CN113075953B - 电流源 - Google Patents
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Abstract
一种电流源,根据电源电压输出输出电流,包括:第一电流镜,包括第一NOMS管和第二NMOS管,适于接收输入电流,并向钳位NMOS管输出第一输出电流,所述输入电流与所述电源电压有关;以及钳位模块,适于控制所述第一NMOS管的漏极电压与所述第二NMOS管的漏极电压相等;其中,所述第一输出电流与所述第一NMOS管的漏极电流相等。由此,即使电源电压改变,所述电流源的输出电流也可以保持与所述第一NMOS管的漏极电流相等,因此所述电流源的输出电流依然可以保持较高的线性度与线性范围,并提高电路的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域,具体地,涉及一种电流源。
背景技术
在直流-直流(DC-DC)变换器集成电路中,当采用电压模式控制或者恒定导通时间控制时,需要将电源电压转变为电流,从而控制三角波斜率或者上管导通时间,因此需要设计与电源电压成正比的电流源。
现有的电流源往往采取共源共栅结构,共源共栅结构能增加电流镜输出阻抗,增加电流镜驱动能力,在一定程度上能提高输出电流与电源电压之间的线性度,但是共源共栅结构消耗了额外的电压裕度,降低了输出节点电压范围。同时,由于不能确保共源共栅结构中的两个MOS管的漏极电压相同,因此在一些要求输出电压和输出电流范围变化都很大的应用中,共源共栅电流源输出的电流线性度依然很难满足需求。
因此,需要一种新的电流源,以提高电流源输出电流与电源电压的线性度以及输出电流的线性范围。
发明内容
为提高电流源输出电流与电源电压的线性度以及输出电流的线性范围,本发明实施例提供一种电流源,根据电源电压输出输出电流,包括:第一电流镜,包括第一NOMS管和第二NMOS管,适于接收输入电流,并向钳位NMOS管输出第一输出电流,所述输入电流与所述电源电压有关;以及钳位模块,适于控制所述第一NMOS管的漏极电压与所述第二NMOS管的漏极电压相等;其中,所述第一输出电流与所述第一NMOS管的漏极电流相等。
可选地,所述电流源还包括:电流补偿电阻,适于根据所述第二NMOS管的漏极电压,输出第二输出电流;
其中,所述输出电流的电流值为所述第一输出电流与所述第二输出电流之和,所述输出电流与所述电源电压线性相关。
可选地,当所述第一NMOS管的栅极电压增大时,所述第一输出电流减小,所述第二输出电流增大,所述第一输出电流与所述第二输出电流之和不变。
可选地,所述电流补偿电阻的第一端与所述第二NMOS管的漏极耦接,第二端接地。
可选地,所述电流源还包括:输入电阻,其第一端接收所述电源电压,第二端与所述第一NMOS管的漏极耦接。
可选地,所述输入电阻的阻值与所述电流补偿电阻的阻值相等。
可选地,所述钳位模块包括:放大器,其正向输入端与所述第一NMOS管的漏极耦接,反向输入端与所述第二NMOS管的漏极耦接,输出端与钳位NMOS管的栅极耦接;以及钳位NMOS管,其漏极与电流源的输出端耦接,源极与所述第二NMOS管的漏极耦接。
可选择,所述放大器包括:第三NMOS管,栅极与所述第一NMOS管的漏极耦接,源极接地;第四NMOS管,栅极与所述第二NMOS管的漏极耦接,源极接地;以及第二电流镜,其输入端与所述第三NMOS管的漏极耦接,输出端于所述第四NMOS管的漏极耦接。
可选地,所述第二电流镜包括:第五PMOS管,其漏极与所述第三NMOS管的漏极耦接,源极接收外接电源;以及第六PMOS管,其漏极与所述第四NMOS管的漏极耦接,源极接收外接电源,栅极与所述第五PMOS管的栅极耦接。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下优点:
在本发明实施例中,所述电流源包括钳位模块,所述钳位模块适于控制所述第一NMOS管的漏极电压与第二NMOS管的漏极电压相等。由此,即使电源电压改变,所述电流源的输出电流也可以保持与所述第一NMOS管的漏极电流相等,因此所述电流源的输出电流依然可以保持较高的线性度与线性范围,并提高电路的稳定性。
进一步,所述电流源还包括电流补偿电阻,适于根据所述第二NMOS管的漏极电压,输出第二输出电流,所述输出电流的电流值为所述第一输出电流与所述第二输出电流之和。由此,即使所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极电压改变,所述电流源的输出电流依然可以保持较高的线性度与线性范围。
附图说明
图1是现有技术中的一种电流源的结构示意图;
图2是现有技术中的一种电流源的仿真波形示意图;
图3是本发明实施例提供的一种电流源的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种电流源的结构示意图;以及
