CN111142607B - 高电源抑制比电压转换电流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高电源抑制比电压转换电流电路,包括输入端、电源模块、隔离模块、源随器模块及输出端,隔离模块包括第一场效应管、第二场效应管、与第一场效应管相连的第三场效应管、与第三场效应管相连的第四场效应管、第五场效应管、与第五场效应管相连的第六场效应管、第七场效应管、与第七场效应管相连的第八场效应管、电容、第九场效应管、与第九场效应管相连的第十场效应管、第十一场效应管、与第十一场效应管相连的第十二场效应管及第十三场效应管;源随器模块包括第十四场效应管及负载电阻;隔离模块将电源模块与源随器模块隔离使得电源噪声不会对源随器模块产生干扰,源随器模块产生高电源抑制比电压转换电流电路的输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域,尤其涉及一种宽输入输出动态范围的高电源抑制比电压转换电流电路。
背景技术
现有的电压转换电流电路未对电源噪声做专门的处理,导致电源噪声会对输出电流造成比较大的影响,从而导致负载电路受到影响,且输出电流范围受到限制。例如:负载为电流控制振荡器,其输出电流受到场效应管电流源限制,会导致振荡器的最高工作频率受到限制,另外,其输出电流受到电源噪声的影响,会导致振荡器的振荡频率受到变化,增加输出时钟的抖动。
因此,有必要提供一种能够减小电源噪声对输出电流的影响并实现宽输入输出动态范围的高电源抑制比电压转换电流电路。
发明内容
本发明提供一种高电源抑制比电压转换电流电路,其主要目的在于能够减小电源噪声对输出电流的影响,实现输出电流有很高的电源抑制比,并实现宽输入输出动态范围。
为实现上述目的,本发明提供一种高电源抑制比电压转换电流电路,包括用于提供输入电压的输入端、用于提供整个电路所需电源的电源模块、与所述输入端和所述电源模块相连的隔离模块、与所述输入端和所述隔离模块相连的源随器模块及与所述源随器模块相连用于输出电压的输出端,所述隔离模块包括第一场效应管、与所述第一场效应管相连的第二场效应管、与所述第一场效应管相连的第三场效应管、与所述第三场效应管相连的第四场效应管、与所述第二场效应管相连的第五场效应管、与所述第五场效应管相连的第六场效应管、与所述第五场效应管相连的第七场效应管、与所述第七场效应管相连的第八场效应管、与所述第五场效应管和所述第六场效应管相连的电容、与所述电容相连的第九场效应管、与所述第九场效应管相连的第十场效应管、与所述输入端相连的第十一场效应管、与所述第十一场效应管相连的第十二场效应管及与所述电源模块相连的第十三场效应管;所述源随器模块包括与所述输入端和所述第十三场效应管相连的第十四场效应管及与所述第十四场效应管相连的负载电阻;所述隔离模块将所述电源模块与所述源随器模块隔离使得电源噪声不会对所述源随器模块产生干扰,所述源随器模块产生所述高电源抑制比电压转换电流电路的输出电压。
可选地,所述第一场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第一偏置电压端,所述第二场效应管的源极与所述第一场效应管的漏极相连。
可选地,所述第二场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第二偏置电压端,所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极、所述第七场效应管的漏极及所述第十三场效应管的栅极相连。
可选地,所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极相连,所述第五场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第三偏置电压端,所述第五场效应管的源极与所述第六场效应管的漏极共同连接所述电容的一端。
可选地,所述第六场效应管的栅极、所述第八场效应管的栅极、所述第十场效应管的栅极及所述第十二场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第四偏置电压端,所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的漏极、所述第九场效应管的漏极及所述第十场效应管的漏极相连。
可选地,所述第九场效应管的栅极与所述第十一场效应管的栅极和漏极及所述第十二场效应管的漏极相连,所述第九场效应管的源极与所述第十三场效应管的漏极及所述第十四场效应管的漏极共同连接所述电容的另一端。
可选地,所述第十一场效应管的源极与所述第十四场效应管的栅极共同连接所述输入端,所述第十四场效应管的源极与所述负载电阻的一端共同连接所述输出端。
可选地,所述第一场效应管的源极、所述第三场效应管的源极及所述第十三场效应管的源极共同连接所述电源模块的电源端,所述第六场效应管的源极、所述第八场效应管的源极、所述第十场效应管的源极、所述第十二场效应管的源极及所述负载电阻的另一端共同连接地端。
可选地,所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第九场效应管、所述第十一场效应管及所述第十三场效应管为P型场效应管,所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第七场效应管、所述第八场效应管、所述第十场效应管、所述第十二场效应管及所述第十四场效应管为N型场效应管。
