DE102010052038A1

DE102010052038A1 - Leckstromkompensation

Info

Publication number: DE102010052038A1
Application number: DE102010052038A
Authority: DE
Inventors: Martin Clara; Dario Giotta
Original assignee: Lantiq Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-06-16
Also published as: GB2475624B; US20110121888A1; GB201019898D0; GB2475624A

Abstract

Es werden Implementierungen offenbart, die das Kompensieren einer mit Stromquellenanordnungen assoziierten Durchlassstrom-Leckstelle betreffen. Es kann eine Implementierung bereitgestellt werden, die eine kopierte Stromspiegelausgangsstufe enthält. Es kann eine Schaltung zwischen einer Stromspiegelausgangsstufe und der kopierten Stromspiegelausgangsstufe bereitgestellt werden. Die Schaltung kann so implementiert werden, dass sie eine mit der Stromspiegelausgangsstufe assoziierte Spannung auf einen mit der kopierten Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Spannungspegel setzt. Ein Strom kann von der Schaltung geliefert werden, um die mit der Stromspiegelausgangsstufe assoziierte Spannung zu setzen. Bei einer Implementierung ist der Strom im Wesentlichen gleich einer mit der Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Durchlassstrom-Leckstelle.

Description

Stromquellen/-spiegel werden in vielen Schaltungen wie etwa Oszillatoren, Verstärkern, Datenwandlern und Vorspannungsschaltungen verwendet. Stromquellen werden oftmals als Teil von integrierten Schaltungen (IC) hergestellt. Mit sich verbessernder Technologie bezüglich der Herstellung der ICs nimmt die Größe der verwendeten Transistoren im Allgemeinen ab. Dies trifft nicht immer für Stromspiegel zu, insbesondere falls eine hohe Genauigkeit erforderlich ist.
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ist eine Technologie, die zur Herstellung der heutigen ICs verwendet wird. CMOS verwendet Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) vom p-Typ und n-Typ, um die mit einem IC assoziierte Funktionalität zu erreichen. Die in heutigen Nanoskalen-CMOS-Prozessen verwendeten Transistoren besitzen sehr dünne Gateisolierfilme. Die dünnen Gateisolierfilme können durch Technologieskalierung hergestellt werden, was den Spannungsschwellwert (Vt) niedriger setzt, um die Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors zu verbessern. Dünne Gateisolierfilme können jedoch direkt eine unerwünschte Stromleckstelle an der Gateelektrode verursachen, was auch als Gatestromleckstelle oder Durchlasszustand-Stromleckstelle bezeichnet wird.
Die Durchlasszustand-Stromleckstelle in zeitgenössischen Nanoskalen-CMOS-Stromquellen kann eine Diskrepanz zwischen einem Referenzstrom und einem Ausgangsstrom bewirken. Dieses Problem wird verschärft, falls der Referenzstrom gespiegelt werden soll, um auf der Basis des Referenzstroms mehrere konstante Ströme zu verschiedenen Elementen eines IC bereitzustellen. Mit zunehmender Anzahl von konstanten Strömen etwa in einer Stromspiegelanordnung kann insbesondere die Diskrepanz zwischen einem Stromwert des Referenzstroms und dem Stromwert der von der Stromspiegelanordnung generierten konstanten Ströme recht signifikant sein. Eine Durchlasszustand-Stromleckstelle kann bei Stromspiegeln, die so ausgelegt sind, dass sie eine hohe Genauigkeit aufweisen, ein größeres Problem darstellen. Insbesondere erfordern solche Stromspiegel im Allgemeinen größere Transistoren, die inhärent mehr Streuverlust erzeugen als kleinere Transistoren.
Konventionelle Bipolarstromquellenimplementierungen verwenden die sogenannte Basisstromkompensationstechnik, um eine Stromdiskrepanz zwischen einem Referenzstrom und einem Ausgangsstrom zu kompensieren. Es sei beispielsweise angenommen, dass ein herkömmlicher Bipolarstromspiegel zwei Bipolartransistoren mit gekoppelten Basen enthält, wobei ein Referenztransistor davon diodengeschaltet ist (das heißt, seine Basis und sein Kollektor sind kurzgeschlossen). Ein zusätzlicher Transistor wird hinzugefügt, wobei dessen Emitter zwischen die Basen der beiden Bipolartransistoren gekoppelt ist und die Basis des zusätzlichen Transistors an den Kollektor des Referenztransistors angeschlossen ist. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, erleichtern die inhärenten Eigenschaften der Schaltung mit dem zusätzlichen Transistor das Reduzieren der Stromdiskrepanz zwischen dem Referenzstrom und dem Ausgangsstrom.
