DE10060842C2 - Stromspiegelschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromspiegelschaltung zur Erzeugung eines in einem Ausgangszweig fließenden Ausgangsstroms, der einem in einem zwischen einem Ver­ sorgungsspannungsanschluß und Masse liegenden Eingangszweig fließenden Referenz­ strom entspricht, mit einem ersten bipolaren Transistor im Eingangszweig, durch dessen Kollektor-Emitter-Strecke der von einer mit dem Kollektor verbundenen Stromquelle gelieferte Referenzstrom fließt, und einem zweiten bipolaren Transistor im Ausgangs­ zweig, durch dessen Kollektor-Emitter-Strecke der Ausgangsstrom fließt, wobei die Ba­ sis-Anschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden sind.

Stromspiegelschaltungen werden dazu verwendet, in einem Ausgangszweig einen Strom zu erzeugen, der möglichst genau einem in einem Eingangszweig fließenden Strom ent­ spricht. Es ist auch möglich, in einer solchen Schaltung den Strom im Ausgangszweig so zu erzeugen, daß er in einem genauen Verhältnis zum Strom im Eingangszweig steht. In einer bekannten Schaltung dieser Art, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind zwei bipolare Transistoren 10, 12 vorgesehen, von denen der erste im Eingangszweig liegt, während der zweite im Ausgangszweig liegt. Der Referenzstrom Ir, der im Eingangszweig fließt und in den Ausgangszweig als Strom Ia gespiegelt werden soll, wird von einer Strom­ quelle 14 erzeugt. Wie zu erkennen ist, sind die Basis-Anschlüsse der beiden Transisto­ ren 10 und 12 miteinander verbunden, und der von diesen Transistoren benötigte Basistrom Ib wird über die Drain-Source-Strecke eines MOS-Feldeffekttransistors 16 gelie­ fert, dessen Gate-Anschluß mit dem Kollektor des Transistors 10 verbunden ist. Da der Gate-Anschluß des MOS-Feldeffekttransistors 16 keinen Strom aufnimmt, fließt durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 10 der Referenzstrom Ir, der von der Stromquelle 14 erzeugt wird. Dieser Strom fließt dann aufgrund der bekannten Strom­ spiegelwirkung auch durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 12, so daß die gewünschte Wirkung erreicht wird, nämlich daß im Ausgangszweig der Schaltung ein dem Referenzstrom Ir entsprechender Strom Ia fließt.

Diese bekannte Schaltung von Fig. 2 erfüllt zwar die genannte Bedingung sehr genau, jedoch hat sie Nachteile, wenn nur eine kleine Versorgungsspannung Vdd zur Verfügung steht, wie dies bei modernen batteriegespeisten elektronischen Geräten häufig der Fall ist. Wie zu erkennen ist, stellt sich am Punkt A der Schaltung eine Spannung ein, die der Summe der Basis-Emitter-Spannung des bipolaren Transistors 10 und der Schwellen­ spannung Vth des MOS-Feldeffekttransistors 16 entspricht. Diese beiden Spannungen liegen etwa in der Größenordnung von 0,7 V, so daß am Punkt A eine Spannung von mindestens 1,4 V auftritt. Wenn nun die Versorgungsspannung VDD nur 1,8 V beträgt, wie dies in praktischen Anwendungen durchaus der Fall sein kann, dann steht für den Betrieb der Stromquelle 14 nur noch eine Spannung von maximal 0,4 V zur Verfügung, die nicht ausreicht, die Stromquelle 14 mit einfachen Mitteln so aufzubauen, daß sie zu­ verlässig den gewünschten Referenzstrom Ir liefert. Die Schaltung von Fig. 2 eignet sich also nur für den Betrieb mit höheren Versorgungsspannungen.

In der deutschen Patenschrift DE 30 24 422 C2 ist eine Stromspiegelschaltung der ein­ gangs genannten Art beschrieben, die einen ersten bipolare Transistor und einen zweiten bipolaren Transistor umfaßt, deren Basisstrom von dem Ausgangsstrom eines weiteren aus einem dritten bipolaren Transistor und einem vierten bipolaren Transistor bestehen­ den Stromspiegel geliefert wird, dessen Eingangsstrom durch den Kollektorstrom eines fünften als Stromquelle wirkenden bipolaren Transistor bestimmt wird. Die Basis des fünften bipolaren Transistors ist mit dem Kollektor des im Eingangszweig der ersten Stromspiegelschaltung liegenden ersten bipolaren Transistors verbunden und sein Emit­ ter liegt auf dem Potential der Versorgungsspannung. Der Basisstrom des fünften bipolaren Transistors muß allerdings direkt von dem im Eingangszweig des ersten Stromspie­ gels fließenden Referenzstrom geliefert werden und dieser wird folglich um diesen Be­ trag verfälscht. Damit ist diese Schaltung ungeeignet für Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an die Präzision des Verhältnisses zwischen Referenzstrom und Aus­ gangsstrom.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromspiegelschaltung gemäß dem oben erwähnten Stand der Technik so zu modifizieren, daß sie mit hoher Genauigkeit den im Eingangszweig fließenden Referenzstrom in den Ausgangszweig spiegelt, ohne dabei den Referenzstrom durch zusätzliche Stromquellen oder -senken im Eingangszweig zu verändern.

