DE69727349T2

DE69727349T2 - Spannungsreferenzquelle mit niedrigem Versorgungsspannungsbereich und aktivem Feedback für PLL

Info

Publication number: DE69727349T2
Application number: DE69727349T
Authority: DE
Inventors: Shuran Bloomington Wei; Alan Minneapolis Fiedler; Paul Inner Grove Heights Torgerson
Original assignee: LSI Logic Corp
Current assignee: LSI Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: EP0829797A2; DE69727349D1; US5694033A; EP0829797A3; EP0829797B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Stromreferenzschaltungen und zum Beispiel eine Stromreferenzschaltung mit niedriger Versorgungsspannungsempfindlichkeit, die mit einer sehr niedrigen Versorgungsspannung arbeitet.
Stromreferenzschaltungen werden in vielen Anwendungen, einschließlich phasensynchronisierte Schleifen (PLLs), verwendet. Stromreferenzschaltungen arbeiten vorzugsweise bei niedriger Spannung und stellen vorzugsweise einen Referenzstrom bereit, der relativ unempfindlich gegenüber Versorgungsspannungsänderungen ist. Fortschritte in der Herstellungstechnologie für integrierte Halbleiterschaltkreise gestatten eine zunehmende Verkleinerung der Geometrie von Schaltkreiselementen, so dass mehr Elemente auf einen einzigen integrierten Schaltkreis passen. Versorgungsspannungen werden verringert, um die Gesamtleistungsaufnahme zu senken und eine Beschädigung von Elementen, die kleine Strukturabmessungen aufweisen, zu verhindern. Spannungsquellen werden jetzt zum Beispiel von 5,0 Volt auf 3,3 Volt und von 3,3 Volt auf 2,5 Volt und darunter verringert.
Die Verringerung der Versorgungsspannung stellt eine Herausforderung bei der praktischen Ausführung von traditionellen Schaltkreiskonfigurationen wie etwa einer Stromreferenzschaltung dar, da die Versorgungsspannung groß genug sein muss, um die erforderlichen Schwellenspannungen der Transistoren in der Schaltung bereitzustellen. G. Alvared et al., "A Wide-Bandwidth Low-Voltage PLL for PowerPC^TM Microprocessors" (Eine Niederspannungs-PLL mit großer Bandbreite für PowerPC^TM-Mikroprozessoren) IEEE J. Solid-State Circuits (Halbleiterschaltkreise), Band 30, Nr. 4, S. 383–92 (April 1995) offenbart eine Stromreferenzschaltung, die aus einem Paar P+ bis nwell-Dioden, für die ein Verhältnis festgelegt ist, einem Paar NMOS-Transistoren, für die ein Verhältnis festgelegt ist, einer PMOS-Stromspiegellast und einer Anlaufschaltung gebildet wird. Obwohl diese Stromreferenzschaltung mehrere Vorteile aufweist, hat sie eine relativ große Empfindlichkeit gegenüber Versorgungsspannungsänderungen und benötigt eine Versorgungsspannung von mehr als 2,0 Volt. Folglich kann die Schaltung nicht bei den neuesten, modernsten Verfahrenstechnologien eingesetzt werden, die Versorgungsspannungen von weniger als 2,0 Volt benötigen.
Es besteht ein ständiger Bedarf an verbesserten Stromreferenzschaltungen mit geringer Empfindlichkeit gegenüber Versorgungsspannungsänderungen, die bei sehr niedrigen Versorgungsspannungen arbeiten.