Die Basisstromkompensationstechnik findet keine Übersetzung in CMOS-Stromquellenimplementierungen. Das heißt, die zum Implementieren von CMOS-Stromquellen verwendeten MOS-Transistoren besitzen nicht die gleichen inhärenten Eigenschaften, die Bipolartransistoren aufweisen. Deshalb reduziert eine auf die obenbeschriebene Weise konstruierte CMOS-Stromquellenanordnung keine Stromdiskrepanz zwischen einem Referenzstrom und dem Ausgangsstrom.
Bei einem ersten Aspekt umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen ersten Transistor zum Liefern eines Ausgangsstroms, eine Schaltungskopie mit einem an eine Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor, wobei die Stromquelle einen Referenzstrom im Wesentlichen gleich einem anderen, von dem ersten Transistor empfangenen Referenzstrom generieren soll, und eine Schaltung, die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform ist die Schaltung dafür ausgelegt, einen Strom zu liefern, der eine Differenz zwischen dem Ausgangsstrom und dem anderen Referenzstrom ausgleicht. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung besteht darin, dass ein unbekannter oder unbestimmter Leckstrom selbst dann effektiv kompensiert werden kann, wenn eine niedrige bis sehr niedrige Versorgungsspannung verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung im ersten Aspekt umfasst die Vorrichtung weiterhin eine weitere Stromquelle zum Liefern des weiteren Referenzstroms. Mindestens ein Effekt der vorausgegangen Vorrichtung besteht darin, dass die andere Stromquelle einen tatsächlichen Ausgangsstrom in der kopierten Anordnung erfassen kann, was bei dem Kompensieren eines Leckstroms hilft.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in dem ersten Aspekt ist die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelte Schaltung ein Operationsverstärker. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung besteht darin, dass die Verwendung des Operationsverstärkers eine Gesamtkompensation eines Leckstroms verbessern kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung in dem ersten Aspekt enthält der Operationsverstärker einen Ausgang, gekoppelt an einen ersten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des ersten Transistors und einem Ausgang einer anderen Stromquelle zum Liefern des anderen Referenzstroms, einen ersten Eingang, gekoppelt an einen zweiten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des zweiten Transistors und einem Ausgang der Stromquelle, und einen zweiten Eingang, gekoppelt an eine Referenzspannung.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem ersten Aspekt setzt der Strom eine erste Spannung an, damit sie im Wesentlichen gleich einer zweiten Spannung ist, wobei die erste Spannung an dem ersten Knoten anliegt und die zweite Spannung an dem zweiten Knoten anliegt, wobei die Referenzspannung auf einem Spannungswert eingestellt ist, der es dem Operationsverstärker ermöglicht, die erste Spannung so zusetzen, dass sie im Wesentlichen gleich der zweiten Spannung ist. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung besteht darin, dass das Setzen der ersten Spannung, damit sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist, den Leckstrom im Wesentlichen oder ganz kompensieren kann.
Bei einem zweiten Aspekt umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Stromquelle zum Liefern eines Referenzstroms, einen ersten Transistor zum Liefern eines Ausgangsstroms auf der Basis des Referenzstroms und eine Schaltung, die an einen zwischen der Stromquelle und dem ersten Transistor definierten Knoten gekoppelt ist, wobei die Schaltung einen Strom an den Knoten liefert, der einem mit dem ersten Transistor assoziierten Durchlass-Leckstrom mindestens im Wesentlichen gleich ist. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt besteht darin, dass der gelieferte Strom zum Kompensieren des mit der Vorrichtung assoziierten Durchlass-Leckstroms verwendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem zweiten Aspekt ist der von der Schaltung gelieferte Strom, summiert mit dem Durchlass-Leckstrom, im Wesentlichen gleich dem von der Stromquelle gelieferten Referenzstrom. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt besteht darin, dass, falls der von der Schaltung gelieferte Strom, summiert mit dem Durchlass-Leckstrom, im Wesentlichen gleich dem von der Stromquelle gelieferten Referenzstrom ist, der Durchlass-Leckstrom mit hoher Genauigkeit kompensiert wird.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem zweiten Aspekt ist die Schaltung ein Transkonduktanzverstärker (OTA – Operational Transconductance Amplifier), (OTA), wobei der OTA den Strom liefern soll auf der Basis eines Spannungspegels, der in einer Schaltungskopie angetroffen wird, einschließlich einer anderen Stromquelle, die im Wesentlichen gleich der Stromquelle ist, und eines zweiten Transistors, der im Wesentlichen gleich dem ersten Transistor ist. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt besteht darin, dass die Verwendung des OTA eine Gesamtkompensation des Durchlass-Leckstroms verbessern kann.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem zweiten Aspekt enthält der OTA einen an den Knoten gekoppelten Ausgang, einen an einen anderen, zwischen der anderen Stromquelle und dem zweiten Transistor definierten Knoten gekoppelten ersten Eingang und einen an eine Spannungsreferenz gekoppelten zweiten Eingang, wobei der an dem Ausgang des OTA generierte Strom zum Setzen einer Spannung an dem Knoten höher ist.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem zweiten Aspekt setzt der auf dem Ausgang des OTA gelieferte Strom die Spannung an dem Knoten auf einen Pegel, der einer anderen Spannung an dem anderen Knoten im Wesentlichen gleich ist.
