随着亚微米、深亚微米技术和系统芯片(SOC)技术的日益成熟，便携式电子和微型电子产品快速发展和普及，低电压工作环境下的芯片研发日益受到关注。电流基准源是模拟集成电路中最重要的模块之一，广泛应用于数模、模数转换器、滤波器和单片式传感器中，因此，低压、低功耗、高精度、稳定的电流基准源的设计成为模拟IC设计的热点。

目前，国外很多电流基准源的电源电压达到1V甚至更低。文献[1-2]分别用本征MOS管和SIMOX工艺实现低压下的电流基准源，但文献[1]的电源电压高、基准电流温度系数比较大；文献[2]的基准电流温度系数比较小，但不是普通的CMOS工艺，结构复杂，功耗大；文献[3]虽然在1.1 V电源电压下的功耗很小，但是工作温度范围比较小、温度系数很大。所以设计的难点就是要在普通CMOS工艺下实现低压、低功耗且结构简单的高性能电流基准源。

1 零温度系数偏置点

文献[4]证实了很多的CMOS工艺存在零温度系数偏置点，由于零温度系数偏置点的存在，可以通过在MOS管栅极加一个不随温度变化的偏置电压，得到相应的不受温度影响的电流基准，如图1所示。

根据MOS管平方律公式，NMOS管漏电流为

式中：μn是M0管载流子迁移率；Cox为氧化层电容；VTH0为M0的阈值电压。在公式(1)中，只有μn和VTH0是和温度有关的量。根据文献[5]，阈值电压可以表示为

把式(2)、(3)代人式(1)，和温度相关的电流基准源IREF可以表示成

可以看出，载流子迁移率的温度相关性和阈值电压的温度相关性正好互相补偿，抵消了温度对它们的作用。在TSMC 0.25 μm标准工艺条件下，宽长为16 μm和8μm时，MOS管不同温度下的跨导特性如图2所示。由图可知，MOS管在点(VZTC，IZTC)时，它的跨导特性几乎不受温度的影响。此时NMOS管ZTC点相应的电流为19.1 μA，电压为765.3 mV，PMOS管ZTC点的电流为-12.3μA，电压为-1.13 V。由于PMOS ZTC点的电压值超过了所能提供的电源电压，所以本文采用NMOS管来产生基准电流。

2 低压温度补偿电压基准电路

2.1 带隙基准电路结构

基于TSMC 0.25 μm CMOS工艺，采用一级温度补偿、电流反馈技术设计的低压带隙基准电路如图3所示，其工作原理与传统的带隙基准电路相似。为了与CMOS标准工艺兼容，采用PNP管的集电极接地结构。低压钳位运放使a、b两点的电压相等。设置Ma1、Ma2、Ma3管的宽长比使它们的电流关系为

Q2和Q1的发射极面积的比为N，R2=R3，流过Q1和Q2的电流相等，△VBE等于VT?ln(N)。流过电阻R1的电流为

选取合适的电阻比值使电压基准不受温度影响，调节m和R4来调节基准电压的大小，得到合适的值。

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