CN100508370C - 源极跟随器及其稳定电流反馈电路 - Google Patents

Abstract

一种稳定电流反馈电路，用于一源极跟随器中。源极跟随器包括第一MOS晶体管及一电流镜。第一MOS晶体管的栅极接收一输入信号，其源极输出一输出信号，且一漏极电流是流过第一MOS晶体管。电流镜是根据一加成电流，以产生漏极电流。稳定电流反馈电路是用以使漏极电流实质上等于固定值。稳定电流反馈电路包括被动组件及放大器。被动组件具第一端及第二端，对应电流是流经被动组件，在第二端产生一误差电压，对应电流的大小是随着漏极电流的大小而改变。放大器是根据误差电压及参考电压输出参考信号，以调整加成电流的大小。

Description

源极跟随器及其稳定电流反馈电路

技术领域

本发明涉及一种源极跟随器，且特别涉及一种源极跟随器及其稳定电流反馈电路。

背景技术

源极跟随器(Source follower)为一广泛应用的电路，如图1绘示所示。源极跟随器100包括电流源Is、N型金氧半导体(NMOS晶体管)M1、NMOS晶体管M2及NMOS晶体管Mp。一电流I1流经NMOS晶体管M2与Mp。而由于NMOS晶体管会受通道长度调变效应(Channel length modulation effect)的影响，故电流I1并不如理想中稳定，进而会影响输出信号Vout。举例而言，当输入信号Vin变动时，输出信号Vout会对应输入信号Vin而有同相的变化。当输出信号Vout变动时，NMOS晶体管M2之漏极电压亦一同变动，则NMOS晶体管M2的漏极与源极间的电压差亦因此有变动。如此，因通道长度调变效应的影响，流经NMOS晶体管M2的电流I1亦会变动，因电流I1的变动会使NMOS晶体管Mp的栅极与源极的电压差(Vgs)有所变动，亦即输入信号Vin与输出信号Vout的电压差有所改变，因此输入信号Vin将无法随着输出信号Vout做同幅度的变化，进而使得输出信号Vout有信号失真(signal distortion)情况。

为了解决此信号失真的问题，传统的解决方式是在原电路中加入了由PMOS晶体管M3及PMOS晶体管M4所组成的电流镜，藉反馈的方式使电流I2稳定，进而避免输出信号Vout失真。然而因集成电路的微缩化，集成电路的工作电压也因此降低，故图2所示的PMOS晶体管M4在源极与栅极间产生的压降(Voltage Drop)可能造成NMOS晶体管Mp及NMOS晶体管M2无法正常工作，进而使源极跟随器200无法作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种稳定电流反馈电路，其可应用于一源极跟随器，藉以避免源极跟随器的输出信号产生失真的情况。

本发明的目的之一在于提供一种稳定电流反馈电路，其可应用于一源极跟随器，并可在低电压偏压的情形下，维持源极跟随器正常运作。

本发明提出一种应用于源极跟随器的稳定电流反馈电路，该源极跟随器包含一晶体管，该晶体管的栅极接收一输入信号且源极输出一输出信号，一漏极电流流经该晶体管，当该漏极电流变小时，该晶体管的漏极端所输出的一误差电压随之增大；当该漏极电流变小时，该误差电压则会随之变小，此误差电压输出至该稳定电流反馈电路所包含的一放大器，此放大器会根据该误差电压与预设的一参考电压来输出一参考电流至一加法器，该加法器将该参考电流与一主动电流相加以产生一加成电流，此加成电流经由该源极跟随器所具有的一电流镜结构来影响该漏极电流，藉以将该漏极电流维持在一定值，使该输出电压不会产生失真的情况。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示图是为第一传统源极跟随器的电路图。