Bei einem dritten Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Detektieren einer ersten Spannung, die mit einer ersten Stromspiegelausgangsstufe assoziiert ist, und Detektieren einer zweiten Spannung, die mit einer zweiten Stromspiegelausgangsstufe assoziiert ist. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Stromspiegelausgangsstufe eine kopierte Version der ersten Stromspiegelausgangsstufe. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin das Setzen der ersten Spannung, so dass sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist. Mindestens ein Effekt des vorausgegangenen Verfahrens besteht darin, dass ein unbekannter oder unbestimmter Leckstrom selbst dann effektiv kompensiert werden kann, wenn eine niedrige bis sehr niedrige Versorgungsspannung verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung im dritten Aspekt umfasst das Verfahren weiterhin: in der ersten Stromspiegelausgangsstufe das Bereitstellen einer ersten Referenzstromquelle und eines ersten Transistors mit einer an einen Ausgang der ersten Referenzstromquelle gekoppelten Drainelektrode, wobei die kopierte Version der ersten Stromspiegelausgangsstufe eine zweite Referenzstromquelle und einen zweiten Transistor enthält, die der ersten Referenzstromquelle und dem ersten Transistor im Wesentlichen gleich sind. Mindestens ein Effekt des vorausgegangenen Verfahrens besteht darin, dass durch die gemeinsamen Strukturen der ersten Referenzstromquelle und der ersten Stromspiegelausgabestufe das Verfahren den Leckstrom in der ersten Stromspiegelausgangsstufe genau kompensieren kann.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem ersten Aspekt beinhaltet die Setzhandlung das Liefern eines Stroms zum Setzen der ersten Spannung, damit sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist. Mindestens ein Effekt des vorausgegangenen Verfahrens besteht darin, dass das Setzen der ersten Spannung, so dass sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist, einen Leckstrom im Wesentlichen oder ganz kompensieren kann.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem dritten Aspekt ist der Strom einem mit der ersten Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Durchlass-Leckstrom im Wesentlichen gleich. Mindestens ein Effekt des vorausgegangenen Verfahrens besteht darin, dass, falls der gelieferte Strom einem Durchlass-Leckstrom im Wesentlichen gleich ist, der Durchlass-Leckstrom auf effiziente und effektive Weise kompensiert werden kann.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in dem ersten Aspekt beinhaltet die Setzhandlung weiterhin das Bereitstellen eines Transkonduktanzverstärkers (OTA) zum Liefern des Stroms. Mindestens ein Effekt des vorausgegangenen Verfahrens besteht darin, dass das Bereitstellen des OTA eine Gesamtkompensation des Durchlass-Leckstroms verbessern kann.
Bei einem vierten Aspekt umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen ersten Transistor zum Liefern eines Ausgangsstroms, eine Schaltungskopie mit einem an eine Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor, wobei die Stromquelle einen Referenzstrom im Wesentlichen gleich einem anderen, von dem ersten Transistor empfangenen Referenzstrom generieren soll, und eine Schaltung, die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform ist die Schaltung dafür ausgelegt, einen Strom zu liefern, der eine erste Spannung so setzt, dass sie einer zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung des vierten Aspekts besteht darin, dass ein unbekannter oder unbestimmter Leckstrom selbst dann effektiv kompensiert werden kann, wenn eine niedrige bis sehr niedrige Versorgungsspannung verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung im vierten Aspekt umfasst die Vorrichtung weiterhin eine weitere Stromquelle zum Liefern des weiteren Referenzstroms. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung des vierten Aspekts besteht darin, dass auch Anordnungen mit mehreren Stromquellen von einer Leckstromkompensation profitieren können.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung in dem vierten Aspekt ist die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelte Schaltung ein Operationsverstärker. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung besteht darin, dass die Verwendung des Operationsverstärkers eine Gesamtkompensation eines Leckstroms verbessern kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung in dem vierten Aspekt enthält der Operationsverstärker einen Ausgang, gekoppelt an einen ersten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des ersten Transistors und einem Ausgang einer anderen Stromquelle zum Liefern des anderen Referenzstroms.
Bei einer Ausführungsform enthält der Operationsverstärker weiterhin einen ersten Eingang, der an einen zwischen einer Drainelektrode des zweiten Transistors und einem Ausgang der Stromquelle definierten zweiten Knoten gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform enthält der Operationsverstärker weiterhin einen an eine Referenzspannung gekoppelten zweiten Eingang.
Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung im vierten Aspekt liegt die erste Spannung an dem ersten Knoten an und die zweite Spannung liegt an dem zweiten Knoten an. Bei einer Ausführungsform ist die Referenzspannung auf einen Spannungswert eingestellt, der es dem Operationsverstärker ermöglicht, die erste Spannung so zu setzen, dass sie im Wesentlichen gleich der zweiten Spannung ist. Mindestens ein Effekt der vorausgegangenen Vorrichtung im vierten Aspekt besteht darin, dass das Setzen der ersten Spannung, damit sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist, den Leckstrom im Wesentlichen oder ganz kompensieren kann.
Die ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren identifiziert oder identifizieren die ganz links stehende(n) Ziffer(n) einer Referenzzahl die Figur, in der die Referenzzahl zuerst erscheint. Die Verwendung der gleichen Referenzzahl in verschiedenen Fällen in der Beschreibung und den Figuren kann ähnliche oder identische Elemente angeben.
1 ist ein Schaltplan, der eine Implementierung eines hinsichtlich Durchlass-Leckstelle kompensierten Stromspiegels veranschaulicht;
2 ist eine Schaltplandarstellung einer beispielhaften Stromquelle, die zum Generieren eines Referenzstroms verwendet werden kann; und
3 veranschaulicht eine beispielhafte Prozedur zum Kompensieren eines Durchlass-Leckstroms.
Die folgende Beschreibung beschreibt Implementierungen hinsichtlich des Kompensierens einer mit Stromquellenanordnungen assoziierten Durchlass-Leckstelle. Es kann eine Implementierung bereitgestellt werden, die eine kopierte Stromspiegelausgangsstufe enthält. Eine Schaltung kann zwischen einer Stromspiegelausgangsstufe und der kopierten Stromspiegelausgangsstufe angeordnet sein. Die Schaltung kann so implementiert sein, dass sie eine mit der Stromspiegelausgangsstufe assoziierte Spannung auf einen mit der kopierten Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Spannungspegel setzt. Ein Strom kann von der Schaltung geliefert werden, um die mit der Stromspiegelausgangsstufe assoziierte Spannung zu setzen. Bei einer Implementierung ist der Strom im Wesentlichen gleich einer mit der Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Durchlass-Stromleckstelle.
1 ist ein Schaltplan, der eine Implementierung eines hinsichtlich des Durchlass-Leckstroms kompensierten Stromspiegels 100 darstellt. Der Ausdruck Durchlass-Leckstrom betrifft allgemein eine Gatestromleckstelle, die sich manifestiert, wenn der Stromspiegel 100 in Betrieb ist oder sich in einem Durchlasszustand befindet. Allgemein befindet sich der Stromspiegel 100 in Betrieb, wenn eine Stromquelle 102 einen Referenzstrom I_REF-A liefert. Die Gatestromleckstelle, die eintritt, wenn der Stromspiegel 100 in Betrieb ist, wird in der folgenden Offenbarung ausführlicher beschrieben.
Bei einer grundlegenden Implementierung kann der Stromspiegel 100 einen N-FET 104 und einen N-FET 106 enthalten. Die Sourceelektrode des N-FET 104 kann an Masse gekoppelt sein. Masse kann, wie hierin verwendet, eine Schaltungsmasse sein, beispielsweise eine niedrige Stromversorgung V_SS. Eine Gateelektrode des N-FET 104 kann an eine Drainelektrode davon gekoppelt sein. Die Drainelektrode des N-FET 104 kann an die Stromquelle 102 gekoppelt sein. Auch bei dem N-FET 106 kann die Sourceelektrode an Masse gekoppelt sein. Eine Gateelektrode des N-FET 106 kann an die Gateelektrode des N-FET 104 gekoppelt sein. In der Annahme, dass eine nachfolgende, an V_DD gekoppelte Stromquelle 108 ignoriert oder aus 1 eliminiert wird, kann eine Drainelektrode des N-FET 106 einen Ausgangsstrom I_M-1 liefern.
Während eines Durchlasszustands des Stromspiegels 100 und unter idealen Bedingungen kann eine Gate-zu-Source-Spannung V_GS des N-FET 104 auf einen Pegel eingestellt sein, der es gestattet, dass der von der Stromquelle 102 generierte Referenzstrom I_REF-A den N-FET 104 passiert. Weil die Gateelektrode des N-FET 104 und des N-FET 106 gekoppelt sind und auch dessen Sourceelektroden gekoppelt sind, kann V_GS des N-FET 106 gleich V_GS des N-FET 104 sein. Falls der N-FET 104 und der N-FET 106 identisch sind, kann dementsprechend der N-FET 106 einen Ausgangsstrom I_M-1 liefern, der mit dem Referenzstrom I_REF-A identisch ist. Der N-FET 106 kann gezwungen werden, diesen identischen Ausgangsstrom I_M-1 zu liefern, weil V_GS des N-FET 106 gleich V_GS des N-FET 104 sein kann. Deshalb kann der N-FET 106 als eine Stromquelle angesehen werden, die das Verhalten des N-FET 104 spiegelt. Bei einer anderen Implementierung ist der N-FET 106 möglicherweise nicht identisch mit dem N-FET 104. Das heißt, eine Breite und/oder Längenverhältnisse der mit den N-FETs 104 und 106 assoziierten Gateelektroden sind möglicherweise nicht gleich. Bei einer derartigen Implementierung kann der Ausgangsstrom I_M-1 von dem durch den N-FET 104 fließenden Referenzstrom I_REF-A verschieden sein.
