CN111176367A - 一种产生稳定镜像电流的电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种产生稳定镜像电流的电路，涉及镜像电流电路领域。该电路包括：电压比较模块、第一PMOS管、基准电流模块、第二PMOS管、电流稳定模块、镜像电流输出模块、预充电路模块以及预放电路模块，所述电压比较模块分别与所述第一PMOS管、所述第二PMOS管以及所述预放电路模块连接，所述第一PMOS管与所述基准电流模块连接，所述电流稳定模块分别与所述第二PMOS管和所述镜像电流输出模块连接，所述预充电路模块分别连接所述第一PMOS管以及所述电流稳定模块，所述预放电路模块分别与所述第一PMOS管以及所述第二PMOS管连接。本发明有效的缩短了低功耗存储器稳定镜像电流的建立时间，提高了存储器的读取性能。

Description

一种产生稳定镜像电流的电路

技术领域

本发明涉及镜像电流电路领域，特别是涉及一种产生稳定镜像电流的电路。

背景技术

存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备，其广泛应用于各方面，在存储器的设计中，镜像电流的建立速度将直接影响储存器的读取操作性能，镜像电流建立的越快，存储器读取操作的速度越快。而在存储器建立镜像电流时，需要在镜像电流端加上较大的负载电容以减小在操作时对镜像电流抖动的影响，得到稳定的镜像电流，而镜像电流的源头是基准电流，基准电流的大小决定镜像电流的大小。

目前存储器出于节能环保的需求，低功耗存储器越来越受重视，目前低功耗存储器的镜像电流电路参照说明书附图中的图1，其工作原理是，在低功耗存储器进行读取操作时，控制模块发出使能信号EN(10)，控制运放OP(13)开始工作，使能信号EN(10)控制运放OP(13)的输出端电压Vout开始下降，下降到一定电压后，PMOS管P0(14)以及PMOS管P1(17)同时开始导通，电阻R0(15)、电阻R1(16)上开始产生电流，此电流即为基准电流Iin，同时NMOS管N0(18)导通，镜像电流Iout产生，随着PMOS管P0(14)导通程度开始逐渐加大，基准电流Iin电流逐渐增大，比较电压VFB(11)电压开始逐渐上升，逐渐接近参考电压VREF(12)的电压，当PMOS管P0(14)导通到一定程度后，比较电压VFB(11)电压等于参考电压VREF后将不再上升，镜像电流Vout电压不再下降，基准电流Iin不再增大，基准电流Iin建立完成，镜像电流Iout也不再增大，当负载电容C1(19)充电完成后，稳定的镜像电流Iout建立完成，镜像电流电路完成建立。

但此电路存在一个问题，由于低功耗存储器功耗的限制，导致基准电流较小，基准电流较小则导致镜像电流较小，镜像电流较小则对较大的负载电容的充电时间就会比较长，这样就延长了达到稳定性高的镜像电流的建立时间，从而导致了存储器操作读取性能的降低。

发明内容

本发明主要目的在于，提供一种产生稳定镜像电流的电路，解决了现有低功耗存储器，因镜像电流较小，对较大负载电容充电时间就长，导致镜像电流达到稳定的时间比较长的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种产生稳定镜像电流的电路，所述电路包括：

电压比较模块、第一PMOS管、基准电流模块、第二PMOS管、电流稳定模块、镜像电流输出模块、预充电路模块以及预放电路模块；

所述电压比较模块的第一输出端分别与所述第一PMOS管栅极、所述第二PMOS管栅极以及所述预放电路模块连接；

所述第一PMOS管的漏极与所述基准电流模块连接，所述基准电流模块用于当所述第一PMOS管导通时输出基准电流；

所述电流稳定模块分别与所述第二PMOS管的漏极和所述镜像电流输出模块连接，所述镜像电流输出模块用于当所述第二PMOS管导通时输出镜像电流；

所述预充电路模块分别连接所述第一PMOS管的源极以及所述电流稳定模块，用于在接收到第一脉宽信号时，缩短建立稳定的所述镜像电流的时间；

所述预放电路模块分别与所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极以及接地端连接，用于在接收到第二脉宽信号时，降低所述电压比较模块的第一输出端的电压值。

可选地，所述电路还包括脉宽产生模块，所述脉宽产生模块分别与所述预充电路模块以及所述预放电路模块连接，用于产生所述第一脉宽信号以及所述第二脉宽信号，所述脉宽产生模块将所述第一脉宽信号发送给所述预充电路模块，所述脉宽产生模块将所述第二脉宽信号发送给所述预放电路模块。