本发明提供的高电源抑制比电压转换电流电路,其输出电流具有很高的电源抑制比,很大程度的减小了电源噪声对输出电流的影响,同时实现了宽输入输出动态范围。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的高电源抑制比电压转换电流电路的结构框图;
图2为本发明一实施例提供的高电源抑制比电压转换电流电路的具体电路结构图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。
本发明提供一种高电源抑制比电压转换电流电路。参照图1所示,为本发明一实施例提供的高电源抑制比电压转换电流电路的结构框图。
如图1所示,本发明高电源抑制比电压转换电流电路包括用于提供输入电压的输入端Vin、用于提供整个电路所需电源的电源模块、与所述输入端Vin和所述电源模块相连的隔离模块、与所述输入端 Vin和所述隔离模块相连的源随器模块及与所述源随器模块相连用于输出电压的输出端Vout,所述隔离模块将所述电源模块与所述源随器模块隔离使得电源噪声不会对所述源随器模块产生干扰,所述源随器模块产生所述高电源抑制比电压转换电流电路的输出电压。
请同时参阅图2,图2为本发明一实施例提供的高电源抑制比电压转换电流电路的具体电路结构图。在本实施例中,所述隔离模块包括第一场效应管M1、与所述第一场效应管M1相连的第二场效应管 M2、与所述第一场效应管M1相连的第三场效应管M3、与所述第三场效应管M3相连的第四场效应管M4、与所述第二场效应管M2相连的第五场效应管M5、与所述第五场效应管M5相连的第六场效应管M6、与所述第五场效应管M5相连的第七场效应管M7、与所述第七场效应管M7相连的第八场效应管M8、与所述第五场效应管M5 和所述第六场效应管M6相连的电容C1、与所述电容C1相连的第九场效应管M9、与所述第九场效应管M9相连的第十场效应管M10、与所述输入端Vin相连的第十一场效应管M11、与所述第十一场效应管M11相连的第十二场效应管M12及与所述电源模块相连的第十三场效应管M13;所述源随器模块包括与所述输入端Vin和所述第十三场效应管M13相连的第十四场效应管M14及与所述第十四场效应管 M14相连的负载电阻R1。
所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2、所述第三场效应管M3和所述第四场效应管M4组成共源共栅结构的电流镜,第一偏置电压端VP1和第二偏置电压端VP2为所述电流镜提供偏置电压,所述第五场效应管M5可视为米勒补偿电阻,所述第九场效应管M9 和所述第十一场效应管M11为运放第一级输入管,所述第七场效应管M7为运放第二级输入管,所述第三偏置电压端VN1为所述第五场效应管M5和所述第七场效应管M7提供偏置电压,所述第六场效应管M6、所述第八场效应管M8、所述第十场效应管M10和所述第十二场效应管M12组成一般结构的电流镜,所述第四偏置电压端 VN2为所述第六场效应管M6、所述第八场效应管M8、所述第十场效应管M10和所述第十二场效应管M12提供偏置电压,所述电容C1 为米勒补偿电容。所述第十三场效应管M13为功率管。所述第十四场效应管M14为所述源随器模块的输出管。
本发明一实施例提供的高电源抑制比电压转换电流电路的具体电路连接关系如下:所述第一场效应管M1的栅极与所述第三场效应管M3的栅极共同连接所述第一偏置电压端VP1,所述第二场效应管 M2的源极与所述第一场效应管M1的漏极相连,所述第二场效应管 M2的栅极与所述第四场效应管M4的栅极共同连接所述第二偏置电压端VP2,所述第二场效应管M2的漏极与所述第四场效应管M4的漏极、所述第五场效应管M5的漏极、所述第七场效应管M7的漏极及所述第十三场效应管M13的栅极相连,所述第三场效应管M3的漏极与所述第四场效应管M4的源极相连,所述第五场效应管M5的栅极与所述第七场效应管M7的栅极共同连接所述第三偏置电压端 VN1,所述第五场效应管M5的源极与所述第六场效应管M6的漏极共同连接所述电容C1的一端,所述第六场效应管M6的栅极、所述第八场效应管M8的栅极、所述第十场效应管M10的栅极及所述第十二场效应管M12的栅极共同连接所述第四偏置电压端VN2,所述第七场效应管M7的源极与所述第八场效应管M8的漏极、所述第九场效应管M9的漏极及所述第十场效应管M10的漏极相连,所述第九场效应管M9的栅极与所述第十一场效应管M11的栅极和漏极及所述第十二场效应管M12的漏极相连,所述第九场效应管M9的源极与所述第十三场效应管M13的漏极及所述第十四场效应管M14的漏极共同连接所述电容C1的另一端,并产生电压Vs,所述第十一场效应管M11的源极与所述第十四场效应管M14的栅极共同连接所述输入端Vin,所述第十四场效应管M14的源极与所述负载电阻R1的一端共同连接所述输出端Vout。所述第一场效应管M1的源极、所述第三场效应管M3的源极及所述第十三场效应管M13的源极共同连接所述电源模块的电源端Vd,所述第六场效应管M6的源极、所述第八场效应管M8的源极、所述第十场效应管M10的源极、所述第十二场效应管M12的源极及所述负载电阻R1的另一端共同连接共同连接地端GND1。
其中,在本实施例中,所述第一场效应管M1、所述第二场效应管M2、所述第三场效应管M3、所述第四场效应管M4、所述第九场效应管M9、所述第十一场效应管M11及所述第十三场效应管M13 为P型场效应管,所述第五场效应管M5、所述第六场效应管M6、所述第七场效应管M7、所述第八场效应管M8、所述第十场效应管 M10、所述第十二场效应管M12及所述第十四场效应管M14为N型场效应管,在其他实施例中,上述场效应管可以为其他结构可以实现相同功能的元器件,并不限于此。