Unter weiterer Annahme, dass die an V_DD gekoppelte nachfolgende Referenzstromquelle I_REF-B 108 ignoriert oder aus 1 eliminiert wird, können zusätzliche N-FETs 110–114N als Teil des Stromspiegels 100 implementiert werden. Jede Gateelektrode der N-FETs 110–114N kann an die Gateelektrode des N-FET 104 gekoppelt sein. Eine Sourceelektrode jedes der N-FETs 110–114N kann an Masse gekoppelt sein. Weil jede jeweilige Gateelektrode der N-FETs 110–114N an die Gateelektrode des N-FET 104 gekoppelt sein kann und die Sourceelektroden davon ebenfalls gekoppelt sind, kann deshalb V_GS des N-FET 104 gleich dem jeweiligen V_GS jedes der N-FETs 110–114N sein. Falls alle N-FETs 104 und 110–114N identisch sind, können dementsprechend die N-FETs 110–114N Ausgangsströme I_M-2, I_M-3 bzw. I_M-N liefern, die zu dem Referenzstrom I_REF-A identisch sind. Bei einer anderen Implementierung sind die N-FETs 110–114N möglicherweise nicht zu dem N-FET 104 identisch. Das heißt, eine Breite und/oder Längenverhältnisse der mit den N-FETs 104 und N-FETs 110–114N assoziierten Gateelektroden sind möglicherweise nicht gleich. Bei einer derartigen Implementierung können die Ausgangsströme I_M-2, I_M-3 und I_M-N von dem durch den N-FET 104 fließenden Referenzstrom I_REF-A verschieden sein. Die Ausgangsströme I_M-2, I_M-3 und I_M-N können an verschiedene, mit einem IC assoziierte Schaltungselemente geliefert werden.
Wie oben angegeben, tritt ein Durchlass-Leckstrom auf, wenn sich der Stromspiegel 100 in einem Betriebszustand befindet. Der durch jeden der N-FETs 104–114N fließende Durchlass-Leckstrom ist als I_G-I_G-N gezeigt. Wie angegeben kann der Durchlass-Leckstrom unerwünscht sein, da ein derartiger Strom einen signifikanten Spiegelungsfehler erzeugen kann, wenn die Anzahl paralleler N-FETs für das Liefern von Ausgangsströmen zunimmt. Idealerweise wäre ein von dem N-FET 104 gelieferter Ausgangsstrom I_S gleich dem Referenzstrom I_REF-A. Wegen des Durchlass-Leckstroms jedoch kann der Ausgangsstrom I_S ausgedrückt werden als: I_S = I_REF-A – I_G – I_G-1 – I_G-2 – I_G-3 – ... – I_G-N.
Dieser Ausgangsstrom I_S ist der, der von den N-FETs 106–114N gespiegelt wird. Das heißt, unter der Annahme, dass die N-FETs 106–114N zu dem N-FET 104 identisch sind, können die Ausgangsströme I_M-1, I_M-2, I_M-3 und I_M-N jeweils gleich dem Ausgangsstrom I_S sein und nicht I_REF-A, wie im Idealfall erwartet wird.
Allgemeiner ausgedrückt kann unter der Annahme, dass jeder der N-FETs 104–114N identisch ist, der gesamte Durchlass-Leckstrom ausgedrückt werden als: I_GTOTAL = (N + 1) × I_G, wobei N die Anzahl der Stromquellen ist, die das Verhalten des N-FET 104 spiegeln. Deshalb kann der Ausgangsstrom I_S vereinfacht werden als: I_S = I_REF-A – I_GTOTAL.
Der in 1 dargestellte Stromspiegel 100 kann so konfiguriert sein, dass er einen Durchlass-Leckstrom kompensiert. Um eine Durchlass-Leckstromkompensation zu realisieren, kann eine Stromquelle, die das Verhalten des N-FET 104 spiegelt, als eine Anordnungskopie 116 implementiert sein. Bei einer Implementierung kann die Anordnungskopie 116 den N-FET 106 und die nachfolgende Referenzstromquelle 108, an V_DD gekoppelt, enthalten. Die nachfolgende Referenzstromquelle 108 kann einen Referenzstrom I_REF-B liefern. Ein Operationsverstärker 118, der bei einer Implementierung ein Transkonduktanzverstärker (OTA) ist, kann zwischen die Referenzstromquellen 102 und 108 gekoppelt sein. Ein Ausgang des Verstärkers 118 kann an einen Knoten N1 gekoppelt sein. Ein erster Eingang des Verstärkers kann an einen Knoten N2 gekoppelt sein, und ein zweiter Eingang davon kann an eine Referenzspannung V_REF gekoppelt sein.
