DE102005046740A1 - Current mirror circuit for integrated circuit technology has current mirror with supply current of reference transistor impressed on control electrodes of mirror transistor - Google Patents
Current mirror circuit for integrated circuit technology has current mirror with supply current of reference transistor impressed on control electrodes of mirror transistor Download PDFInfo
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- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/26—Current mirrors
- G05F3/262—Current mirrors using field-effect transistors only
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromspiegelschaltung und eine Verwendung derselben.The The present invention relates to a current mirror circuit and a Using the same.
In der integrierten Schaltungsentwicklung bewirken Prozessschwankungen hohe Abweichungen der absoluten Werte von Bauelementeparametern, relative Abweichungen hingegen treten viel weniger auf. Die relative Toleranz spielt dann eine wichtige Rolle, wenn Verhältnisse von Größen zum Tragen kommen. Zweckmäßig ist es daher, wenn relevante Größen einer integrierten Schaltung in festen Widerstands-, Kapazitäts- oder Geometrieverhältnissen abhängen.In the integrated circuit development cause process fluctuations high deviations of the absolute values of device parameters, relative deviations, on the other hand, occur much less. The relative Tolerance then plays an important role when circumstances from sizes to Wear come. Is appropriate it therefore, if relevant sizes of a integrated circuit in fixed resistance, capacitance or geometry ratios depend.
Eine
wichtige relevante Größe in integrierten
Schaltungen sind Konstantstromquellen als Stromversorgung von weiteren
Schaltungselementen. Die Realisierung mehrerer Konstantstromquellen
erfolgt in der integrierten Schaltungstechnik üblicherweise durch eine Strombank,
die auf dem Prinzip eines Stromspiegels beruht. Hierbei wird ein
Referenzstrom in einen als Diode geschalteten Transistor eingeprägt und in
eine dem Referenzstrom proportionale Spannung umgewandelt, die wiederum
am Eingang des Spiegeltransistors anliegt. Eine derartige Grundschaltung
ist zum Beispiel aus Tietze, Schenk „Halbleiterschaltungstechnik", 12. Auflage, Seite
284,
Eine
solche Strombank kann zur Realisierung der Stromquellen der Multiplexer
der in der
Als derkbare Abhilfe werden oftmals breitere Dimensionierungen der Massebahnen eingesetzt, um den Widerstand abzusenken. Dieser Aufwand beansprucht wertvolle Chipfläche und löst das Problem nur unvollkommen. Ebenso kann versucht werden, ausgehend von einem lokal zentralen Knoten die Leitungen zum Bezugspotential gleich lang auszuführen. In komplexen hochintegrierten Schaltkreisen kann auf diese Realisierung mangels Platzierungsmöglichkeit allerdings nicht zurückgegriffen werden. Auch ist es häufig nicht möglich, die Versorgung als kompakten separaten Block auszuführen, um Ausgangsströme auf lange Distanzen verlustfrei über dem Chip zu verteilen.When derkbare remedy often broader dimensions of the mass paths used to lower the resistance. This effort claimed valuable chip area and solve the problem is only imperfect. Likewise, it can be tried outgoing from a locally central node, the lines to the reference potential to execute the same length. In complex large-scale integrated circuits can be based on this realization lack of placement opportunity but not used become. It is also common not possible, to run the supply as a compact separate block to output currents lossless over long distances to distribute the chip.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Stromspiegelanordnung mit geringem Realisierungsaufwand für die Schaltkreistechnik den gespiegelten Strom möglichst exakt einzustellen und die Abweichung des Referenzpotentials aufgrund des Spannungsabfalls entlang der Leitung zum Bezugspotential deutlich bzw. vollständig zu beseitigen.The The object of the present invention is to provide a current mirror arrangement with little implementation effort for the circuit technology the Mirrored stream as possible set exactly and the deviation of the reference potential due the voltage drop along the line to the reference potential clearly or completely to eliminate.
Die Aufgabe wird durch eine Stromspiegelschaltung nach Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.The The object is achieved by a current mirror circuit according to features of independent Patent claim 1 solved. Further embodiments of the inventive concept are characterized in the subclaims.