图5是本发明实施例提供的一种电流源的仿真波形示意图。
具体实施方式
参考图1,图1是现有技术中的一种电流源的结构示意图。
图1所示的电流源包括:第一NMOS管M11、第二NMOS管M12以及输入电阻R11。所述第一NMOS管M11以及所述第二NMOS管M12组成共源共栅电流镜。具体地,所述第一NMOS管M11的栅极与所述第二NMOS管M12的栅极以及所述第一NMOS管M11的漏极耦接;所述第一NMOS管M11和所述第二NMOS管M12的源极均接地。所述输入电阻R11的第一端接收电源电压Vin1,第二端与所述第一NMOS管M11的漏极耦接。
当电源电压VIN变化时,加在输入电阻R11上的电压变化,从而产生随电源电压变化的电流,通过MF1和MF2构成的电流镜输出。
参考图2,图2是现有技术中的一种电流源的仿真波形示意图。
在图2所示的仿真波形示意图中,横坐标为电源电压Vin1,上图的纵坐标为输入电流(即所述第一NMOS管M11的漏极电流Im11),下图的纵坐标为输出电流Io1。在理想情形下,所述电流源的输出电流Io1约等于所述第一NMOS管M11的漏极电流Im11,但在具体实施中,随着电源电压Vin1的增大,电流源输出端的电压也随之增大,因此,所述输出电流Io1的增长幅度大于述第一NMOS管M11的漏极电流Im11。如图2所示,当电源电压Vin1大于5V时,所述输出电流Io1的增长较快,出现严重的非线性情况。
此外,在具体实施中,电源电压Vin1加在所述输入电阻R11和第一NMOS管M11上,因此所述第一NMOS管M11的漏极电流Im11可以由如下公式表示。
Im11=(Vin1-Vgsm11)/R11
其中,Vgsm11为所述第一NMOS管M11的栅极电压。由此公式可以看出,在理想情况下,所述漏极电流Im11与所述电源电压Vin1线性相关,但在具体实施中,所述第一NMOS管M11的栅极电压Vgsm11容易受到工艺角以及温度的影响而发生变化,因此也会极大的影响到输出电流Io1的线性度以及电路的稳定性。
参考图3,图3是本发明实施例提供的一种电流源的结构示意图。
图3示出了本发明实施例提供的一种电流源,所述电流源根据电源电压Vin2输出输出电流Io2。
在一些实施例中,所述电流源可以包括:第一电流镜21,所述第一电流镜包括:第一NMOS管M21以及第二NMOS管M22。具体地,所述第一NMOS管M21的栅极与所述第二NMOS管M22的栅极以及所述第一NMOS管M21的漏极耦接;所述第一NMOS管M21和所述第二NMOS管M22的源极均接地。
在具体实施中,所述电流镜21适于接收输入电流(即所述第一NMOS管M21的漏极电流Im21)并向钳位NMOS管M27输出第一输出电流(即所述第二NMOS管M22的漏极电流Im22),所述输入电流与所述电源电压Vin2有关。
在一些实施例中,所述电流源还可以包括:钳位模块22,适于控制所述第一NMOS管M21的漏极电压与所述第二NMOS管M22的漏极电压相等;从而使所述第一输出电流Im22与所述第一NMOS管的漏极电流Im21相等。
通过设置钳位模块22控制所述第一NMOS管M21的漏极电压与所述第二NMOS管M22的漏极电压相等,即使电源电压增大,所述电流源的输出电流Io2也可以保持与所述第一NMOS管M21的漏极电流Im21相等,从而确保所述电流源的输出电流Io2依然可以保持较高的线性度与线性范围,并提高电路的稳定性。
在一些实施例中,所述电流源还可以包括:电流补偿电阻R22,适于根据所述第二NMOS管M22的漏极电压,输出第二输出电流Im23。所述电流补偿电阻R22的第一端与所述第二NMOS管M22的漏极耦接,第二端接地。
在本发明所提供的实施例中,所述输出电流Io2的电流值为所述第一输出电流Im22与所述第二输出电流Im23之和。所述输出电流Io2的电流值可以由如下公式表示。
Io2=Im22+Vdsm22/R22=Im21+Vgsm21/R22
=(Vin2-Vgsm21)/R21+Vgsm21/R22
其中,Vgsm21为所述第一NMOS管M21的栅极电压,Vdsm22为所述第二MMOS管M22的漏极电压,所述电流源通过所述钳位模块22使上述两者相等。在一些实施例中,所述输入电阻R21的阻值与所述电流补偿电阻R22的阻值相等,因此,所述输出电流Io2的电流值也可以简化由如下公式表示。
Io2=Vin2/R22
由此,容易受到工艺角以及温度的影响而发生变化的所述第一NMOS管M21的栅极电压Vgsm21被消除,电流源的输出电流Io2与电源电压Vin2成正比。
在具体实施中,当所述第一NMOS管M21的栅极电压增大时,所述第一输出电流Im22减小,所述第二输出电流Im23增大,所述第一输出电流Im22与所述第二输出电流Im23之和不变。由此,即使所述第一NMOS管M21和所述第二NMOS管M22的栅极电压改变,所述电流源的输出电流Io2依然可以保持较高的线性度与线性范围。
