一种新颖启动方式的CMOS低功耗电流源

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1、一种新颖启动方式的CMOS低功耗电流源112陈斯杨增汪恽廷华(1.徐州师范大学物理与电子工程学院，江苏徐州，2211162.智迈微电子科技（上海）有限公司，上海，200433)摘要：基于TSMC0.18-µmCMOS工艺，根据传统电流源结构，设计了一种新颖启动方式的CMOS低功耗电流源。启动电路仅采用一个耗尽型MOS管，使电路正常工作后启动部分消耗的电流基本降为零。这种结构不仅降低了整个电路的功耗，而且大大节省芯片的面积。关键词：电流源启动电路耗尽管低功耗中图分类号：TN402文献标识码：AALowPowerCMOSCurrentSou

2、rcewithNovelStartupCircuitCHENSi1,YANGZengwang1,YUNTinghua2(1.XZNormalUniversity,XuzhouJiangsu,221116,China2.WiscommMicrosystemsinc,Shanghai,200433,China)Abstract：AlowpowerCMOScurrentsourcewithnovelstartcircuitisdesignedbasedontheTSMC0.18-µmCMOSprocess.Thestartupcircuito

3、nlyusesadepletion-modeMOSFET.Itcanmakethestartupcurrentdecreasetozero.Thedesignednovelcurrentcircuitcannotonlyreducethewholecircuitpowerbutalsogreatlysavetheareaofthechip.Keywords：currentsourcestartupcircuitdepletion-modeMOSFETlowpower1引言[1][2]电流源是模拟、数字集成电路中重要的单元。电流源的性能直

4、接影响电路及系统的[3]-[6]性能。为得到高性能电流源，许多高精度、采用温度补偿的基准电路应运而生，而针对低功耗电流源的设计相对很少。随着现代集成电路的发展，低功耗越来越成为一个重要的指标。一般的电流源电路中都有一个启动电路，当启动工作完成之后，我们希望启动电路不消耗无用电流。但是传统的电流源电路很难做到这一点。针对这种现象，本文给出了一种只采用一个耗尽管构成启动电路的CMOS电流源结构，不仅可以将正常工作后启动部分消耗的电流降为零，并且可以大大节省芯片的面积。本文的结构安排如下：第二部分分析一般电流源电路缺陷，并提出一些改进思路；第

5、三部分提出新型的电流源电路结构，并给出了详细的分析；第四部分为电路仿真结果和分析；第五部分为结论部分，对本文所设计的电路进行总结。2常规型电流源1VDDM1M5M2M6M3M4R1R图1常规电流源电路图1是普通的电流源电路，其中M1，M2，M3和M4构成电流源的主体部分，M5，M6以及R1构成启动电路。当该电路应用在低功耗系统中的时候，暴露出了以下两个缺点：1．在电路正常工作之后，经M5和电阻R1到地会不可避免的消耗一部分不必要的电流；2．为了在电路正常工作之后关闭M6，R1上的压降至要少大于VDD－

6、VTHP6

7、，当流过M5的电流很小

8、的时候（比如0.1uA），就需要R1的阻值比较大才能满足此条件。这显然会浪费比较大的芯片面积，增加成本。VDDM1M5M2M6M3M4M7R图2用M7替代R1的电流源电路如图2，相对图1而言，用耗尽型NMOS管M7代替了电阻R1，节省了面积。但是这种结构依然无法消除电路正常工作之后流过M5的无用电流。如果想让流过M5和M7的静态电流很小的话，就需要将M7的栅长L设计的很大，形成倒比管，从而浪费芯片的面积。因此，用M7相对而言面积可以比采用电阻R1节省一些成本，但是还是比较浪费。3新型的电流源2VDDM1M5M2M6M3M4R图3新的电流

9、源电路图3是本文提出的一种新的电路结构。图中耗尽管M5构成启动电路。当电源突然上电的时候，M5导通，给M3和M4的栅极充电，使得M3和M4导通，完成启动功能。当启动工作完成之后，由于M5的源极电位抬高，使得M5关断。这种电路有两个优点：1．节省面积。图3中的M5的尺寸并不像图2中的M7一样需要设计成倒比管，只要是正常的尺寸就可以在电路正常工作之后保证流过M5的电流非常小了。无论是比起采用图1的R1还是图2中M5，芯片面积都大大减少。在图3中为了得到小的偏置电流，仍然采用增强型M3和M4管，根据亚阈值区MOS管的电流表达式可以得到流过电阻

10、R的电流可以表示为：VlnMTI=(1)R式中M为M3和和M4的宽长比之比。为了得到0.1uA的偏置，当M＝4的时候，电阻R只需要为370K即可，比起图2中的11MΩ的R而言，面积缩小为原来的3.4％。极大