CN101630174A - 匹配恒流源 - Google Patents

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Abstract

一种用于电流比值转换的恒流源，特别地，它涉及一种将参考电流转换为精确固定倍数电流的电流比值转换恒流源，在负载变化范围较大的情况下，该恒流源输出电流与参考电流的比值不受影响。恒流源通过第五运算放大器和第六运算放大器的正输入端对第二NMOS管漏端和第四NMOS管的漏端电压进行钳位，使第二NMOS管漏端和第四NMOS管的漏端电压的电压相等。由于第二NMOS管和第四NMOS管的栅极接在一起，第二NMOS管的源极接地，第四NMOS管的源极接地，保证了第二NMOS管和第四NMOS管的栅源电压相等，它们的漏源电压也相等，所以流过M2和M4的电流不会随电源电压和负载的变化而变化，电流得到精确的复制，且电流输出恒定不受负载变化的影响。

Description

匹配恒流源
技术领域
本发明涉及用于电流比值转换的恒流源，特别地，它涉及一种将一个恒定的参考电流转换为精确固定倍数的电流的恒流源。
背景技术
众所周知，恒流源广泛应用在模拟电路中，恒流源主要有两种作用，一种是作为负载，因为恒流源地交流输出电阻大，有利于提高放大器的增益；另一种是提供偏置电流。在电路中，恒流源起了一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。但是，在一般的恒流源中，恒流源的输出电流和输出电阻会受到电源电压和负载等因素变化的影响。
发明内容
本发明的内容是解决上面提出的问题，设计出一种不受电源电压和负载影响的恒流源。电路通过两个运放对构成电流镜的第一NMOS管和第二NMOS管的漏极电压进行钳位，使这两个NMOS管的漏极电压相等，并通过第一NMOS管和第二NMOS管的栅极互连，使它们的栅极电压相等，由于第一NMOS管和第二NMOS管的源极都是接地的，由此保证了第一NMOS管和第二NMOS管的栅源电压和漏源电压分别相等。因此，电路可以精确的复制提供的基准电流，使得输出端得到一个恒流源，且这个恒流源的输出电流和输出电阻不受电源电压和负载变化的影响。
在本发明的基本结构中，运算放大器31，它的正输入端与参考电压52的输出端相连，它的负输入端与NMOS管21的漏极相连；运算放大器32，它的正输入端与运算放大器31的正输入端(如图1)或负输入端(如图2)相连，它的负输入端与NMOS管22的漏极相连，这样确保了NMOS管21的漏极电压和NMOS管22的漏极电压相等，且等于参考电压信号52的输出电压值；由于NMOS管21的栅极和NMOS管22的栅极互连，且与参考电压源51的输出端相连，保证了它们的栅极电压相等，且等于参考电压源51的输出电压值；由于NMOS管21的源极接地，NMOS管22的源极接地，确保了它们的源极电压相等。因此NMOS管21和NMOS管22的漏源电压和栅源电压分别相等，所以流过NMOS管21和NMOS管22的电流之比与NMOS管21和NMOS管22的宽长比之比值相等，且这个比值不会随电源电压和负载的变化而变化。在负载变化范围较大的情况下，电流依然可以得到精确的复制，且电流输出恒定不受负载变化的影响。
附图说明
参照附图会更好地理解下面公开的本发明，其中：
图1为显示本发明基本结构之一的恒流源的电路图
图2为显示本发明基本结构之二的恒流源的电路图
图2为显示本发明第一实施例的恒流源的电路图
图3为显示本发明第二实施例的恒流源的电路图
具体实施方式
本发明的第一实施例如图3所示，由于运算放大器32、运算放大器33、运算放大器34的正输入端都连接在一起，且与运算放大器31的负输入端相连，运算放大器31的正输入端与参考电压源信号52的输出短相连，所以运算放大器31、运算放大器32、运算放大器33、运算放大器34的负输入端电压相等且等于参考电压源52的输出电压值，由于运算放大器31的负输入端与NMOS管21的漏极相连，运算放大器32的负输入端与NMOS管22的漏极相连，运算放大器33的负输入端与NMOS管23的漏极相连，运算放大器34的负输入端与NMOS管24的漏极相连，因此NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24，它们的漏极电压相等，且等于参考电压源52的输出电压值。因为NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24的栅极接在一起并与参考电压源51的输出端相连，所以NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24的栅极电压相等，且等于参考电压源51的是输出电压值。NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24，它们的源极接地，保证了它们的源极电压相等。又上述说明可以看出NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24的漏源电压和栅源电压分别相等。流过N NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24的电流之比与NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23、NOMS管24的宽长比之比值相等，且这个比值不会随电源电压和负载的变化而变化。在负载变化范围较大的情况下，电流依然可以得到精确的复制，且电流输出恒定不受负载变化的影响。
本发明的第二实施例如图4所示，由于运算放大器32、运算放大器33、运算放大器34和第n个运算放大器3n，它们的正输入端都连接在一起，且与运算放大器31的正输入端相连，运算放大器31的正输入端与参考电压源信号52的输出短相连，所以运算放大器31、运算放大器32、运算放大器33与第n个运算放大器3n，这n个运算放大器的正输入端电压相等且等于参考电压源52的输出电压值，由于运算放大器31的负输入端与NMOS管21的漏极相连，运算放大器32的负输入端与NMOS管22的漏极相连，运算放大器33的负输入端与NMOS管23的漏极相连，运算放大器3n的负输入端与NMOS管2n的漏极相连，因此NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23到第n个NOMS管2n，这n个NMOS管的漏极电压相等，且等于参考电压源52的输出电压值。因为NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23到第n个NOMS管2n的栅极接在一起并与参考电压源51的输出端相连，所以这n个NOMS管的栅极电压相等，且等于参考电压源51的是输出电压值。NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23到第n个NOMS管2n，这n个NMOS管的源极接地，保证了它们的源极电压相等。从上述说明可以看出NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23到第n个NOMS管2n这n个NMOS管的漏源电压和栅源电压分别相等。流过N NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23到第n个NOMS管2n的电流之比与NOMS管21、NOMS管22、NOMS管23到NOMS管2n的宽长比之比值相等，且这个比值不会随电源电压和负载的变化而变化。在负载变化范围较大的情况下，电流依然可以得到精确的复制，且电流输出恒定不受负载变化的影响。
由这两个实施例可以看出，不管电路的后面串联多少级恒流支路，每一级的恒流源的输出都不会受到负载的影响。
本发明提供了一种匹配精度较高，不受MOS管沟道调制效应的影响，也不受电源电压和负载变化的影响的恒流源。另外，作为本发明的一种应用，还实现了一种将参考电流转换为精确固定倍数电流的多输出的恒定电流源。