在一些实施例中,所述电流源还可以包括:输入电阻R21,其第一端接收所述电源电压Vin2,第二端与所述第一NMOS管M21的漏极耦接。
在一些实施例中,所述钳位模块22可以包括:放大器221,其正向输入端与所述第一NMOS管M21的漏极耦接,反向输入端与所述第二NMOS管M22的漏极耦接,输出端与钳位NMOS管M27的栅极耦接;以及钳位NMOS管M27,其漏极与电流源的输出端耦接,源极与所述第二NMOS管M22的漏极耦接。
在具体实施中,基于放大器221的虚短特性,可以使得所述第一NMOS管M21的漏极电压与所述第二NMOS管M22的漏极电压相等。在一些实施例中,所述第二NMOS管的漏极电压小于所述电流源的输出端电压,而所述钳位MOS管M27可以消耗掉部分电压以确保所述第一NMOS管M21的漏极电压与所述第二NMOS管M22的漏极电压相等。
在一些实施例中,所述电流源还可以包括输入电阻R21,其第一端接收所述电源电压Vin2,第二端与所述第一NMOS管M21的漏极耦接。
参考图4,图4是本发明实施例提供的一种电流源的结构示意图。
在图4所示的实施例中,所述电流源中的放大器221可以包括:第三NMOS管M23,栅极与所述第一NMOS管M21的漏极耦接,源极接地;第四NMOS管M24,栅极与所述第二NMOS管的漏极耦接,源极接地;以及第二电流镜,其输入端与所述第三NMOS管的漏极耦接,输出端于所述第四NMOS管的漏极耦接。
在具体实施中,当所述第三NMOS管M23的栅极电压升高时,其漏极电流上升,通过所述第二电流镜使得所述第四NMOS管M24的漏极电流上升,从而使其栅极电压升高。因此,所述第一NMOS管M21的漏极电压与所述第二NMOS管M22的漏极电压相等。
在一些实施例中,所述第二电流镜可以包括:第五PMOS管M25,其漏极与所述第三NMOS管M23的漏极耦接,源极接收外接电源;以及第六PMOS管M26,其漏极与所述第四NMOS管M24的漏极耦接,源极接收外接电源,栅极与所述第五PMOS管M25的栅极耦接。
参考图5,图5是本发明实施例提供的一种电流源的仿真波形示意图。
在图5所示的仿真波形示意图中,横坐标为电源电压Vin2,上图的纵坐标为输入电流(即所述第一NMOS管M21的漏极电流Im21),下图的纵坐标为输出电流Io2。由于所述电流源包括钳位模块以及电流补偿电阻,在电路工作后,可以看出所述电流源的输出电流Io2与电源电压Vin2保持了良好的线性关系。因此,通过采用本发明实施例提供的电流源结构,所述电流源可以有较高的线性度和线性范围,从而提高了电路的稳定性。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (6)
1.一种电流源,根据电源电压输出输出电流,其特征在于,包括:
第一电流镜,包括第一NOMS管和第二NMOS管,适于接收输入电流,并向钳位NMOS管输出第一输出电流,所述输入电流与所述电源电压有关;以及
钳位模块,适于控制所述第一NMOS管的漏极电压与所述第二NMOS管的漏极电压相等;
其中,所述第一输出电流与所述第一NMOS管的漏极电流相等;
电流补偿电阻,所述电流补偿电阻的第一端与所述第二NMOS管的漏极耦接,所述电流补偿电阻的第二端接地;
输入电阻,所述输入电阻的第一端接收所述电源电压,所述输入电阻的第二端与所述第一NMOS管的漏极耦接;
所述输入电阻的阻值与所述电流补偿电阻的阻值相等。
2.根据权利要求1所述的电流源,其特征在于,还包括:
所述电流补偿电阻,适于根据所述第二NMOS管的漏极电压,输出第二输出电流;
其中,所述输出电流的电流值为所述第一输出电流与所述第二输出电流之和,所述输出电流与所述电源电压线性相关。
3.根据权利要求2所述的电流源,其特征在于,当所述第一NMOS管的栅极电压增大时,所述第一输出电流减小,所述第二输出电流增大,所述第一输出电流与所述第二输出电流之和不变。
4.根据权利要求1所述的电流源,其特征在于,所述钳位模块包括:
放大器,其正向输入端与所述第一NMOS管的漏极耦接,反向输入端与所述第二NMOS管的漏极耦接,输出端与钳位NMOS管的栅极耦接;以及
钳位NMOS管,其漏极与电流源的输出端耦接,源极与所述第二NMOS管的漏极耦接。
5.根据权利要求4所述的电流源,其特征在于,所述放大器包括:
第三NMOS管,栅极与所述第一NMOS管的漏极耦接,源极接地;
第四NMOS管,栅极与所述第二NMOS管的漏极耦接,源极接地;以及
第二电流镜,其输入端与所述第三NMOS管的漏极耦接,输出端于所述第四NMOS管的漏极耦接。
6.根据权利要求5所述的电流源,其特征在于,所述第二电流镜包括:
第五PMOS管,其漏极与所述第三NMOS管的漏极耦接,源极接收外接电源;以及
第六PMOS管,其漏极与所述第四NMOS管的漏极耦接,源极接收外接电源,栅极与所述第五PMOS管的栅极耦接。
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