Gemäß der Erfindung ist die Strombank durch eine Stromspiegel-Schaltungsanordnung mit einem Stromspiegel aus einem als Diode geschaltetem Referenztransistor und mindestens einem Spiegeltransistor ausgebildet, wobei die Steuerelektroden der Transistoren mit einer Referenzstromquelle gekoppelt sind, die Bezugselektroden der Transistoren miteinander gekoppelt sind, Verbindungsleitungen, durch die der Bezugselektroden und die Steuerelektroden miteinander verbunden sind, mit nicht vernachlässigbaren Widerständen behaftet sind, und der Versorgungsstrom des Referenztransistors in die Steuerelektrode des Spiegeltransistors eingeprägt wird.According to the invention, the current bank is formed by a current mirror circuit arrangement with a current mirror of a diode-connected reference transistor and at least one mirror transistor, wherein the control electrodes of the transistors are coupled to a reference current source, the reference electrodes of the transistors are coupled together, connecting lines through which the Reference electrodes and the control electrodes are connected to each other, with non-negligible resistances are afflicted, and the supply current of the reference transistor is impressed in the control electrode of the mirror transistor.
Eine Verwendung einer derartigen Schaltungseinrichtung ist beispielsweise in Patentanspruch 9 angegeben.A Use of such a circuit device is, for example specified in claim 9.
In einer besonderen Ausgestaltung der Strombank ist bei einer Vielzahl von Spiegeltransistoren, deren Steuerelektroden und Bezugselektroden jeweils miteinander verbunden sind, das eine Ende der Anordnung der Spiegeltransistoren an den Referenztransistor angeschlossen und ein anderes Ende der Anordnung der Spiegeltransistoren an die Referenzstromquelle angeschlossen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, durch weitgehend vernachlässigbaren Realisierungsaufwand in der Entwurfstechnik eine vollständige Kompensation oder sehr gute Teilkompensation des Potentialanstiegs entlang der Leitung, an die die Bezugspotentiale der Transistoren angeschlossen sind, zu erzielen. In der erfindungsgemäßen Stromspiegelschaltung fließt der eingeprägte Referenzstrom entlang der gesamten Leitung, an die die Gate- bzw. Steuerelektroden angeschlossen sind. Dadurch entsteht ebenfalls ein Potentialanstieg entlang dieser Leitung, der den Potentialanstieg entlang der Leitung, an der die Bezugselektroden angeschlossen sind, teilweise oder vollständig kompensieren kann.In a particular embodiment of the power bank is in a variety of mirror transistors, their control electrodes and reference electrodes are each connected to each other, which is one end of the arrangement of Mirror transistors connected to the reference transistor and another end of the arrangement of the mirror transistors to the reference current source connected. It is particularly advantageous by largely negligible Implementation effort in the design technique a complete compensation or very good partial compensation of the potential increase along the line, to which the reference potentials of the transistors are connected, to achieve. In the current mirror circuit according to the invention, the impressed reference current flows along the entire line to which the gate or control electrodes are connected are. This also causes a potential increase along this Conduction, the potential increase along the line at which the Reference electrodes are connected, partially or completely compensate.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Transistoren auf dem integrierten Chip derart platziert, dass die Verbindungen der Bezugselektroden und der Steuerelektroden jeweils gleich lang und gleich breit sind. Aufgrund der symmetrischen Anordnung gleich langer und gleich breiter Teilstücke einer Leitung für die Verbindung der Gate- bzw. Source-Elektroden kann mit wenig Rechenaufwand die Teilkompensation des Spannungsabfalls entlang der Bezugspotentialleitung erfolgen.In In another advantageous embodiment, the transistors are placed on the integrated chip such that the connections the reference electrodes and the control electrodes each have the same length and are the same width. Due to the symmetrical arrangement same long and equal sections a line for the Connection of the gate or Source electrodes can with little computational effort the partial compensation the voltage drop along the reference potential line done.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromspiegelschaltung weisen alle Spiegeltransistoren das gleiche Kanalweiten- zu Kanalbreiten-Verhältnis auf. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass ein Einfluss von Herstellungstoleranzen bei der Realisierung der Transistoren minimiert wird und die Ausgestaltung der Teilstücke einer Leitung zur Kompensation Spannungsabfalls entlang der Bezugspotentialleitung erheblich vereinfacht wird.In a further advantageous embodiment of the current mirror circuit according to the invention All mirror transistors have the same channel width to channel width ratio. Of particular advantage here is that an influence of manufacturing tolerances is minimized in the realization of the transistors and the design of the cuts a line for compensating voltage drop along the reference potential line considerably simplified.