可选地，所述脉宽产生模块包括：

第一脉宽信号发出模块以及反相器；

所述第一脉宽信号发出模块的输出端与所述反相器的输入端连接，所述反相器用于将所述第一脉宽信号转换为所述第二脉宽信号，所述反相器的输出端输出所述第二脉宽信号；

所述第一脉宽信号发出模块的输出端与所述预充电路模块连接；

所述反相器的输出端与所述预放电路模块连接。

可选地，所述产生镜像电流电路应用于存储器中，所述存储器还包括控制模块；

所述控制模块分别与所述电压比较模块、所述脉宽产生模块连接，所述控制模块用于，在向所述电压比较模块发送第一使能信号时，向所述脉宽产生模块发出第二使能信号；

所述第一使能信号用于控制所述电压比较模块的第一输出端的电压；

所述第二使能信号用于控制所述脉宽产生模块发出第一脉宽信号。

可选地，所述电压比较模块包括运算放大器，所述运算放大器包括参考电压连接端、比较电压连接端和第一输出端；

所述参考电压连接端连接参考电压，所述比较电压连接端连接基准电流模块，所述第一输出端连接第一PMOS管的漏极；

所述运算放大器用于根据所述参考电压连接端与所述比较电压连接端之间的电压比较结果，控制所述第一输出端输出的电压。

可选地，所述基准电流模块包括两个串联的电阻；

所述基准电流模块包括第一端、第二端、第三端，所述第三端位于所述两个串联的电阻之间；

所述第一端与所述第一PMOS管漏极连接，所述第二端接地，所述第三端连接所述比较电压连接端。

可选地，所述电流稳定模块包括一个NMOS管以及一个与所述NMOS管并联的电容；

所述NMOS管栅极分别连接所述第二PMOS管漏极以及所述预充电路模块，所述NMOS管漏极连接所述电容以及所述NMOS管栅极，所述NMOS管源极分别连接所述电容以及所述镜像电流输出模块，所述电流稳定模块用于稳定所述镜像电流。

可选地，预充电路模块包括:两个PMOS管,所述两个PMOS管采用串联的方式连接；

或者，所述预充电路模块有两个以上PMOS管，所述两个以上PMOS管采用串联或并联的方式连接。

可选地，所述预放电路模块包括:两个NMOS管,所述两个NMOS管采用串联的方式连接；

或者，所述预放电路模块有两个以上NMOS管所述两个以上NMOS管采用串联或并联的方式连接。

可选地，所述第一脉宽信号发出模块包括：

第一非门、第二非门、第三非门、第一电阻、第二电阻、第一或非门以及第一电容；

所述第二使能信号为所述第一或非门和所述第一非门的输入端；

所述第一非门的输出端连接所述第一、第二电阻组成的串联回路的一端；

所述串联回路的另一端同时连接所述第一电容的一端以及所述第二非门的输入端，所述第一电容的另一端接地；

所述第二非门的输出端连接所述第三非门的输入端；

所述第三非门的输出端连接所述第一或非门的输入端；

所述第一或非门的输出端即为所述第一脉宽信号发出模块的输出端，所述第一或非门的输出端产生低电平信号，所述低电平信号即为所述第一脉宽信号；

所述反相器的输出端产生高电平信号，所述高电平信号即为所述第二脉宽信号。

与现有应用于低功耗存储器的稳定镜像电流电路相比，本发明提供的一种产生稳定镜像电流的电路，在低功耗存储器进行读写操作时，通过所述第一脉宽信号控制所述预充电路模块开启，所述预充电路模块开启期间，增大了负载电容的充电电流，缩短了负载电容充电时间；同时所述第二脉宽信号控制所述预放电路模块开启，所述预放电路模块开启期间，加速降低了所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的栅极电压，使得所述第一PMOS管和所述第二PMOS管更快的导通，缩短了所述基准电流与所述镜像电流达到目标值的时间，有效的缩短了低功耗存储器稳定镜像电流的建立时间，提高了存储器的读取性能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一种产生稳定镜像电流的电路模块示意图；

图2是本发明一种产生稳定镜像电流的电路结构图；

图3是现有低功耗存储器镜像电流电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明一种产生稳定镜像电流的电路模块示意图，具体可以包括：电压比较模块20、第一PMOS管30、基准电流模块40、第二PMOS管50、电流稳定模块60、镜像电流输出模块70、预充电路模块80以及预放电路模块90。

