CN101630175A

CN101630175A - 匹配电流镜

Info

Publication number: CN101630175A
Application number: CN200810205275A
Authority: CN
Inventors: 曹先国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2010-01-20

Abstract

一种用于电流比值转换的电流镜，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电流镜。该电流镜减小了电流复制的误差，使电流得到精确复制。通过一个运算放大器的输出端控制受控电路的电流或电压变化，使得变化后的电流或电压信号经过负载电路后在运算放大器的负输入端得到一个与它的正输入端电压相等的电压值。应用运算放大器正输入端电压与负输入端相等的特性，对构成电流镜的两个MOS管的漏极电压进行钳位，使构成电流镜的两个MOS管的漏极电压相等，确保了构成电流镜的两个MOS管的漏源电压相等。通过构成电流镜的两个MOS管的栅极互连确保了两个MOS管的栅源电压相等。从而减小了电流复制的误差，使电流得到精确复制，提高了电流镜的匹配精度。

Description

匹配电流镜

技术领域

本发明涉及一种用于电流比值转换的电流镜，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电流镜。

背景技术

众所周知电流镜广泛应用模拟电路中。图1所示为基本电流镜结构，输出电流Io和基准电流Ir的大小之比主要取决于电流各自流过的12管和11管的宽长比之比，它能够队基准电流按一定比例进行复制。但是Io和Ir的比值还受到各自漏源电压的影响，M1管的漏极和栅极电压相等，但是12管的漏极电压根据需要可能偏置在任意电压，这就造成了电流复制的误差。

发明内容：

本发明的内容解决了前述提出的问题，通过一个运算放大器的输出端控制受控电路的电流或电压变化，使得变化后的电流或电压信号经过负载电路后在运算放大器的负输入端得到一个与它的正输入端电压相等的电压值。应用运算放大器正输入端电压与负输入端相等的特性，对构成电流镜的两个MOS管的漏极电压进行钳位，确保了构成电流镜的两个MOS管的漏极电压相等，使两个管子的漏源电压相等。通过构成电流镜的两个MOS管的栅极互连确保了两个MOS管的栅源电压相等。从而使电流得到精确复制，减小了电流复制的误差，提高了电流镜的匹配精度。

本发明提供的电流镜的基本结构如图2所示，电路包括：

(1)第一PMOS管21和第二PMOS管22，用于构成电流镜，对电流进行复制。第一PMOS管21和第二PMOS管22的源极与供电电压vdd相连，其栅极相互连接，且栅极电压为Vref1。第一PMOS管21的漏极与运算放大器的正输入端相连，并与参考电流源23相连，第二PMOS管22的漏极与运算放大器的负输入端相连，并与受控负载25相连，第一PMOS管21和第二PMOS管22的衬底都接到供电电压vdd。

(2)参考电流源23，为电流镜提供参考电流。参考电流源23与第一PMOS管21的漏极相连。

(3)运算放大器24，用于对构成电流镜的第一PMOS管21和第二PMOS管22的漏极电压进行钳位，应用其正输入端电压和负输入端电压相等的特性，确保两个PMOS管21和22的漏极电压相等。运算放大器24的正输入端与第一PMOS管21的漏极相连，它的负输入端与第二PMOS管22的漏极相连，运算放大器24的输出端控制受控负载电路，使运算放大器24的负输入端电压等于正输入端电压。

(4)受控电路25，它的电流或电压信号受到运算放大器24的控制。受控电路25与负载电路相连。

(5)负载电路26，将受控电路25输出的电流或电压信号转换为相应的电压信号，使运算放大器24负输入端电压等于它的正输入端的电压。它的一端与受控电路25相连，另一端与运算放大器24的负输入端相连，并与第二PMOS管22的漏极相连。

本发明与传统的电流镜不同，传统的电流镜中，由于构成电流镜的两个管子的漏源电压不一定相等，电流的复制会出现一定的误差。在本发明提供的电路中，由于第一PMOS管21和第二PMOS管22的栅极互连，它们的栅极电压相等；由于第一PMOS管21和第二PMOS管22的源极都是与供电电压vdd相连，它们的源极电压相等；由于第一PMOS管21的漏极与运算放大器的正输入端相连，第二PMOS管22的漏极与运算放大器的负输入端相连，它们的漏极电压相等，这样，确保了第一PMOS管21和第二PMOS管22的栅源电压和漏源电压分别相等。保障了流过第一PMOS管21的电流和流过第二PMOS管22的电流之比与第一PMOS管21的宽长比和第二PMOS管22的宽长比之比值相等。本发明提供的电流镜减小了电流复制的误差，使电流得到精确复制。

