摘  要： 提出了一款應(yīng)用于RF無線收發(fā)芯片的高精度電流偏置電路,。綜合考慮功耗,、面積和失調(diào)電壓對基準(zhǔn)電壓的影響，設(shè)計了一款符合實際應(yīng)用的帶隙基準(zhǔn)電路,。并以帶隙基準(zhǔn)電路作基準(zhǔn)電流源的偏置,，采用電壓電流轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)設(shè)計了具有高電源電壓抑制比（PSRR）的基準(zhǔn)電流源。電流鏡采用輔助運放的設(shè)計方法來提高電流鏡的輸出阻抗,，減小溝道調(diào)制效應(yīng)對輸出的基準(zhǔn)電流的影響,，從而提高輸出基準(zhǔn)電流的精度。采用0.35 μm CMOS工藝設(shè)計芯片版圖,，版圖面積為0.18 mm2,。提取寄生參數(shù)（PEX）仿真結(jié)果表明,，該電路在-55 ℃~+90 ℃范圍內(nèi)的溫度系數(shù)為15.5 ppm/℃，室溫下基準(zhǔn)電壓為1.203 5 V,；在低頻段電流源的電源抑制比為90 dB,；在外接電阻從1 kΩ~400 kΩ變化時，輸出基準(zhǔn)電流誤差范圍是0.000 1 μA,。
關(guān)鍵詞： 基準(zhǔn)電流,；電流鏡；版圖

　基準(zhǔn)電路要求產(chǎn)生一個獨立于電源電壓和工藝,，并具有特定溫度特性的直流電壓或者直流電流,，包括基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源兩種?；鶞?zhǔn)電流源在射頻/模擬和數(shù)?；旌霞呻娐分袕V泛應(yīng)用，其精度直接影響整個芯片的性能,。在基準(zhǔn)電壓電路中,，帶隙基準(zhǔn)電路能夠產(chǎn)生一個與電源和工藝參數(shù)相關(guān)度很弱并具有確定溫度特性的直流電壓，得到了廣泛地應(yīng)用,。通常實現(xiàn)基準(zhǔn)電流源有兩種方法：一是將具有正溫度系數(shù)的電流和具有負(fù)溫度系數(shù)的電流進(jìn)行加權(quán)求和,，這種方法得到的電流溫度特性較好[1]；二是把帶隙基準(zhǔn)電壓加在電阻兩端從而產(chǎn)生基準(zhǔn)電流,，在已有帶隙基準(zhǔn)電壓的情況下無需增加過多器件即可得到基準(zhǔn)電流[2],，同時，帶隙基準(zhǔn)具有較高的電源抑制比,，可提高基準(zhǔn)電流的輸出精度,。
　RF無線收發(fā)芯片會受到串?dāng)_和襯底噪聲的影響，因此電源的噪聲比較大,，對于電流源這樣精度要求高的模擬電路就要有較高的電源抑制比,。本文設(shè)計了一種應(yīng)用于射頻（RF）無線收發(fā)機(jī)SoC芯片中高精度的電流偏置電路。即把帶隙基準(zhǔn)電壓加在電阻的兩端,，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流,，可提高基準(zhǔn)電流的電源電壓抑制比。采用增益提高型電流鏡電路,，提高輸出阻抗,，減小溝道長度調(diào)制效應(yīng)對基準(zhǔn)電流的影響，產(chǎn)生高精度電流的偏置電路,?；鶞?zhǔn)電流偏置電路整體架構(gòu)如圖1所示。

1 帶隙基準(zhǔn)以及啟動電路
1.1帶隙基準(zhǔn)電壓核心電路
　本文采用的帶隙基準(zhǔn)電路如圖2所示，M9~M12構(gòu)成低壓共源共柵電流源結(jié)構(gòu),，提高了輸出阻抗,，從而減小溝道長度調(diào)制效應(yīng)對3路電流匹配精度的影響。同時,，該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)共源共柵結(jié)構(gòu)相比,，能減小消耗的電壓余度，適合在低電源電壓中應(yīng)用,。M5/M6/Q0和M7/M8/Q1分別為帶隙基準(zhǔn)核心電路M13/M15和M10/M12/M18管提供偏置電壓,。

　電流源的電源電壓抑制比如圖7所示。在低頻段,，增益為90 dB,，即使頻率在10 kHz，也有較高增益（30 dB）,，說明電流源具有較強(qiáng)的抗干擾能力,。圖8是電流鏡在外接電阻Rout從1 kΩ~400 kΩ之間變化時，輸出基準(zhǔn)的電流大小變化,，誤差范圍為0.000 1 μA,，因此可以提供高精度的電流偏置。過A點后,，由于外接電阻過高，導(dǎo)致外接電阻上的壓降很大,，使MOS管進(jìn)入線性區(qū)工作,，因此電流會迅速減小。

　本文設(shè)計了一款應(yīng)用于RF無線收發(fā)芯片的高精度基準(zhǔn)電流偏置電路,，包括帶隙基準(zhǔn),、基準(zhǔn)電流源和電流鏡電路的設(shè)計。設(shè)計帶隙基準(zhǔn)電路時,，通過對功耗,、面積和失調(diào)電壓對基準(zhǔn)電壓的影響進(jìn)行綜合考慮，實現(xiàn)電路的最優(yōu)設(shè)計,。設(shè)計電流源時以帶隙基準(zhǔn)電路做偏置,，并采用電壓電流轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)提高電流鏡的電源抑制比。為了得到高精度的輸出基準(zhǔn)電流,，本文采用了增益提高型電流鏡電路,，提高電流鏡的輸出阻抗，抑制了溝道長度調(diào)制效應(yīng)對輸出基準(zhǔn)電流的精度影響,。采用了0.35 μm CMOS工藝設(shè)計芯片版圖,，版圖面積為0.18 mm2。提取寄生參數(shù)后，PEX仿真得到,，在外接電阻從1 kΩ~400 kΩ變化時,，輸出基準(zhǔn)電流的誤差為0.000 1 μA，符合高精度電流偏置電路的要求,。
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