电压比较模块20的输出端分别与第一PMOS管30的栅极、第二PMOS管50的栅极以及预放电路模块90连接，第一PMOS管30的漏极与基准电流模块40连接，基准电流模块40用于当第一PMOS管30导通时输出基准电流，电流稳定模块60分别与第二PMOS管50的漏极和镜像电流输出模块70连接，镜像电流输出模块70用于当第二PMOS管50导通时输出镜像电流，预充电路模块80分别连接第二PMOS管50的源极以及电流稳定模块60，用于在接收到第一脉宽信号时，缩短建立稳定的所述镜像电流的时间，预放电路模块90分别与第一PMOS管30的栅极、第二PMOS管50的栅极以及接地端连接，用于在接收到第二脉宽信号时，降低电压比较模块100的输出端的电压值。需要说明的是，上述第一脉宽信号与第二脉宽信号在持续预设时间内工作，该预设时间可以通过实验仿真得出，该预设时间小于电压比较模块OP的输出电压从初始时刻降到最低的时刻的时间。

可选的，参照图3，本发明电路还包括脉宽产生模块100，脉宽产生模块100用于产生第一脉宽信号EN_PulseB以及第二脉宽信号EN_Pulse。

其中，脉宽产生模块100包括有第一脉宽信号发出模块101以及反相器102，其中第一脉宽信号发出模块101可以包括第一非门inv1、第二非门inv2、第三非门inv3、第一电阻R2、第二电阻R3、第一或非门nand1以及第一电容C2。当然，本发明实施例对脉宽产生模块的具体结构不对其加以限制。

存储器中控制模块的第二使能输出端与nand1和inv1的输入端连接，inv1的输出端连接R2的一端、R2的另一端与R3串联，R3另一端同时连接C2的一端以及inv2的输入端，C2的另一端接地，inv2输出端连接inv3的输入端，inv3的输出端连接nand1的输入端，nand1的输出端即为第一脉宽信号发出模块101的输出端，nand1的输出端产生低电平信号，此低电平信号即为第一脉宽信号EN_PulseB，EN_PulseB控制预充电路模块80的开启，产生充电电流。第一脉宽信号发出模块101的输出端与反相器102的输入端连接，反相器102用于将第一脉宽信号EN_PulseB转换为第二脉宽信号EN_Pulse，反相器102的输出端输出第二脉宽信号EN_Pulse，EN_Pulse为高电平信号，EN_Pulse控制预放电路模块90的开启，产生放电电流。此部分电路只用一个脉宽产生模块即可实现两个相反电平信号的发出，电路结构简单实用，且所用电气元件较少，可靠性较高。

上述实施例中的第一脉宽信号EN_PulseB和第二脉宽信号EN_Pulse是由一个使能信号控制一个脉宽产生模块同时发出，同样也可由一个使能信号控制两个脉宽产生模块，使其中一个产生高电平信号给预充电路模块、一个产生低电平信号给预放电路模块。当然也可以由两个使能信号分别控制两个脉宽产生模块，使其中一个产生高电平信号给预充电路模块、一个产生低电平信号给预放电路模块。脉宽产生模块同样也可由其他电气元件构成的电路组成，本发明实施例不对其加以限制。

可选的，参照图3，本发明电路应用于低功耗存储器中，存储器中有控制模块，控制模块分别与电压比较模块20、脉宽产生模块100连接，它的做用是，当存储器进行读取操作时，存储器控制模块通过第一使能输出端向电压比较模块20发送第一使能信号EN1，通过第二使能输出端向脉宽产生模块100发送第二使能信号EN2，第一使能信号EN1用于控制电压比较模块20的输出端的电压，第二使能信号EN2用于控制脉宽产生模块100发出第一脉宽信号EN_PulseB。

可选的，参照图3，本发明电路中第一PMOS管30中的MOS管为P0，第二PMOS管50中的MOS管为P1，电压比较模块20包括：运算放大器OP，OP的两个输入端分别为参考电压VREF与比较电压VFB，其中比较电压VFB与基准电流模块40连接，反应基准电流模块40的电压值，OP的输出端为输出电压Vout，输出端电压Vout即为电压比较模块20的输出端电压，它用于控制P0以及P1的导通，当OP接收到第一使能信号EN1时，Vout电压值就开始下降，P0导通程度开始逐渐加大，VFB电压开始逐渐上升，逐渐接近VREF的电压，当P0完全导通后，VFB电压不再上升，Vout电压不再下降，达到稳定。