附图说明

参照附图能更好地理解下面公开的本发明，其中：

图1为显示传统的电流镜的电路图

图2为显示本发明基本结构的电流镜的电路图

图3为显示本发明第一实施例的电流镜电路图

图4为显示本发明第二实施例的电流镜电路图

具体的实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。图3是本发明的电流镜的实施例之一的基本结构，电路包括：

(1)第一PMOS管31和第二PMOS管32，用于构成电流镜，对电流进行复制。第一PMOS管31和第二PMOS管32的源极与供电电压vdd相连，其栅极相互连接，并接到第一PMOS管31的漏极，栅极电压Vref1是第一PMOS管的漏极提供的偏置电压。第一PMOS管31的漏极与运算放大器的正输入端相连，并与参考电流源33相连，第二PMOS管32的漏极与运算放大器的负输入端相连，并与负载电路36相连。第一PMOS管31和第二PMOS管32的衬底都接到供电电压vdd。

(2)参考电流源33，为电流镜提供参考电流。参考电流源33与第一PMOS管31的漏极相连。

(3)运算放大器34，用于对构成电流镜的第一PMOS管31和第二PMOS管32的漏极电压进行钳位，应用其正输入端电压和负输入端电压相等的特性，确保两个PMOS管31和32的漏极电压相等。运算放大器34的正输入端与第一PMOS管31的漏极相连，它的负输入端与第二PMOS管32的漏极相连，运算放大器34的输出端控制受控电路35，使受控电路35的电压或电流发生变化，使运算放大器34的负输入端电压等于正输入端电压。

(4)受控电路35，它的电流或电压信号受到运算放大器34的控制。受控电路35与负载电路36相连。

(5)负载电路36，将受控电路35输出的电流或电压信号转换为相应的电压信号，使运算放大器34负输入端电压等于它的正输入端的电压。它的一端与受控电路35相连，另一端与运算放大器34的负输入端相连，并与第二PMOS管32的漏极相连。

由于第一PMOS管31和第二PMOS管32的栅极互连，它们的栅极电压相等；由于第一PMOS管31和第二PMOS管32的源极都是与供电电压vdd相连，它们的源极电压相等；由于第一PMOS管31的漏极与运算放大器的正输入端相连，第二PMOS管32的漏极与运算放大器的负输入端相连，它们的漏极电压相等，这样，确保了第一PMOS管31和第二PMOS管32的栅源电压和漏源电压分别相等。保障了流过第一PMOS管31的电流和流过第二PMOS管32的电流之比与第一PMOS管31的宽长比和第二PMOS管32的宽长比之比值相等。

本发明的实施例之二的基本结构如图4所示，此实施例的基本结构包括：

(1)第一PMOS管41和第二PMOS管42，用于构成电流镜，对电流进行复制。第一PMOS管41和第二PMOS管42的源极与供电电压vdd相连，它们的栅极相互连接，并接到运算放大器48的输出端，它们的栅极电压为Vref1是由运算放大器48的输出端提供的偏置。第一PMOS管41的漏极与运算放大器的正输入端相连，并与参考电流源43相连，第二PMOS管42的漏极与运算放大器的负输入端相连，并与可控负载电路45相连。第一PMOS管41和第二PMOS管42的衬底都接到供电电压vdd。

(2)参考电流源43，为电流镜提供参考电流。参考电流源43与第一PMOS管41的漏极相连。

(3)运算放大器44，用于对构成电流镜的第一PMOS管41和第二PMOS管42的漏极电压进行钳位，应用其正输入端电压和负输入端电压相等的特性，确保第一PMOS管41和第二PMOS管42的漏极电压相等。运算放大器44的正输入端与第一PMOS管41的漏极相连，它的负输入端与第二PMOS管42的漏极相连，运算放大器44的输出端控制受控电路45，使运算放大器44的负输入端电压等于正输入端电压。