Die Betriebscharakteristika, die gestatten, dass die Anordnungskopie 116 und der Operationsverstärker 118 einen Durchlass-Leckstrom kompensieren, sind nachfolgend beschrieben. Die nachfolgende Referenzstromquelle 108 kann implementiert sein, den Referenzstrom I_REF-B zu liefern, der im Wesentlichen gleich dem von der Referenzstromquelle 102 gelieferten Referenzstrom I_REF-A ist. Das Stromspiegelideal (z. B. kein Durchlass-Leckstrom), wäre der Ausgangsstrom I_M-1 gleich dem von der nachfolgenden Referenzstromquelle 108 gelieferten Referenzstrom I_REF-B. In einem derartigen idealen Fall kann zudem eine an dem Knoten N1 auftretende Spannung gleich der an dem Knoten N2 auftretenden Spannung sein. Tatsächlich ist jedoch wegen des Durchlassstrom-Gesamtleckstroms I_GTOTAL der Ausgangsstrom I_S möglicherweise nicht der gleiche Stromwert wie der von der Referenzstromquelle 102 erzeugte Referenzstrom I_REF. Somit kann die an dem Knoten N1 auftretende Spannung auf einen Wert einschwingen, der von der an dem Knoten N2 auftretenden Spannung verschieden ist. Insbesondere ist, wie der Durchschnittsfachmann versteht, der N-FET 104 wie eine Diode vorgespannt. Nachdem ein Strom durch den N-FET 104 fließt, kann dementsprechend die an dem Knoten N1 auftretende Spannung V_GS des N-FET 104 entsprechen. Weil der Ausgangsstrom I_S durch ein Ausmaß des Durchlassstrom-Gesamtleckstroms I_GTOTAL reduziert sein kann, kann die an dem Knoten N1 auftretende Spannung als direktes Ergebnis des Durchlassstrom-Gesamtleckstroms I_GTOTAL niedriger sein. Allgemein kann der Durchlasstrom-Gesamtleckstrom I_GTOTAL bewirken, dass die an dem Knoten N1 auftretende Spannung niedriger ist als die an dem Knoten N2 auftretende Spannung.
Bei einer Implementierung kann der Operationsverstärker 118 so implementiert sein, dass er die an dem Knoten N1 auftretende Spannung mit dem Ziel höher setzt, ein Spannungsgleichgewicht oder einen ausgeglichenen Zustand an den Knoten N1 und N2 zu erreichen. Das heißt, der Operationsverstärker 118 kann implementiert sein, die Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung V_REF und der am Knoten N2 auftretenden Spannung zu minimieren. Deshalb kann der Wert der Referenzspannung V_REF derart gewählt werden, dass ein von dem Operationsverstärker 118 generierter Verstärkerstrom I_AMP die an dem Knoten N1 auftretende Spannung so setzt, dass sie gleich einer am Knoten N2 auftretenden Spannung ist. Bei einer Implementierung kann der Wert V_REG derart gewählt werden, dass der von dem Operationsverstärker 118 generierte Verstärkerstrom I_AMP im Wesentlichen gleich dem Durchlassstrom-Gesamtleckstrom I_GTOTAL des Stromspiegels 100 ist. Allgemein ist der von dem Operationsverstärker 118 generierte Verstärkerstrom I_AMP ein Stromwert, der im Wesentlichen der folgenden Gleichung genügt: I_AMP + I_S = I_REF-A.
Gemäß dem Obengesagten liefern die Anordnungskopie 116 und der Operationsverstärker 118 eine Rückkopplungsschleifenanordnung, die einen Strom generieren kann, der eine Differenz zwischen dem Ausgangsstrom I_S, der durch den Durchlassstrom-Gesamtleckstrom I_GTOTAL des Stromspiegels 100 reduziert sein kann, und dem von der Referenzstromquelle 102 gelieferten Referenzstrom I_REF-A ausgleicht. Wie anhand des Obengesagten zu verstehen ist, kann die Rückkopplungsschleifenanordnung Variationen des Durchlassstrom-Leckstroms kompensieren, die durch Variationen bei Prozess, Temperatur, Versorgung und dergleichen verursacht oder indirekt verursacht werden.