Es kann auf US 4 689 581 verwiesen werden, wo ein integriertes Schaltkreiselement einschließlich Zeitgebervorrichtung beschrieben wird, die so angeordnet ist, dass sie Zeitsignale erzeugt, deren Frequenz ein Vielfaches der Frequenz eines Taktsignals beträgt. Die Zeitgebervorrichtung, die eine phasensynchronisierte Schleife aufweist, wird auf einem einzigen Chip gebildet, und es wird gesagt, dass keine externen Bauteile erforderlich sind. Die phasensynchronisierte Schleife umfasst eine Konverter- und Filterschaltung, wobei der Konverter zwei Transistorstromquellen umfasst, deren Stromstärke durch eine Stromreferenzschaltung bestimmt wird, die Stromspiegeltransistoren umfasst. Die Stromquellen werden durch Erhöhen- und Senken-Ausgangssignale von einem Phasen- und Frequenzkomparator gesteuert, so dass das Ausgangssignal des Konverters vom Impulstastverhältnis der Komparatorausgangssignale abhängig ist. Das Ausgangssignal des Konverters wird gefiltert und dann als Steuerspannung einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt. Das Oszillatorausgangssignal wird mittels eines Teilers dem Phasenkomparator zugeführt und stellt auch ein hochfrequentes Eingangszeitsignal für ein Logikelement wie etwa einen Mikrocomputer bereit. Da die Zeitgebervorrichtung unter Verwendung von MOS- Technologie hergestellt wird, kann ihre Leistung nicht genau vorausgesagt werden. Von der Zeitgebervorrichtung wird gesagt, dass sie ohne weiteres Trimmen die Stabilität eines geschlossenen Regelkreises aufweist. Um jedoch abzusichern, dass diese Stabilität eines geschlossenen Regelkreises immer erzielt werden kann, können weitere Bauteile zum Ändern der Schaltungsparameter bereitgestellt werden, wobei diese Bauteile durch programmierbare Schalter wie etwa Laser-Fuses in die Schaltung eingebunden werden können.
Es kann auch auf US 4 890 052 verwiesen werden, wo eine temperaturkonstante Gm-Stromreferenzschaltung beschrieben wird, die auch über die Schaltung spannungsunabhängig ist. Die Stromreferenzschaltung umfasst einen Stromkreis zum Anlegen einer im wesentlichen identischen Spannung an eine Halbleiterdiode ebenso wie an einen Abzweigstromkreis, der einen Polysiliziumwiderstand mit vorgegebenem Dotierungsniveau in Reihe mit mehreren parallel angeschlossenen, Strom führenden Einrichtungselementen, vorzugsweise in Form eines Mehrelektrodentransistors aufweist. In der bevorzugten Ausführungsform sind acht bis zwölf dieser Strom führenden Einrichtungselemente erforderlich.
Besondere und bevorzugte Aspekte der Erfindung werden in den angefügten unabhängigen und abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Eine Stromreferenzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Stromspiegeltransistor mit einem Gate, das an einen ersten Feedbackknoten gekoppelt ist, eine Source, die an einen ersten Versorgungsanschlusspunkt gekoppelt ist, und einen Drain, der einen ersten Referenzknoten bildet. Ein zweiter, Stromspiegeltransistor hat ein Gate, das an den ersten Feedbackknoten gekoppelt ist, eine Source, die an den ersten Versorgungsanschlusspunkt gekoppelt ist, und einen Drain, der einen zweiten Referenzknoten bildet. Ein dritter Transistor hat ein Gate, das an einen zweiten Feedbackknoten gekoppelt ist, eine Source, die an einen zweiten Versorgungsanschlusspunkt gekoppelt ist, und einen Drain, der an den ersten Referenzknoten gekoppelt ist. Ein vierter Transistor hat ein Gate, das an den zweiten Feedbackknoten gekoppelt ist, eine Source, die an den zweiten Versorgungsanschlusspunkt gekoppelt ist, und einen Drain, der an den zweiten Referenzknoten gekoppelt ist. Ein erster Operationsverstärker hat einen ersten Eingang, der an den ersten Referenzknoten gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an einen Vormagnetisierungsknoten gekoppelt ist, und einen Ausgang, der den ersten Feedbackknoten bildet. Ein zweiter Operationsverstärker hat einen ersten Eingang, der an den zweiten Referenzknoten gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der an den Vormagnetisierungsknoten gekoppelt ist, und einen Ausgang, der den zweiten Feedbackknoten bildet.