图2绘示图是为第二传统源极跟随器的电路图。

图3绘示图是为依照本发明一较佳实施例的源极跟随器的电路图。

图4绘示图是为依照本发明一较佳实施例的参考电压产生器的电路图。

附图符号说明

100、200、300：源极跟随器

M1、M2、Mp、Q1、Q2、Q3：NMOS晶体管

M3、M4：PMOS晶体管

R1、R2：电阻

310：稳定电流反馈电路

320：电流镜

330：电流源

311：参考电压产生器

312：放大器

313：加法器

具体实施方式

请参照图3，其绘示依照本发明一较佳实施例的源极跟随器的电路图。源极跟随器300包括NMOS晶体管Q1、稳定电流反馈电路310、及电流镜320。NMOS晶体管Q1在栅极接收输入信号Vin，并在源极输出输出信号Vout。电流镜320是依据稳定电流反馈电路310输出的信号，以实质上固定流过NMOS晶体管Q1的漏极电流Id，藉此避免输出信号Vout失真。

稳定电流反馈电路310包括电阻R1、放大器312、参考电压产生器311、及加法器313。电阻R1具第一端及第二端，第一端耦接至高电位Vdd，第二端则分别与NMOS晶体管Q1的漏极与放大器312耦接，该第二端具有一误差电压Verr，其等于高电位Vdd减去漏极电流Id在电阻R1的造成的压降，亦即Verr Vdd Id×R1。放大器312具正输入端及负输入端，正输入端接收误差电压Verr，负输入端则接收参考电压Vref，此参考电压Vref是为漏极电流Id为特定值时，NMOS晶体管Q1的漏极的理想电压值。放大器312是根据误差电压Verr及参考电压Vref来输出参考电流Iref，加法器313会将参考电流Iref与电流源330输出的主动电流Ib相加，藉以产生并输出一加成电流Ia至电流镜320所包含的一NMOS晶体管Q3的漏极。

前述的放大器与加法器等电路组件可利用等效的比较器及控制器来加以取代，依据本发明，只要利用比较器来比较误差电压与参考电压，并依据比较结果来作为调整漏极电流的依据，即在本发明的精神与范围内。

参考电压产生器311是用以产生参考电压Vref。请参照图4，其绘示是为参考电压产生器311的电路图。参考电压产生器311包括有电阻R2及一提供电流Ik的电流源410，电阻R2一端耦接至高电位Vdd，另一端具有一参考电压Vref并分别耦接至电流源410及放大器312的负输入端，因流经电阻R2的电流为Ik，故该参考电压Vref等于高电位Vdd减去电流Ik在电阻R2上造成的压降，亦即Vref Vdd Ik×R2。参考电压产生器311是藉由控制电阻R2及电流Ik的值以产生参考电压Vref。以节省功率(功率：P＝I²*R)的角度衡量，若能将电流Ik的值减小，即使电阻R2的值加大，亦可在产生同样的参考电压Vref情况下，达到省电的目的，故设计时，可朝此方向设计参考电压产生器。需注意的是，对熟习此项技艺者而言，参考电压产生器可利用许多不同方式实现，例如将电流源取代为电阻等，故上述参考电压产生器311仅为依据本发明的一实施例，并非用以限定本发明。

电流镜320则包括NMOS晶体管Q2及NMOS晶体管Q3。NMOS晶体管Q2的漏极与NMOS晶体管Q1的源极耦接。NMOS晶体管Q3的栅极分别与其漏极及NMOS晶体管Q2的栅极耦接。NMOS晶体管Q3的漏极是接收前述的加成电流Ia，以使NMOS晶体管Q2对应地产生漏极电流Id。

稳定电流反馈电路310动作原理如下：当误差电压Verr较参考电压Vref大时，表示漏极电流Id流经电阻R1后，电阻R1的压降过小，亦即漏极电流Id过小，因此放大器312将输出较大的参考电流Iref，以使加成电流Ia相对应地放大，且漏极电流Id亦在电流镜320结构下随着加成电流Ia增大，藉此漏极电流Id得以实质上等于一定值K；而若误差电压Verr较参考电压Vref小时，表示漏极电流Id流经电阻R1后，电阻R1的压降过大，亦即漏极电流Id过大。此时，放大器312将输出较小的参考电流Iref，以使加成电流Ia相对应地减小，并使漏极电流Id亦随之减少，藉此使漏极电流Id实质上等于固定值K。