Der hinsichtlich des Durchlass-Leckstroms kompensierte Stromspiegel 100 wurde so dargestellt und beschrieben, wie er mit N-FET-Bauelementen implementiert ist. Die zum Kompensieren einer Gateleckstelle in dem Stromspiegel 100 verwendeten gleichen Durchlass-Leckstromtechniken lassen sich jedoch auch auf Stromspiegel anwenden, die P-FET-Bauelemente implementieren, und Spiegel, die unter Verwendung von anderen Bauelementen oder Schaltungsanordnungen implementiert werden.
2 ist eine Schaltplandarstellung einer beispielhaften Stromquelle 200, die zum Generieren eines Referenzstroms verwendet werden kann. Die Stromquelle 200 kann zum Realisieren der in 1 dargestellten Referenzstromquellen 102 und 108 verwendet werden. Die Stromquelle 200 kann so konfiguriert sein, dass sie einen P-FET 202 enthält. Eine Sourceelektrode des P-FET 202 kann an V_DD gekoppelt sein. Eine Gateelektrode des P-FET 202 kann an eine Spannungsbiasquelle 204 gekoppelt sein. Die Spannungsbiasquelle 204 kann eine Spannung generieren, die den P-FET 202 vorspannt.
Einzelheiten von beispielhaften Prozeduren sind unten beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass je nach den Umständen bestimmte Handlungen nicht in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden brauchen und modifiziert sein können und/oder ganz entfallen können.
3 zeigt eine beispielhafte Prozedur 300 zum Kompensieren eines Durchlass-Leckstroms. Die beispielhafte Prozedur 300 kann von dem in 1 dargestellten, hinsichtlich eines Durchlass-Leckstroms kompensierten Stromspiegel 100 durchgeführt werden. Zudem kann die Prozedur 300 von anderen Schaltungsanordnungen implementiert werden, die so ausgelegt sind, dass eine Durchlass-Leckstromkompensation gemäß den hierin offenbarten Implementierungen bereitgestellt wird.
Bei Handlung 302 wird eine mit einer ersten Stromspiegelstufe assoziierte erste Spannung detektiert. Beispielsweise kann eine Spannung an dem Knoten N1 detektiert oder bestimmt werden. Bei Handlung 304 wird eine mit einer zweiten Stromspiegelstufe assoziierte zweite Spannung detektiert. Beispielsweise kann eine Spannung an dem Knoten N2 detektiert und bestimmt werden. Bei Handlung 306 wird die Spannung an dem Knoten N1 so gesetzt, dass sie im Wesentlichen gleich der am Knoten N2 detektierten Spannung ist.
In Handlung 304 kann die zweite Stromspiegelstufe eine Kopie der ersten Stromspiegelstufe sein. Sowohl die erste als auch die zweite Stromspiegelstufe können eine an eine Drainelektrode eines Transistors gekoppelte Referenzstromquelle enthalten, wobei die Referenzstromquellen und die Transistoren im Wesentlichen die gleichen sind. In Handlung 306 kann das Setzen der Spannung an dem Knoten N1 das Liefern eines Stroms an den Knoten N1 beinhalten, der im Wesentlichen gleich einem mit der ersten Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Durchlass-Leckstrom ist. Weiterhin kann in Handlung 306 der Strom durch einen OTA wie etwa den Verstärker 118 geliefert werden.
Für die Zwecke dieser Offenbarung und der Ansprüche, die folgen, wurden die Ausdrücke „gekoppelt” und „verbunden” verwendet, um zu beschreiben, wie verschiedene Elemente angebunden sind. Ein derartiges beschriebenes Anbinden von verschiedenen Elementen kann entweder direkt oder indirekt sein. Wenngleich der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifisch ist, ist zu verstehen, dass der in den beigefügten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr werden die spezifischen Merkmale und Handlungen als bevorzugte Formen des Implementierens der Ansprüche offenbart. Die in dieser Offenbarung beschriebenen spezifischen Merkmale und Handlungen und Variationen dieser spezifischen Merkmale und Handlungen können separat implementiert oder kombiniert werden.

Claims

Vorrichtung, umfassend: einen ersten Transistor zum Liefern eines Ausgangsstroms; eine Schaltungskopie mit einem an eine Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor, wobei die Stromquelle einen Referenzstrom im Wesentlichen gleich einem anderen, von dem ersten Transistor empfangenen Referenzstrom generieren soll; und eine Schaltung, die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelt ist, wobei die Schaltung einen Strom liefern soll, der eine Differenz zwischen dem Ausgangsstrom und dem anderen Referenzstrom ausgleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine weitere Stromquelle zum Liefern des anderen Referenzstroms.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelte Schaltung ein Operationsverstärker ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Operationsverstärker einen Ausgang, gekoppelt an einen ersten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des ersten Transistors und einem Ausgang einer anderen Stromquelle zum Liefern des anderen Referenzstroms, einen ersten Eingang, gekoppelt an einen zweiten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des zweiten Transistors und einem Ausgang der Stromquelle, und einen zweiten Eingang, gekoppelt an eine Referenzspannung, enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Strom eine erste Spannung setzt, damit sie im Wesentlichen gleich einer zweiten Spannung ist, wobei die erste Spannung an dem ersten Knoten anliegt und die zweite Spannung an dem zweiten Knoten anliegt, wobei die Referenzspannung auf einen Spannungswert eingestellt ist, der es dem Operationsverstärker ermöglicht, die erste Spannung so zu setzen, dass sie im Wesentlichen gleich der zweiten Spannung ist.