Claims (6)

1、一种匹配恒流源，包括：
第一NMOS管，它的漏极信号是来自输入参考电流信号，它的源极与第二NMOS管的漏极相连，它的栅极与第五运算放大器的输出端相连，它的衬底接地；
第二NMOS管，它的漏极与所述第一NMOS管的源极相连，它的源极接地，它的栅极与第四NMOS管栅极互连，它的衬底接地；
第三NMOS管，它的漏极与输出电流源相连，它的源极与第四NMOS管的漏极相连，它的栅极与第六运算放大器的输出端相连，它的衬底接地；
第四NMOS管，它的漏极与所述第三NMOS管的源极相连，它的源极接地，它的栅极与第二NMOS管的栅极互连，它的栅极的电压信号来自第七参考电压信号，它的衬底接地；
第五运算放大器，它的正输入端与第八参考电压输出端相连，并与第六运算放大器的正输入端相连，它的负输入端与所述第一NMOS管的源极相连，它的输出端与所述第一NMOS管的栅极相连；
第六运算放大器，它的正输入端与所述第五运算放大器的正输入端相连，它的负输入端与所述第三NMOS管的源端相连，它的输出端与所述第三NMOS管的栅极相连；
第七参考电压源，它的输出端与第五运算放大器的正输入端相连，并与第六运算放大器的正输入端相连；
第八参考电压源，它的输出端与第二NMOS管的栅极相连，也与第四NMOS管的栅极相连，
第九参考电流源，与所述第一NMOS管得漏极相连。
2、一种匹配恒流源，包括：
第一NMOS管，它的漏极信号是来自输入参考电流信号，它的源极与第二NMOS管的漏极相连，它的栅极与第五运算放大器的输出端相连，它的衬底接地；
第二NMOS管，它的漏极与所述第一NMOS管的源极相连，它的源极接地，它的栅极与第四NMOS管栅极互连，它的衬底接地；
第三NMOS管，它的漏极与输出电流源相连，它的源极与第四NMOS管的漏极相连，它的栅极与第六运算放大器的输出端相连，它的衬底接地；
第四NMOS管，它的漏极与所述第三NMOS管的源极相连，它的源极接地，它的栅极与第二NMOS管的栅极互连，它的栅极的电压信号来自第七参考电压信号，它的衬底接地；
第五运算放大器，它的正输入端与第八参考电压输出端相连，它的负输入端与所述第一NMOS管的源极相连，它的输出端与所述第一NMOS管的栅极相连；
第六运算放大器，它的正输入端与所述第五运算放大器的负输入端相连，它的负输入端与所述第三NMOS管的源极相连，它的输出端与所述第三NMOS管的栅极相连；
第七参考电压源，它的输出端与第五运算放大器的正输入端相连；
第八参考电压源，它的输出端与第二NMOS管的栅极相连，也与第四NMOS管的栅极相连；
第九基准电流源，与所述第一NMOS管得漏极相连。
3、根据权利要求1或权利要求2所述匹配恒流源，其特征在于，所述的第七参考电压源和第八参考电压信号可以由任何结构的带隙基准源提供，可以由电路中任何一个恒定电压端提供，也可以由任何能够提供参考电压的电路或元器件提供。
4、根据权利要求1或权利要求2所述匹配恒流源，其特征在于，所述的第九基准电流源，它是任何能够提供参考电流源的电路或元器件，可以由任何在集成电路中实现电流信号产生的电路来实现，也可以由任何分立元器件实现电流信号产生的电路来实现，也可以由任何集成电路块实现电流信号产生的电路来实现，也可以由分立元器件和集成电路块组合实现。
5、根据权利要求1或权利要求2所述匹配恒流源，其特征在于，所述的第五运算放大器和第六运算放大器可以是结构完全相同的运算放大器，也可以是结构不相同的运算放大器。
6、根据权利要求1或权利要求2所述匹配恒流源，其特征在于，电路结构可以由单个集成电路实现，也可以由分立元器件和集成电路块组合实现；在单个集成电路中，通过调节第一PMOS管和第二PMOS管的宽长比之比来调节输出电流和参考电流的比例；在分立元器件和集成电路块组合中，通过调节分立器件的个数来调节输出电流和参考电流的比例。
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