In einer Ausführungsform umfasst die Stromreferenzschaltung weiterhin einen Vormagnetisierungsgenerator mit einem fünften, Stromspiegeltransistor und einem sechsten, Vormagnetisierungstransistor. Der fünfte, Stromspiegeltransistor hat ein Gate, das an den ersten Feedbackknoten gekoppelt ist, eine Source, die an den ersten Versorgungsanschlusspunkt gekoppelt ist, und einen Drain. Der sechste, Vormagnetisierungstransistor hat ein Gate und einen Drain, die an den Drain des fünften, Stromspiegeltransistors und an den Vormagnetisierungsknoten gekoppelt sind, und hat eine Source, die an den zweiten Versorgungsanschlusspunkt gekoppelt ist. Der sechste, Vormagnetisierungstransistor bestimmt die Spannung auf dem Vormagnetisierungsknoten und bestimmt dadurch den Betriebszustand der Stromreferenzschaltung.
Die Operationsverstärker sind aktive Feedbackelemente, durch die die Stromreferenzschaltung bei einer sehr niedrigen Versorgungsspannung arbeiten kann und eine sehr niedrige Eingangsoffsetempfindlichkeit gegenüber Versorgungsspannungsänderungen aufweist. Wenn die Versorgungsspannung ansteigt, tendieren die Spannungen auf dem ersten und zweiten Referenzknoten dazu, in bezug auf die Spannung des Vormagnetisierungsknotens leicht anzusteigen. Die Operationsverstärker erfassen die Spannungsdifferenz und regeln die Spannungen auf den Feedbackknoten ein, um die Betriebszustände des ersten und zweiten Spiegeltransistors einzustellen und führen dadurch die Spannungen auf dem ersten und zweiten Referenzknoten wieder zurück.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend nur anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine schematische Darstellung einer Spannungsreferenz entsprechend dem Stand der Technik ist.
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Stromreferenzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
3 eine schematische Darstellung eines Operationsverstärkers ist, der in der Stromreferenzschaltung zur Anwendung kommt, die in 2 dargestellt ist.
4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Operationsverstärkers ist, der in der Stromreferenzschaltung zur Anwendung kommt, die in 2 dargestellt ist.
1 ist eine schematische Darstellung einer Stromreferenzschaltung in bekannter Ausführung. Die Stromreferenzschaltung 10 umfasst die Versorgungsspannungsanschlusspunkte VDD und GND, die PMOS-Stromspiegellasttransistoren MP1 und MP2, ein Paar von NMOS-Transistoren MN1 und MN2, für die ein Verhältnis festgelegt ist, und ein Paar von Dioden D1 und D2. Die Transistoren MP1 und MP2 sind zusammengeschaltet, um einen Stromspiegel zu bilden, der die im wesentlichen gleichen Ströme I1 und I2 durch die Knoten N1 beziehungsweise N2 erzeugt. Für die Transistoren MN1 und MN2 ist ein Verhältnis in bezug aufeinander festgelegt, so dass die Gatelänge des Transistors MN1 größer als die Gatelänge des Transistors MN2 ist und/oder die Gatebreite des Transistors MN2 größer als die Gatebreite des Transistors MN1 ist. Eine Anlaufschaltung (nicht dargestellt) speist einen Strom in den Knoten N1 ein, um einen Stromfluss in der Referenzschaltung zu bewirken. Ein weiterer Stromspiegeltransistor kann an die Transistoren MN1 und MN2 gekoppelt werden, um entweder den Strom I1 oder I2 als Referenzstrom auf eine Endstufe zu spiegeln.