Die Realisierung einer teilweisen oder vollständigen Kompensation des Bezugspotentials ist auf keine bestimmte Technologie des Herstellungsverfahrens des Transistors beschränkt. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Bipolar-Transistoren bei Anwendungen in der Schnellstlogik und Hochfrequenztechnik, deren Eigenschaften, beispielsweise Dynamik, in besonderem Maße von den Arbeitspunkteinstellungen abhängen, die vorzugsweise durch Stromquellen festgelegt werden.The Realization of a partial or complete compensation of the reference potential is not on any particular technology of the manufacturing process of the Transistor limited. Particularly advantageous is the use of bipolar transistors at Applications in high-speed logic and high-frequency engineering, whose Properties, such as dynamics, in particular of the Depend on operating point settings, which are preferably determined by current sources.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromspiegelschaltung sind alle Spiegeltransistoren mit der gleichen Emitterfläche realisiert worden. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass ein Einfluss von Fertigungstoleranzen bei der Realisierung der Transistoren minimiert wird und die Bestimmung der Teilstücke einer Leitung, die zur Kompensation Spannungsabfalls entlang der Bezugspotentialleitung erheblich vereinfacht wird.In an advantageous embodiment the current mirror circuit according to the invention All mirror transistors are realized with the same emitter surface Service. Of particular advantage here is that an influence of Manufacturing tolerances in the realization of the transistors minimized and the determination of the sections of a line leading to Compensation of voltage drop along the reference potential line considerably simplified.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:following The invention is based on a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings explained in detail. Show it:
Die
Schaltungsanordnung in
Gemäß
Im
wie hier beschriebener. Fall einer Strombank mit über dem
Chip verteilten Spiegeltransistoren T1...n kommt
zusätzlich
ein häufig
unterschätzter
weiterer systematischer Fehler hinzu. Die auf der Leiterbahn des Bezugspotentials
zusammenlaufenden Ströme
ID1...Dn der über dem Chip verteilten Spiegeltransistoren
T1...n bewirken einen Potentialanstieg entlang
dieser Leiterbahn aufgrund der nicht zu vernachlässigbaren Leitungswiderstände R1...n. Wie aus
Die
in
Dieser ist als n-Kanal-MOS-Transistoz ausgebildet. Seine Drain- und Gateanschlüsse sind miteinander verbunden. Der Source-Anschluss des Referenztransistors T0 ist an einen Anschluss für das Massepotential GND angeschlossen. Mit den verbundenen Gate- und Drainanschlüssen des Referenztransistors T0 ist eine Verbindungsleitung verbunden, die an die Gate-Anschlüsse einer Vielzahl von weiteren Transistoren T1, T2, ... Tn führt. Die Transistoren T1, T2, ... Tn sind allesamt in gleicher Weise angeschlossen. Beispielhaft hierfür ist der Source-Anschluss des Transistors T2 mit der Verbindungsleitung, die den Widerstand R2 besitzt, mit dem Source-Anschluss des Transistors T1 verbunden, der Gate-Anschluss des Transistors T2 ist mit der Verbindungsleitung, die den Widerstand RG2 besitzt, zum Gate-Anschluss des Transistors T1 verbunden. An der Drainelektrode Q2 des Transistors T2 wird der Konstantstrom ID2 ausgangsseitig zur Verfügung gestellt. Der Gate-Anschluss des Transistors Tn ist mit der Referenzstromquelle IREF verbunden.This is designed as an n-channel MOS Transistoz. Its drain and gate connections are interconnected. The source terminal of the reference transistor T 0 is connected to a terminal for the ground potential GND. Connected to the gate and drain terminals of the reference transistor T 0 is a connection line which leads to the gate terminals of a plurality of further transistors T 1 , T 2 , ... T n . The transistors T 1 , T 2 , ... T n are all connected in the same way. By way of example, the source terminal of the transistor T 2 with the connecting line having the resistor R 2 is connected to the source terminal of the transistor T 1 , the gate terminal of the transistor T 2 is connected to the connecting line, the resistor R G2 has, connected to the gate terminal of the transistor T 1 . At the drain electrode Q 2 of the transistor T 2 , the constant current I D2 is provided on the output side. The gate terminal of the transistor T n is connected to the reference current source I REF .