Diese Aufgabe wird in einer Stromspiegelschaltung gemäß dem oben erwähntem Stand der Technik dadurch gelöst, daß die Stromquelle welche zur Ansteuerung des zweiten Stromspiegels benötigt wird, aus einem MOS-Feldeffekttransistor besteht. Da der Gate- Anschluß von MOS-Feldeffekttransistoren praktisch keinen Strom aufnimmt oder abgibt, kann die erfindungsgemäße Stromspiegelschaltung mit großer Genauigkeit den Refe­ renzstrom Ir in ihren Ausgangszweig spiegeln.

Fig. 1 eine Stromspiegelschaltung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Stromspiegelschaltung nach dem Stand der Technik.

Die Stromspiegelschaltung von Fig. 1 enthält als Grundbe­ standteile die beiden bipolaren Transistoren 10 und 12 sowie die den Referenzstrom I_r liefernde Stromquelle 14. Der zu erzeugende Ausgangsstrom I_a fließt durch einen Lastwider­ stand R.

Die Schaltung von Fig. 1 enthält eine weitere Stromspiegel­ schaltung, die aus zwei p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 16 und 18 sowie einem als Stromquelle wirkenden n-Kanal-MOS- Feldeffekttransistor 20 besteht. Die Gate-Anschlüsse der p- Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 16 und 18 sind miteinander verbunden, während ihre Source-Anschlüsse an der Versor­ gungsspannung V_DD liegen. Der Drain-Anschluß des p-Kanal- MOS-Feldeffekttransistors 16 ist mit den Gate-Anschlüssen dieser beiden MOS-Transistoren verbunden. Ferner ist mit dem Drain-Anschluß des p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 16 der Drain-Anschluß des n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 20 ver­ bunden, dessen Source-Anschluß direkt an Masse gelegt ist.

Wie im Schaltbild von Fig. 1 zu erkennen ist, tritt am Punkt A eine Spannung auf, die der Schwellenspannung V_th des n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 20 entspricht. Dies bedeu­ tet, daß bei gleicher Versorgungsspannung V_DD für den Be­ trieb der Stromquelle 14 eine Spannung zur Verfügung steht, die gegenüber der Stromspiegelschaltung von Fig. 2 um die Basis-Emitter-Spannung V_be höher ist. Bei einer Versorgungs­ spannung V_DD von 1,8 V und einer Transistorschwellenspannung V_th von 0,7 V steht somit am Schaltungspunkt A eine Spannung von 1,1 V zur Verfügung. Mit dieser Spannung läßt sich mit einfachen Mitteln die Stromquelle 14 betreiben. Das ange­ strebte Ziel, nämlich den im Eingangszweig fließenden Refe­ renzstrom I_r exakt in den Ausgangszweig zu spiegeln, wird daher auf sehr einfache Weise erreicht.

Claims (2)

1. Stromspiegelschaltung zur Erzeugung eines in einem Ausgangszweig fließenden Ausgangsstroms, der einem in einem zwischen einem Versorgungsspannungsanschluß und Masse liegenden Eingangszweig fließenden Referenzstrom entspricht, mit einem ersten bipolaren Transistor im Eingangszweig, durch dessen Kollektor-Emitter-Strecke der von einer mit dem Kollektor verbundenen Stromquelle gelieferte Referenzstrom fließt, und einem zweiten bipolaren Transistor im Ausgangszweig, durch dessen Kollek­ tor-Emitter-Strecke der Ausgangsstrom fließt, wobei die Basis-Anschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, und einer weiteren Stromspiegelschaltung (16, 18) mit einem zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und Masse liegenden Ein­ gangszweig und einem zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und den verbun­ denen Basis-Anschlüssen der beiden bipolaren Transistoren (10, 12) liegenden Aus­ gangszweig zur Erzeugung eines Basisstroms (Ib) für diese Transistoren, wobei im Ein­ gangszweig dieser weiteren Stromspiegelschaltung (16, 18) ein von der Kollektorspan­ nung des ersten bipolaren Transistors (10) gesteuerter Transistor (20) liegt, dessen Aus­ gangsstrom (I2b) in den Ausgangszweig dieser weiteren Stromspiegelschaltung (16, 18) gespiegelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Transistor (20) aus einem MOS- Feldeffekttransistor besteht.

2. Stromspiegelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS- Feldeffekttransistor ein n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor (20) ist, dessen Source- Anschluß an Masse liegt, daß die weitere Stromspiegelschaltung zwei p-Kanal-MOS- Feldeffekttransistoren (16, 18) enthält, deren Gate-Anschlüsse miteinander verbunden sind, wobei der Drain-Anschluß des einen p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors (16) mit dem Drain-Anschluß des n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors (20) und mit seinem Gate- Anschluß verbunden ist und wobei der Drain-Anschluß des anderen p-Kanal-MOS- Feldeffekttransistors (18) mit den Basisanschlüssen der beiden bipolaren Transistoren (10, 12) verbunden ist, während die Source-Anschlüsse der p-Kanal-MOS- Feldeffekttransistoren (16, 18) mit dem Versorgungsspannungsanschluß verbunden sind.