可选的，参照图3，本发明电路的基准电流模块40包括两个串联电阻R0、R1，其中R0的一端与P0的漏极连接，另一端与R1串联，电压比较模块100中比较电压VFB连接于的R0与R1之间，R1的另一端接地，随着P0的逐渐导通，基准电流模块40输出的基准电流Iin逐渐增大。

电流稳定模块60包括一个NMOS管N0以及一个与N0并联的负载电容C1，N0的栅极分别连接P1的漏极以及预充电路模块80，N0的漏极连接C1的一端以及N0的栅极，保证了N0工作在饱和区，N0的源极分别连接C1的另一端以及镜像电流输出模块70，随着P1的逐渐导通，镜像电流Iout逐渐增大，C1的充电电流逐渐增大，直到C1充满，镜像电流Iout达到稳定。

可选的，参照图3，本发明电路的预充电路模块80包括至少两个PMOS管，通过串联或并联PMOS管组合的不同得到不同的充电电流，如果预充电路模块80内只有两个PMOS管时，则两个PMOS管采用串联的方式连接；如果预充电路模块80内有两个以上PMOS管时，则两个以上PMOS管采用串联或并联的方式连接。

可选的，参照图3，本发明电路的预放电路模块90包括至少两个NMOS管，通过串联或并联NMOS管组合的不同得到不同的充电电流，如果预放电路模块90内只有两个NMOS管时，则两个NMOS管采用串联的方式连接；如果预放电路模块90内有两个以上NMOS管时，则两个以上NMOS管采用串联或并联的方式连接。

综上所述，对比图3与现有技术电路，本发明电路的工作原理是：，在低功耗存储器进行读取操作时，控制模块发出第一使能信号EN1，第一使能信号EN1控制OP的输出端电压Vout开始下降，P0与P1的栅极电压Vout下降到其值小于P0与P1的源极电压减去P0与P1的阈值电压，则P0与P1管开始导通，此时P0以及P1同时开始导通，R0、R1上开始产生电流，此电流即为基准电流Iin，同时镜像电流Iout产生，随着P0导通程度开始逐渐加大，Iin电流逐渐增大，VFB电压开始逐渐上升，逐渐接近VREF的电压，控制模块发出第一使能信号EN1的同时向第一脉宽信号发出模块101发送第二使能信号EN2，第一脉宽信号发出模块101产生第一脉宽信号EN_PulseB，第一脉宽信号EN_PulseB经过反相器102产生第二脉宽信号EN_Pulse，EN_PulseB控制预充电路模块80开启，预充电路模块80产生充电电流，EN_Pulse控制预放电路模块90开启，预放电路模块90产生放电电流，由于预放电路模块90其中一端接地，放电电流流入接地端，使得OP的输出端电压Vout加速下降，从而P0与P1的导通时间缩短，基准电流Iin与镜像电流Iout的建立时间缩短，而预充电路模块80产生的充电电流与镜像电流Iout一起对负载电容C1充电，缩短了负载电容C1的充电时间，从而缩短了建立稳定的Iout的时间，在第一脉宽信号与第二脉宽信号持续工作到预设时间之后，信号消失，OP输出端电压Vout继续下降，镜像电流Iout继续对负载电容充电，随着Vout电压的下降和VFB电压的上升，当VFB的电压等于VREF时VFB电压不再上升，Vout电压不再下降，Iin不再增大，Iin建立完成，P0完全导通时，此时P1也同时完全导通，此时Iout也不再增大，当负载电容C1充电完成后，稳定的Iout建立完成。

本发明电路中预放电路模块90与预充电路模块80中的放电电流与充电电流，可根据MOS管数量以及组合方式的不同得到不同的电流大小，具体的大小是通过低功耗存储器的设计以及实验仿真得来的，在此不做赘述，在设计时，可以多预留一些MOS管的组合，以供选择。

以典型情况(Typical Corner)为例：在1.8V电源电压，25℃以及TT工艺角的仿真条件下，若脉宽信号的宽度为10ns，可将稳定的镜像电流建立时间由100ns减小到49ns，减小了50％以上。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种产生稳定镜像电流的电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种产生稳定镜像电流的电路，其特征在于，所述电路包括：