(4)受控电路45，它的电流或电压信号受到运算放大器44的控制。受控电路35与负载电路46相连。

(5)负载电路46，将受控电路35输出的电流或电压信号转换为相应的电压信号，使运算放大器44负输入端电压等于它的正输入端的电压。它的一端与受控电路45相连，另一端与运算放大器44的负输入端相连，并与第二PMOS管42的漏极相连。

(6)参考电压源47，用于确定第一PMOS管41的漏极电压。参考电压源47的输出端与运算放大器48的正输入端相连。

(7)运算放大器48，作为一个电平传输电路将参考电压源提供的电压传输到第一PMOS管41的漏极，同时它的输出端为构成电流镜的第一PMOS管和第二PMOS管提供偏置电压Vref1。运算放大器48的正输入端与参考电压源47的输出端相连，它的负输入端与第一PMOS管41的漏极相连，它的输出端与第一PMOS管41的栅极相连。

由于第一PMOS管41和第二PMOS管42的栅极互连，并与运算放大器48的输出端电压相连，它们的栅极电压相等，且等于运算放大器48的输出端电压；由于第一PMOS管41和第二PMOS管42的源极都是与供电电压vdd相连，它们的源极电压相等；由于第一PMOS管41的漏极与运算放大器44的正输入端相连，并与运算放大器48的负输入端相连，运算放大器48的正输入端与参考电压源47的输出端相连，第二PMOS管32的漏极与运算放大器44的负输入端相连，它们的漏极电压相等，且等于参考电压源47的电压值。这样，确保了第一PMOS管41和第二PMOS管42的栅源电压和漏源电压分别相等，保障了流过第一PMOS管41的电流和流过第二PMOS管42的电流之比与第一PMOS管41的宽长比和第二PMOS管42的宽长比之比值相等。这样可以通过调节参考电压源47的输出电压以确定第一PMOS管41和第二PMOS管42的漏极电压。

本发明提供了一种匹配精度较高的电流镜，这种电流镜提高了电路的匹配精度，减小了电流复制的误差。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电流比值转换电流镜。

Claims

1、一种匹配电流镜，其特征在于，电路包含：

第一PMOS管和第二PMOS管，构成电流镜，对参考电流源进行复制，第一PMOS管和第二PMOS管的栅极互连，第一PMOS管的漏极与第三基准电流源相连，并与第四运算放大器的正输入端相连，第二PMOS管的漏极与第六负载电路相连，并与第四运算放大器负输入端相连；

第三基准电流源，为电流镜复制电流提供参考源，它与所述第一PMOS管的漏极相连；

第四运算放大器，对构成电流镜的第一PMOS管和第二PMOS管的漏极电压进行钳位，第四运算放大器的正输入端与所述第一PMOS管的漏极相连，它的正输入端与所述第二PMOS管的漏极相连，它的输出端控制受控电路；

第五受控电路，它的电流或电压信号受到所述第四运算放大器的控制，第五受控电路与负载电路相连；

第六负载电路，与第五受控电路一起构成电压调节电路，使第四运算放大器的负输入端电压与正输入端电压相等，第六负载电路的一端与所述第五受控电路相连，它的另一端和所述第四运算放大器的负输入端相连。

2、根据权利要求1所述匹配电流镜，其特征在于，所述第一PMOS管和第二PMOS管，它们的栅极互连，它们的栅极电压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。

3、根据权利要求1所述匹配电流镜，其特征在于，所述第三基准电流源，它可以是任何能够提供参考电流源的电路或元器件。它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。

4、根据权利要求1所述匹配电流镜，其特征在于，所述第四运算放大器，它的输出端控制所述第五受控电路的电流或电压变化，使第四运算放大器的负输入端和正输入端电压相等。

5、根据权利要求1所述匹配电流镜，其特征在于，所述第五受控电路，它可以是一个能够提供电流源电路或元器件，也可以是一个能够提供电压源电路或元器件，且所述第五受控电路的电流或电压受到所述第四运算放大器的控制。

6、根据权利要求1所述匹配电流镜，其特征在于，所述第六负载电路，它可以是一个负载，也可以是一个电平移位转换电路，它和所述第五受控电路一起调节所述第四运算放大器的负输入端电压使正输入端电压相等的电路。

7、根据权利要求1所述匹配电流镜，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。