DE2840740C2 - MOS-integrierte Konstantstromquelle - Google Patents

MOS-integrierte Konstantstromquelle

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DE2840740C2
DE2840740C2 DE19782840740 DE2840740A DE2840740C2 DE 2840740 C2 DE2840740 C2 DE 2840740C2 DE 19782840740 DE19782840740 DE 19782840740 DE 2840740 A DE2840740 A DE 2840740A DE 2840740 C2 DE2840740 C2 DE 2840740C2
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DE19782840740
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Peter Dipl.-Ing. 8000 München Jiru
Heinrich Dipl.-Phys. Kessler
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • 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
    • G05F3/24—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
    • G05F3/242—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
    • G05F3/247—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the supply voltage

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Description

Die Erfindung betrifft eine MOS-integrierte Konstantstromquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentan-Spruches 1.
Eine solche MOS-integrierte Konstantstromquelle ist •us der DE-OS 24 38 255 bekannt Dort ist jedoch über die Steilheit der mit ihren Source-Drain-Strecken in Reihe geschalteten MOS-Transistoren nichts ausgesagt, so daß eine möglichst weitgehende Unabhängigkeit des Ausgangsstromes von der Ausgangsspannung nicht ohne weiteres gewährleistet ist.
Es ist weiterhin in der älteren deutschen Patentanmeldung gemäß der DE-OS 28 32 155 eine MOS-integrierte KonstantMromquelle vorgeschlagen worden, die ebenfalls die Merkmale nach der vorgenannten DE-OS 38 255 besitzt. Auch dabei tritt das Problem der Abhängigkeit des Ausgangsstromes von der Ausgangsspannung auf. SS
Eine Konstantstromquelle der in der DE-OS 38 255 beschriebenen Art ist auch aus der Zeitschrift »IEEF. J. of Solid-State Circuits«. Juni 1976, Seiten 408 bis410bekannt.
Schließlich sind aus der DE-OS 25 48 457 Spannungsteiler an sich bekannt, welche zur Einstellung der Potentiale an den Steuerelektroden (Gates) der mit ihren gesteuerten Source-Drain-Strecken in Reihe geschalteten MOS-Transistoren geeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer MOS-integrierten Konstantstromquelle der eingangs genannten Art die Abhängigkeit des Ausgangsstromes von der Ausgangsspannung zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt
Fig. i eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konstantstromquelle und
Fig.2 eine zum Stand der Technik zählende Ausführungsform zur Einstellung der Gate-Potentiale für die Konstantstromquellen-Transistoren.
Gemäß F i g. 1 enthält eine erfindungsgemäße Konstantstromquelle zwei MOS-Transistoren Tj und T2, die vorzugsweise Enhancement-Transistoren sind und mit ihren Source-Drain-Strecken in Reihe geschaltet sind. Die Source S des Transistors Ti liegt an Bezugspotential, während die Drain D des Transistors T2 in einem Ausgang der Konstantstromquelle mit der Spannung U1 liegt Die beiden Gates der Transistoren Ti und Tz liegen an jeweils einem festen Potential Uc 1 bzw. Uc 2.
Zweck einer derartigen Konstantstromquelle ist es, unabhängig von Schwankungen der Spannung LU am Ausgang einen konstanten Strom über die beiden Transistoren 7Ί und Ti fließen zu lassen. Ein praktischer Anwendungsfall ist z. B. in Fällen gegeben, in denen die Spannung an einem Kondensator gemessen werden soll. Der Kondensator entlädt sich dabei mit konstantem Strom über die beicen Transistoren 7Ί und 7}, so daß sich ein linearer Entladevorgang ergibt und die Ladezeit damit ein Maß für die Kondensatorspannung ist
Bei der erfindungsgemäßen Konstantstromquelle wird der Strom über den Transistor T2 bei festgehaltenem Gate-Potential Uc2 durch eine Spannung Uo an einen Verbindungspunkt 1 der beiden Transistoren sowie von der Ausgangsspannung U1 bestimmt Eine Änderung der Ausgangsspannung U3 bewirkt eine Änderung der Spannung Uo und damit eine Änderung des Ausgangsstromes. Diese Änderung wird jedoch um so geringer, je größer die Steilheit und damit die Leitfähigkeit des Transistor« 7} in Verhältnis zum Transistor 7Ί ist. Durch Wahl der Steilheit und damit der Leitfähigkeit über eine entsprechende Einstellung der Kanalbreite des Transistors Ti gegenüber dem Transistor Ti kann die Abhängigkeit des Ausgangsstromes von der Ausgangsspannung verringert werden, ohne daß sich der Flächenbedarf in nachteiliger Weise erhöht.