Vorrichtung, umfassend: eine Stromquelle zum Liefern eines Referenzstroms; einen ersten Transistor zum Liefern eines Ausgangsstroms auf der Basis des Referenzstroms und eine Schaltung, die an einen zwischen der Stromquelle und dem ersten Transistor definierten Knoten gekoppelt ist, wobei die Schaltung einen Strom an den Knoten liefert, der einem mit dem ersten Transistor assoziierten Durchlass-Leckstrom mindestens im Wesentlichen gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der von der Schaltung gelieferte Strom, summiert mit dem Durchlass-Leckstrom, im Wesentlichen gleich dem von der Stromquelle gelieferten Referenzstrom ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Schaltung ein Transkonduktanzverstärker (OTA – Operational Transconductance Amplifier) ist, wobei der OTA den Strom liefern soll auf der Basis eines Spannungspegels, der in einer Schaltungskopie angetroffen wird, einschließlich einer anderen Stromquelle, die im Wesentlichen gleich der Stromquelle ist, und eines zweiten Transistors, der im Wesentlichen gleich dem ersten Transistor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der OTA einen an den Knoten gekoppelten Ausgang, einen an einen anderen, zwischen der anderen Stromquelle und dem zweiten Transistor definierten Knoten gekoppelten ersten Eingang und einen an eine Spannungsreferenz gekoppelten zweiten Eingang enthält, wobei der an dem Ausgang des OTA generierte Strom zum Setzen einer Spannung an dem Knoten höher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der auf dem Ausgang des OTA gelieferte Strom die Spannung an dem Knoten auf einen Pegel setzt, der einer anderen Spannung an dem anderen Knoten im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren, umfassend: Detektieren einer ersten Spannung, die mit einer ersten Stromspiegelausgangsstufe assoziiert ist; und Detektieren einer zweiten Spannung, die mit einer zweiten Stromspiegelausgangsstufe assoziiert ist, wobei die zweite Stromspiegelausgangsstufe eine kopierte Version der ersten Stromspiegelausgangsstufe ist; Antreiben der ersten Spannung, so dass sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: in der ersten Stromspiegelausgangsstufe das Bereitstellen einer ersten Referenzstromquelle und eines ersten Transistors mit einer an einen Ausgang der ersten Referenzstromquelle gekoppelten Drainelektrode, wobei die kopierte Version der ersten Stromspiegelausgangsstufe eine zweite Referenzstromquelle und einen zweiten Transistor enthält, die der ersten Referenzstromquelle und dem ersten Transistor im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Setzhandlung das Liefern eines Stroms zum Setzen der ersten Spannung beinhaltet, so dass sie der zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strom einem mit der ersten Stromspiegelausgangsstufe assoziierten Durchlass-Leckstrom im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Setzhandlung weiterhin das Bereitstellen eines Transkonduktanzverstärkers (OTA) zum Liefern des Stroms beinhaltet.
Vorrichtung, umfassend: einen ersten Transistor zum Liefern eines Ausgangsstroms; eine Schaltungskopie mit einem an eine Stromquelle gekoppelten zweiten Transistor, wobei die Stromquelle einen Referenzstrom im Wesentlichen gleich einem anderen, von dem ersten Transistor empfangenen Referenzstrom generieren soll; und eine Schaltung, die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelt ist, wobei die Schaltung einen Strom liefern soll, der eine erste Spannung so setzt, dass sie einer zweiten Spannung im Wesentlichen gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, weiterhin umfassend eine weitere Stromquelle zum Liefern des anderen Referenzstroms.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die an den ersten und zweiten Transistor gekoppelte Schaltung ein Operationsverstärker ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Operationsverstärker einen Ausgang, gekoppelt an einen ersten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des ersten Transistors und einem Ausgang einer anderen Stromquelle zum Liefern des anderen Referenzstroms, einen ersten Eingang, gekoppelt an einen zweiten Knoten, definiert zwischen einer Drainelektrode des zweiten Transistors und einem Ausgang der Stromquelle, und einen zweiten Eingang, gekoppelt an eine Referenzspannung, enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die erste Spannung an dem ersten Knoten anliegt und die zweite Spannung an dem zweiten Knoten anliegt, wobei die Referenzspannung auf einen Spannungswert eingestellt ist, der es dem Operationsverstärker ermöglicht, die erste Spannung so zu setzen, dass sie im Wesentlichen gleich der zweiten Spannung ist.