本发明高电源抑制比电压转换电流电路的工作原理如下:根据所述源随器模块的电路结构,分析其输入输出关系,首先假设没有隔离模块和电源噪声直接加到电压Vs,其引入的电压变化为△Vs,根据小信号模型得到在所述输出端Vout产生的输出电压为:
其中,gm为MOS管跨导,r0为本征阻抗,RD为负载电阻R1的阻值,由上式我们可以看出,所述第十四场效应管M14的漏极噪声会直接影响所述源随器模块的输出。
接着,假设共栅极输入运算放大器的增益为A,从电源端Vd到所述隔离模块输出电压Vs有两个通路,第一条通路是经由运放到达源随器模块的漏极,第二条通路是经由所述第十三场效应管M13到达所述源随器模块的漏极,假设电源端Vd上引入电压变化△V,可以得到:
结合前式得出:
同时我们可以得到:
Vgs11+Vds12<Vin<VDD―Vds13
其中Vgs11为所述第十一场效应管M11的栅源电压,Vds12为所述第十二场效应管M12的最小漏源电压,VDD为电源电压,Vds13为所述第十三场效应管M13的最小漏源电压,可以看到在实现隔离电源得到高电源抑制比的同时极大地减小了隔离模块对源随器模块输入输出动态范围的影响,从而实现了宽输入输出动态范围。
本发明提供的高电源抑制比电压转换电流电路,其输出电流具有很高的电源抑制比,很大程度的减小了电源噪声对输出电流的影响,同时实现了宽输入输出动态范围。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述,但本发明并不局限于以上揭示的实施例,而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种高电源抑制比电压转换电流电路,其特征在于:所述高电源抑制比电压转换电流电路包括用于提供输入电压的输入端、用于提供整个电路所需电源的电源模块、与所述输入端和所述电源模块相连的隔离模块、与所述输入端和所述隔离模块相连的源随器模块及与所述源随器模块相连用于输出电压的输出端,所述隔离模块包括第一场效应管、与所述第一场效应管相连的第二场效应管、与所述第一场效应管相连的第三场效应管、与所述第三场效应管相连的第四场效应管、与所述第二场效应管相连的第五场效应管、与所述第五场效应管相连的第六场效应管、与所述第五场效应管相连的第七场效应管、与所述第七场效应管相连的第八场效应管、与所述第五场效应管和所述第六场效应管相连的电容、与所述电容相连的第九场效应管、与所述第九场效应管相连的第十场效应管、与所述输入端相连的第十一场效应管、与所述第十一场效应管相连的第十二场效应管及与所述电源模块相连的第十三场效应管;所述源随器模块包括与所述输入端和所述第十三场效应管相连的第十四场效应管及与所述第十四场效应管相连的负载电阻;所述第一场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第一偏置电压端,所述第二场效应管的源极与所述第一场效应管的漏极相连;所述第二场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第二偏置电压端,所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极、所述第七场效应管的漏极及所述第十三场效应管的栅极相连;所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极相连,所述第五场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第三偏置电压端,所述第五场效应管的源极与所述第六场效应管的漏极共同连接所述电容的一端;所述第六场效应管的栅极、所述第八场效应管的栅极、所述第十场效应管的栅极及所述第十二场效应管的栅极共同连接用于提供偏置电压的第四偏置电压端,所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的漏极、所述第九场效应管的漏极及所述第十场效应管的漏极相连;所述第九场效应管的栅极与所述第十一场效应管的栅极和漏极及所述第十二场效应管的漏极相连,所述第九场效应管的源极与所述第十三场效应管的漏极及所述第十四场效应管的漏极共同连接所述电容的另一端;所述隔离模块将所述电源模块与所述源随器模块隔离使得电源噪声不会对所述源随器模块产生干扰,所述源随器模块产生所述高电源抑制比电压转换电流电路的输出电压;所述第十一场效应管的源极与所述第十四场效应管的栅极共同连接所述输入端,所述第十四场效应管的源极与所述负载电阻的一端共同连接所述输出端;所述第一场效应管的源极、所述第三场效应管的源极及所述第十三场效应管的源极共同连接所述电源模块的电源端,所述第六场效应管的源极、所述第八场效应管的源极、所述第十场效应管的源极、所述第十二场效应管的源极及所述负载电阻的另一端共同连接地端。
2.如权利要求1所述的高电源抑制比电压转换电流电路,其特征在于,所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第九场效应管、所述第十一场效应管及所述第十三场效应管为P型场效应管,所述第五场效应管、所述第六场效应管、所述第七场效应管、所述第八场效应管、所述第十场效应管、所述第十二场效应管及所述第十四场效应管为N型场效应管。
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