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Strombank
gemäß
Die
realisierte erfindungsgemäße Strombank
gemäß
Werden alle Verdrahtungsbahnen, an die die Gates der Spiegeltransistoren T1 bis Tn angeschlossen sind, jeweils gleich lang und gleich breit gewählt, gilt RG1 = RG2 = ... = RG. Werden zudem, wie in den Annahmen eingangs erwähnt, gleich große Transistoren T1 bis Tn mit gleich großem Kanalweiten-zu-Kanallängen-Verhältnis verwendet, müssen im Idealfall im Ausgangskreis alle Drainströme ID = I1 = I2 = ... = IDn betragen. Eine vollständige Kompensation ist in diesem Fall nicht möglich, da der Potentialanstieg an den Gates der Spiegeltransistoren T1 bis Tn linear verläuft, der Potentialanstieg an den Source-Anschlüssen B0...n hingegen nicht. Eine exakte Lösung in Form eines geschlossenen mathematischen Ausdrucks lässt sich zwar nicht angeben, es kann jedoch mit Hilfe der folgenden vereinfachten Überlegung ein erster Näherungswert zur Bestimmung des Gate-Leiterbahnwiderstands RG angegeben werden, der sich anschließend mit Hilfe eines Schaltungsanalyseprogramms, zum Beispiel SPICE, weiter optimieren lässt.If all the wiring paths to which the gates of the mirror transistors T 1 to T n are connected are each selected to be the same length and the same width, then R G1 = R G2 =... = R G. If, in addition, as mentioned in the assumptions above, equally sized transistors T 1 to T n with the same channel width-to-channel length ratio are used, ideally all drain currents I D = I 1 = I 2 = ... = I Dn amount. A complete compensation is not possible in this case, since the potential increase at the gates of the mirror transistors T 1 to T n is linear, the potential increase at the source terminals B 0 ... n, however, not. While it is not possible to specify an exact solution in the form of a closed mathematical expression, it is possible with the aid of the following simplified consideration to provide a first approximation value for determining the gate trace resistance R G , which is subsequently determined with the aid of a circuit analysis program, for example SPICE, can be further optimized.
Der Spannungsabfall ΔUk, der am k-ten Bahnwiderstand von n Bahnwiderständen, der die k-te Source Elektrode von n Source Elektroden verbindet, abfällt, beträgt dann ΔUk = R·ID·(1 + n – k). Das Potential Un, das an der Source-Elektrode des n-ten Spiegelstransistors abfällt, ist gleich der Summe aller Spannungsabfälle über den n Bahnwiderständen, über die n Spiegeltransistoren verbunden sind. Hierfür lässt sich der folgende geschlossene Ausdruck angeben: The voltage drop .DELTA.U k, the n track resistors, which connects the kth source electrode of n source electrodes, falls on the k-th path resistance is then .DELTA.U k = R · I D · (1 + n - k). The potential U n which drops at the source of the n-th mirror transistor is equal to the sum of all the voltage drops across the n resistors connected by n mirror transistors. For this, the following closed expression can be specified:
Geht
man zunächst
von der zu erfüllenden
Bedingung aus, dass das Potential UGn am
Gate des n-ten Transistors um denselben Betrag wie das Potential
am Source ansteigen soll, d.h. UGn = n·RG·IREF = Un, so ergibt
sich unmittelbar die Beziehung . Theoretisch erreicht hierbei
nur die Gate-Source-Spannung
UGSn des letzten Spiegeltransistors den
Referenzwert UGS0 der Diode T0,
was bedeutet, dass nur IDn dem Sollwert
entspricht. Für
alle anderen Ausgangsströme der
Spiegeltransistoren fallen aufgrund von Unterkompensation die Drainströme niedriger
aus. Da dies offensichtlich im Widerspruch zu der getroffenen Annahme
gleich großer
Ströme
steht, liefertin Wirklichkeit nur einen
groben Näherungswert,
der lediglich eine Abschätzung
der zu erwartenden Größenordnung
für RG zulässt.
Als Faustregel für die
praktische Dimensionierung kann gelten, dass RG in
der Nähe des
Optimums liegt, wenn der Verlauf der Funktion ID(k)
dem Graphen gemäß
Eine vollständige Kompensation kann beispielsweise dadurch erzielt werden, indem für die Teilstücke der Gate Leiterbahnen verschieden große Widerstände realisiert werden. Ein möglicher Ausführungsgedanke ist, die Länge der Teilstücke der Leiterbahnen, die die Gates verbinden, gleich lang zu gestalten, die Breite der Leiterbahnen dagegen durch einfache Rechnung zu bestimmen.A full Compensation can be achieved, for example, by adding the parts of the Gate interconnects of different sizes resistors can be realized. One potential Design idea is, the length of the cuts the tracks that connect the gates have the same length, the width of the tracks, however, to be determined by simple calculation.