本实施例中，电阻R1的电阻值可以很小，以使漏极电流Id在电阻R1上造成的压降很小。如此即可在高电位Vdd的值较小的情况下，维持源极跟随器300的正常操作。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种稳定电流反馈电路，用于一源极跟随器中，该源极跟随器包括一晶体管，该晶体管包含一第一电极、一第二电极及一第三电极，该第一电极接收一输入信号，该第二电极依据该输入信号输出一输出信号，一漏极电流流经该晶体管，该稳定电流反馈电路包括：

一阻抗，其分别耦接一电压源及该第三电极，该漏极电流流经该阻抗，且该阻抗耦接该第三电极之端具有一误差电压；以及

一比较器，其耦接该阻抗，并根据该误差电压及一参考电压输出一参考信号，该源极跟随器根据该参考信号来调整该漏极电流的大小；

其中，该误差电压随着该电压源的电压、该阻抗的阻抗值及该漏极电流的大小而改变。

2.如权利要求1所述的电路，其进一步包含：

一设计阻抗，其分别耦接该电压源及该比较器，一设计电流流经该设计阻抗，且该设计阻抗耦接该比较器之端具有该参考电压；

其中，该参考电压随着该设计阻抗与该设计电流而改变。

3.如权利要求1所述的电路，其中，该电路进一步包含：

一加法器，其耦接该比较器，并根据该参考信号以输出一加成电流，该源极跟随器根据该加成电流的值调整该漏极电流的值。

4.如权利要求3所述的电路，其中，该参考信号是一参考电流，且该源极跟随器进一步包括：

一电流源，其产生一主动电流，且该加法器是加总该参考电流及该主动电流以输出该加成电流；以及

一电流镜，其分别耦接至该加法器及该晶体管，并依据该加成电流的值调整该漏极电流的值。

5.一种源极跟随器，包括：

一晶体管，其包含一第一电极、一第二电极及一第三电极，该第一电极接收一输入信号，该第二电极依据该输入信号输出一输出信号，一漏极电流流经该晶体管；

一阻抗，其分别耦接一电压源及该第三电极，该漏极电流流经该阻抗，且该阻抗耦接该第三电极之端具有一误差电压；

一放大器，其耦接该阻抗，并根据该误差电压及一参考电压输出一参考电流；

一电流源，其输出一主动电流；

一加法器，其相加该参考电流及该主动电流以输出一加成电流；以及

一电流镜，分别耦接该加法器及该晶体管，并依据该加成电流调整该漏极电流。

6.如权利要求5所述的电路，其进一步包含：

一参考电压产生电路，用以产生该参考电压，且该参考电压产生电路包含：

一设计阻抗，其分别耦接该电压源及比较器，一设计电流流经该设计阻抗，且该设计阻抗耦接该比较器之端具有该参考电压；

其中，该参考电压随该设计阻抗与该设计电流而变动。

7.一种源极跟随器，包括：

一晶体管，其栅极接收一输入信号、源极依据该输入信号输出一输出信号，一漏极电流流经该晶体管；

一阻抗，其分别耦接一电压源及该晶体管的源极，该漏极电流流经该阻抗，且该阻抗耦接该第三电极之端具有一误差电压；

一比较器，其耦接该阻抗，并根据该误差电压及一参考电压输出一参考信号；以及

一反馈电路，其将该参考信号反馈至该源极跟随器，该源极跟随器并依据该参考信号调整该漏极电流，

其中，该误差电压随该电压源的电压、该阻抗的阻抗值及该漏极电流的大小而变化。

8.如权利要求7所述的电路，其进一步包含：

一设计阻抗，其分别耦接该电压源及比较器，一设计电流流经该设计阻抗，且该设计阻抗耦接该比较器之端形成该参考电压；

其中，该参考电压随该设计阻抗及该设计电流而改变。

9.如权利要求7所述的电路，其中，该反馈电路进一步包含：

一加法器，其根据该参考信号以输出一加成电流，该源极跟随器根据该加成电流的值调整该漏极电流的值。

10.如权利要求9所述的电路，其中，该参考信号是一参考电流，且该源极跟随器进一步包括：

一电流源，其产生一主动电流，该加法器是加总该参考电流及该主动电流以输出该加成电流；以及

一电流镜，其分别耦接至该加法器及该晶体管，并依据该加成电流的值调整该漏极电流的值。

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