Die Stromreferenzschaltung 10 benötigt eine relativ große Mindestversorgungsspannung um die Transistoren in der Schaltung einzuschalten. Die Mindesteinschaltspannung am Gate des Transistors MP2 beträgt VGS,MP2,MIN = VT,MP2 + VDS,SAT,MP2 Gleichung 1wobei V_T,MP2 die Gate-zu-Source-Schwellenspannung des Transistors MP2 ist und V_DS,SAT,MP2 die Drain-zu-Source-Sättigungsspannung des Transistors MP2 ist.
Werden die Spannungsabfälle im rechten Abzweig der Schaltung betrachtet, ist die Mindestversorgungsspannung VDD_MIN, die benötigt wird, um den Transistor MP2 einzuschalten und folglich den Abzweig zu betreiben, gleich der Gate-zu-Source-Spannung V_GS,MP2,MIN des Transistors MP2 plus Drain-zu-Source-Sättigungsspannung V_DS,SAT,MN2 des Transistors MN2 plus Spannungsabfall V_D2 über die Diode D2. Wird folglich die rechte Seite der Gleichung 1 für V_GS,MP2,MIN eingesetzt, VDDMIN = VDS,SAT,MP2 + VT,MP2 + VDS,SAT,MN2 + VD2 Gleichung 2die in einer Ausführungsform ergibt, VDDMIN = 0,3 + 0,9 + 0,3 + 0,5 = 2,0 Gleichung 3
Da die Mindestversorgungsspannung 2,0 Volt beträgt, kann die Stromreferenzschaltung 10, die in 1 dargestellt ist, nicht in modernen Herstellungsverfahren angewandt werden, bei denen die Versorgungsspannung unter 2,0 Volt liegt.
Die Stromreferenzschaltung 10 ist auch relativ empfindlich gegenüber Versorgungsspannungsänderungen. Die Spannung auf dem Referenzknoten N2 tendiert dazu, VDD-Änderungen zu folgen, wodurch ein Ungleichgewicht zwischen den Spannungen an den Knoten N1 und N2 und folglich zwischen den Strömen durch die Dioden D1 und D2 geschaffen wird. Die Ströme I1 und I2 können sich beispielsweise um bis zu 50% pro Volt Versorgungsspannungsänderung ändern.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Stromreferenzschaltung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Stromreferenzschaltung 50 umfasst einen Vormagnetisierungsgenerator 52, einen Referenzgenerator 54 und einen Ausgangskreis 56. Der Vormagnetisierungsgenerator 52 umfasst den P-Kanal-Stromspiegeltransistor MP3 und den N-Kanal-Vormagnetisierungstransistor MN3. Der Stromspiegeltransistor MP3 umfasst eine Source, die an den Versorgungsanschlusspunkt VDD gekoppelt ist, ein Gate, das an einen Feedbackknoten FB1 gekoppelt ist, und einen Drain, der an den Drain und das Gate des Vormagnetisierungstransistors MN3 gekoppelt ist. Die Source des Vormagnetisierungstransistors MN3 ist an den Versorgungsspannungsanschlusspunkt GND gekoppelt. Der Drain des Stromspiegeltransistors MP3 erzeugt einen Vormagnetisierungsstrom I_BIAS, der durch den Vormagnetisierungstransistor MN3 fließt, der eine Vorspannung V_BIAS auf dem Vormagnetisierungsknoten BIAS erzeugt. Die Spannung auf dem Vormagnetisierungsknoten BIAS bestimmt den Betriebszustand des Referenzgenerators 54.