Die
exakte Berechnung der Breite der Gate-Zuleitungswiderstände ist relativ einfach, die
praktische Realisierung des Layouts erfordert einen geringfügig erhöhten Realisierungsaufwand.
Da, wie in
Für die in
Die
Verzögerungseinrichtung
in
- UDD U DD
- Versorgungsspannungsupply voltage
- T0 T 0
- Referenztransistorreference transistor
- T1...n T 1 ... n
- Spiegeltransistoren Tk=1...k=n, Laufindex k, maximale Anzahl nMirror transistors T k = 1 ... k = n , running index k, maximum number n
- UREF U REF
- Referenzspannungreference voltage
- IREF I REF
- Referenzstromreference current
- UGS0 U GS0
- Gate Source Spannung von T0 Gate source voltage of T 0
- UGS1...GSn U GS1 ... GSn
- Gate Source Spannung eines Transistors Tk=1...k=n Gate source voltage of a transistor T k = 1 ... k = n
- R1...n R 1 ... n
- Leiterbahnwiderstand der Zuleitung zur Bezugselektrode eines Transistors Tk=1...k=n Conductor resistance of the supply line to the reference electrode of a transistor T k = 1 ... k = n
- RG1...Gn R G1 ... Gn
- Leiterbahnwiderstand der Zuleitung zur Steuerelektrode eines Transistors Tk=1...k=n Conductor resistance of the supply line to the control electrode of a transistor T k = 1 ... k = n
- ID1...Dn I D1 ... Dn
- Ausgangsstrom eines Transistors Tk=1...k=n Output current of a transistor T k = 1 ... k = n
- S0...n S 0 ... n
- Steuerelektroden eines Transistors Tk=0...k=n Control electrodes of a transistor T k = 0 ... k = n
- B0...n B 0 ... n
- Bezugslektroden eines Transistors Tk=0...k=n Reference electrodes of a transistor T k = 0 ... k = n
- Q1...n Q 1 ... n
- Ausgangselektrode eines Spiegeltransistors Tk=1...k=n Output electrode of a mirror transistor T k = 1 ... k = n
- GND GND
- Massepotential U = 0 Voltground potential U = 0 volts
- 11
- Verzögerungseinrichtungdelay means
- 9, 119 11
- Eingangsanschlüsseinput terminals
- 12, 1312 13
- Ausgangsanschlüsseoutput terminals
- 1414
- Steueranschlusscontrol connection
- 10, 20, 30,10 20, 30,
- 40, 5040 50
- Multiplexermultiplexer
- 33, 3433 34
- erster Eingangsanschluss eines Multiplexersfirst Input terminal of a multiplexer
- 35, 3635, 36
- zweiter Eingangsanschluss eines Multiplexerssecond Input terminal of a multiplexer
- 37, 3837, 38
- Ausgangsanschlussoutput port
- 31, 3231 32
- Steueranschlusscontrol connection
- VDDVDD
- Versorgungsspannungsupply voltage
- VSSVSS
- Massepotentialground potential
- SLCSLC
- Steuersignalcontrol signal
- CLKINCLKIN
- zu verzögerndes Eingangssignalto retarding input
- CLKOUTCLKOUT
- verzögertes Ausgangssignaldelayed output signal
- PREPRE
- Eingangssignalinput
- OUTOUT
- Ausgangssignaloutput
- I10, I20,I10, I20,
- I30, I40,I30, I40,
- I50I50
-
Stromquelle
für Multiplexer
10 ,20 ,30 ,40 ,50 Power source for multiplexer10 .20 .30 .40 .50
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510046740 DE102005046740A1 (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Current mirror circuit for integrated circuit technology has current mirror with supply current of reference transistor impressed on control electrodes of mirror transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510046740 DE102005046740A1 (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Current mirror circuit for integrated circuit technology has current mirror with supply current of reference transistor impressed on control electrodes of mirror transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005046740A1 true DE102005046740A1 (en) | 2007-04-19 |
Family
ID=37896222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200510046740 Ceased DE102005046740A1 (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Current mirror circuit for integrated circuit technology has current mirror with supply current of reference transistor impressed on control electrodes of mirror transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102005046740A1 (en) |
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- 2005-09-29 DE DE200510046740 patent/DE102005046740A1/en not_active Ceased
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