Die Gate-Potentiale UG\ und Ua werden so eingestellt, daß sie möglichst geringfügig von einer sie erzeugenden Versorgungsspannung abhängen und daß sie möglichst niedrig liegen, damit die beiden Stromquellen-Transistoren Ti und 7"? bis zu einer möglichst kleinen Ausgangsspannung U, gesättigt bleiben.
Dies wird, wie in der älteren Anmeldung gemäß der DE-OS 28 32 155 beschrieben, gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig.2 durch zwei Spannungsteiler erreicht, welche durch jeweils einen als Widerstand geschalteten MOS-Transistor und einen als Diode geschalteten MOS-Transistor gebildet sind und an einer Versorgungsspannung Udo liegen. Die Spannungsteiler werden vorzugsweise durch jeweils einen Lasttransistor Tt bzw. Tb vom Depletion-Typ (Widerstand) und zwei dazu in Reihe liegende Transistoren T) bzw. Γ5 vom Enhancement-Typ (Diode) gebildet. Die Potentiale Uc 1 und Ug2 werden so gewählt, daß ihre Summe in der Größenordnung der kleinsten vorkommenden Spannung am Stromquellenausgang U, liegt. Für einen Ausgangsspannungsbereich mit einer unteren Grenze
von U3 (ca. 1,5 Volt) können die beiden obengenannten Bedingungen für die Gate-Potentiale Uc \ und UCj beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß Ug \ bei etwa UrEQ+ ' Volt liegt. Dabei bedeutet Uteq die Einsatzspannung der Enhancement-Transistoren Tj und Ts bei einer Substratvorspannung von 0 VoIl Damit ist dann die Sättigung dei Stromquellen-Transistoren Ti und T2 bi^ zur unteren Grenze der Ausgangsspannung gewährleistet
Wenn die Kan.% Hängen der Lasttransistoren Ti und Ti, in drfi Spannungsteilern entsprechend groß gewählt werden, so hangen die Gate-Potentiale UG\ und Ua praktisch nicht mehr von der Versorgungsspannung UDD ab.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel werden die Kanalbreiten W und die Kanallängen L der Transistoren Ti bis Tt, folgendermaßen gewählt:
20 um 40 pm
20 pm 10 pm
80 pm 10 pm
10 pm 80 pm
20 pm 10 pm
10 pm 40 pm
T-
Ά
Ά
T6
Damit werden die- für eins Versorgungsspannung Udo von 17 Volt und einem Ausgangsstrom von etwa 035 μΑ bei Schwankungen der Ausgangsspannung U3 zwischen 3 und 10 Volt eine Stromschwankung von etwa ±0,03% und bei einer Schwankung der Versorgungsspannung Udo zwischen 14 und 17VoIt eine Stromschwankung von etwa ±0,05% erhalten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. MOS-integrierte KonstantstromqueUu mit einem ersten und einem zweiten MOS-Transistor, deren gesteuerte Source-Drain-Strecken in Reihe geschaltet sind und die durch jeweils mit festem Potential au ihren Steuerelektroden (Gates) in Sättigung betrieben sind, wobei die dem zweiten MOS-Transistor abgewandte Elektrode der gesteuerten Source-Drain-Strecke des ersten MOS-Transistors an einem festen Potential liegt und die dem ersten MOS-Transistor abgewandte Elektrode der gesteuerten Source-Drain-Strecke des zweiten MOS-Transistors an den Stromquellenausgang geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit des zweiten MOS-Transistors (Ti) größer als die des ersten MOS-Transistors (Ti) ist
2. MOS-integrierte Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit des zweiten MOS-Transistors (Ti) durch Wahl von dessen Kanalbreite eingestellt ist.
3. MOS-integricrtc Konstantstrorr.queüe nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Transistoren (Ti, T2) Enhancement-Transistoren sind und daß der erste MOS-Transistor (Ti) mit seiner Source (S) an Bezugspotential (Masse) liegt.
4. MOS-integrierte Konstantstromquelle nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der festen Potentiale an den Steuerelektroden der MOS-Transistoren in der Größenordni-ng der kleinsten vorkommenden Spannung (UJ am Stromquell^nausgang liegt
35
DE19782840740 1978-09-19 1978-09-19 MOS-integrierte Konstantstromquelle Expired DE2840740C2 (de)

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FR7922662A FR2437028A1 (fr) 1978-09-19 1979-09-11 Source de courant constant integree selon la technique mos
JP11997979A JPS5543699A (en) 1978-09-19 1979-09-18 Mossintegrated constant current source

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DE2840740A1 (de) 1980-03-20
FR2437028A1 (fr) 1980-04-18
FR2437028B1 (de) 1983-06-24
JPS5543699A (en) 1980-03-27

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