括第四nmos管、第五nmos管、第七pmos管、第八pmos管、第五使能开关及第六使能开关；

9.根据权利要求8所述的自偏置电路，其特征在于：所述负反馈单元包括第六nmos管、第九pmos管及第二电阻；

10.根据权利要求8所述的自偏置电路，其特征在于：所述输出单元包括第七nmos管，所述第七nmos管的源极接地，栅极连接所述四nmos管的栅极，漏极输出所述偏置基准源。

11.根据权利要求1、8-10任意一项所述的自偏置电路，其特征在于：所述启动模块包括第八nmos管、第九nmos管及第七使能开关；

12.根据权利要求11所述的自偏置电路，其特征在于：所述启动模块还包括第八使能开关；所述第八使能开关的第一端接地，第二端连接所述第八nmos管的栅极；当所述使能信号有效时所述第八使能开关断开，当所述使能信号无效时所述第八使能开关导通。

13.一种芯片，其特征在于，所述芯片至少包括如权利要求1-12任意一项所述的自偏置电路。

技术总结
本发明提供一种自偏置电路及芯片，包括：启动模块，在使能信号跳变为有效状态时为自偏置模块提供启动信号，并在自偏置模块启动后停止工作；自偏置模块，当启动信号有效时通过电流镜自举及负反馈产生一与电源无关且温度系数可控的偏置电流，并基于偏置电流镜像得到偏置基准源。本发明中同一组电流镜中各MOS管的源极电位相同，避免体效应的影响，计算值与实际值的误差小，准确性高；产生的基准电压和基准电流随电源变化不敏感；可通过合理设置电流镜镜像比值和电阻的阻值，来获得低温漂的基准电压和基准电流；电路结构简单，稳定速度快，使能信号关闭后静态功耗为零，可用于给时钟、运放等电路提供偏置。

技术研发人员：刘玉芳,余成龙,张毕源
受保护的技术使用者：华润微集成电路（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23