电压比较模块、第一PMOS管、基准电流模块、第二PMOS管、电流稳定模块、镜像电流输出模块、预充电路模块以及预放电路模块；

所述电压比较模块的第一输出端分别与所述第一PMOS管栅极、所述第二PMOS管栅极以及所述预放电路模块连接；

所述第一PMOS管的漏极与所述基准电流模块连接，所述基准电流模块用于当所述第一PMOS管导通时输出基准电流；

所述电流稳定模块分别与所述第二PMOS管的漏极和所述镜像电流输出模块连接，所述镜像电流输出模块用于当所述第二PMOS管导通时输出镜像电流；

所述预充电路模块分别连接所述第一PMOS管的源极以及所述电流稳定模块，用于在接收到第一脉宽信号时，缩短建立稳定的所述镜像电流的时间；

所述预放电路模块分别与所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极连接以及接地端连接，用于在接收到第二脉宽信号时，降低所述电压比较模块的第一输出端的电压值。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括脉宽产生模块，所述脉宽产生模块分别与所述预充电路模块以及所述预放电路模块连接，用于产生所述第一脉宽信号以及所述第二脉宽信号，所述脉宽产生模块将所述第一脉宽信号发送给所述预充电路模块，所述脉宽产生模块将所述第二脉宽信号发送给所述预放电路模块。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述脉宽产生模块包括：

第一脉宽信号发出模块以及反相器；

所述第一脉宽信号发出模块的输出端与所述反相器的输入端连接，所述反相器用于将所述第一脉宽信号转换为所述第二脉宽信号，所述反相器的输出端输出所述第二脉宽信号；

所述第一脉宽信号发出模块的输出端与所述预充电路模块连接；

所述反相器的输出端与所述预放电路模块连接。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述产生稳定镜像电流电路应用于存储器中，所述存储器还包括控制模块；

所述控制模块分别与所述电压比较模块、所述脉宽产生模块连接，所述控制模块用于，在向所述电压比较模块发送第一使能信号时，向所述脉宽产生模块发出第二使能信号；

所述第一使能信号用于控制所述电压比较模块的第一输出端的电压；

所述第二使能信号用于控制所述脉宽产生模块发出第一脉宽信号。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压比较模块包括运算放大器，所述运算放大器包括参考电压连接端、比较电压连接端和第一输出端；

所述参考电压连接端连接参考电压，所述比较电压连接端连接基准电流模块，所述第一输出端连接第一PMOS管的漏极；

所述运算放大器用于根据所述参考电压连接端与所述比较电压连接端之间的电压比较结果，控制所述第一输出端输出的电压。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述基准电流模块包括两个串联的电阻；

所述基准电流模块包括第一端、第二端、第三端，所述第三端位于所述两个串联的电阻之间；

所述第一端与所述第一PMOS管漏极连接，所述第二端接地，所述第三端连接所述比较电压连接端。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流稳定模块包括一个NMOS管以及一个与所述NMOS管并联的电容；

所述NMOS管栅极分别连接所述第二PMOS管漏极以及所述预充电路模块，所述NMOS管漏极连接所述电容以及所述NMOS管栅极，所述NMOS管源极分别连接所述电容以及所述镜像电流输出模块，所述电流稳定模块用于稳定所述镜像电流。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述

预充电路模块包括:两个PMOS管,所述两个PMOS管采用串联的方式连接；

或者，所述预充电路模块有两个以上PMOS管，所述两个以上PMOS管采用串联或并联的方式连接。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述预放电路模块包括:两个NMOS管,所述两个NMOS管采用串联的方式连接；

或者，所述预放电路模块有两个以上NMOS管，所述两个以上NMOS管采用串联或并联的方式连接。

10.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一脉宽信号发出模块包括：

第一非门、第二非门、第三非门、第一电阻、第二电阻、第一或非门以及第一电容；

所述第二使能信号为所述第一或非门和所述第一非门的输入端；

所述第一非门的输出端连接所述第一、第二电阻组成的串联回路的一端；

所述串联回路的另一端同时连接所述第一电容的一端以及所述第二非门的输入端，所述第一电容的另一端接地；

所述第二非门的输出端连接所述第三非门的输入端；

所述第三非门的输出端连接所述第一或非门的输入端；

所述第一或非门的输出端即为所述第一脉宽信号发出模块的输出端，所述第一或非门的输出端产生低电平信号，所述低电平信号即为所述第一脉宽信号；

所述反相器的输出端产生高电平信号，所述高电平信号即为所述第二脉宽信号。

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