Der Referenzgenerator 54 ähnelt der in 1 dargestellten Schaltung, insofern, als dass der Generator die P-Kanal-Stromspiegeltransistoren MP4 und MP5, die N-Kanal-Transistoren MN4 und MN5 und die Dioden D2 und D3 umfasst. Für die N-Kanal-Transistoren MN4 und MN5 muss jedoch kein Verhältnis wie für die Transistoren MN1 und MN2 festgelegt werden, und der Stromgenerator 54 umfasst weiterhin die Operationsverstärker OP1 und OP2, die ein aktives Feedback für die Stromspiegeltransistoren MP4 und MP5 beziehungsweise die Transistoren MN4 und MN5 bereitstellen. Der Stromspiegeltransistor MP4 hat ein Gate, das an den Feedbackknoten FB1 gekoppelt ist, eine Source, die an den Versorgungsanschlusspunkt VDD gekoppelt ist, und einen Drain, der an den Referenzknoten N3 gekoppelt ist. Der Stromspiegeltransistor MP5 hat ein Gate, das an den Feedbackknoten FB1 gekoppelt ist, eine Source, die an den Versorgungsanschlusspunkt VDD gekoppelt ist, und einen Drain, der an den Referenzknoten N4 gekoppelt ist. Der Transistor MN4 hat ein Gate, das an den Feedbackknoten FB2 gekoppelt ist, eine Source, die an die Diode D2 gekoppelt ist, und einen Drain, der an den Referenzknoten N3 gekoppelt ist. Die Diode D2 ist zwischen die Source des Transistors MN4 und den Versorgungsanschlusspunkt GND gekoppelt. Der Transistor MN5 hat ein Gate, das an den Feedbackknoten FB2 gekoppelt ist, eine Source, die an die Diode D3 gekoppelt ist, und einen Drain, der an den Referenzknoten N4 gekoppelt ist. Die Diode D3 ist zwischen die Source des Transistors MN5 und den Versorgungsanschlusspunkt GND gekoppelt.
Der Operationsverstärker OP1 hat einen ersten Eingang 60, der an den Referenzknoten N3 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang 62, der an den Vormagnetisierungsknoten BIAS gekoppelt ist, einen Ausgang 64, der an den Feedbackknoten FB1 gekoppelt ist, und einen Referenzspannungseingang 66, der an den Feedbackknoten FB2 gekoppelt ist. Der Operationsverstärker OP2 hat einen ersten Eingang 68, der an den Referenzknoten N4 gekoppelt ist, einen zweiten Eingang 70, der an den Vormagnetisierungsknoten BIAS gekoppelt ist, einen Ausgang 72, der an den Feedbackknoten FB2 gekoppelt ist und einen Referenzspannungseingang 74, der an den Feedbackknoten FB1 gekoppelt ist.
Ausgangskreis 56 umfasst einen P-Kanal-Stromspiegeltransistor MP6 mit einem Gate, das an den Feedbackknoten FB1 gekoppelt ist, eine Source, die an den Versorgungsanschlusspunkt VDD gekoppelt ist, und einen Drain, der an den Versorgungsanschlusspunkt GND gekoppelt ist. Strom I₃ wird als Referenzstrom I_REF in den Drain des Stromspiegeltransistors MP6 gespiegelt.
Die Stromreferenzschaltung 50 umfasst weiterhin den Transistor MN6, dessen Gate an den Vormagnetisierungsknoten BIAS und dessen Source und Drain an den Versorgungsanschlusspunkt GND gekoppelt sind. Der Transistor MN6 stellt einen Filter für den Vormagnetisierungsknoten BIAS bereit. Der Widerstand R1 und der N-Kanal-Transistor MN7 sorgen für Frequenzausgleich für den Feedbackknoten FB2. Der Widerstand R1 ist zwischen den Feedbackknoten FB2 und das Gate des N-Kanaltransistors MN7 gekoppelt. Die Source und der Drain des N-Kanal-Transistors MN7 sind an die Netzklemme GND gekoppelt. Ebenso sorgen der Widerstand R2 und der P-Kanal-Transistor MP7 für Frequenzausgleich für den Feedbackknoten FB1. Der Widerstand R2 ist zwischen den Feedbackknoten FB1 und das Gate des P-Kanal-Transistors MP7 gekoppelt. Die Source und der Drain des P-Kanal-Transistors MP7 sind an den Versorgungsanschlusspunkt VDD gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Transistoren in der Stromreferenzschaltung 50 in Metalloxid-Feldeffekt-Halbleiter(MOSFET)-Technologie ausgeführt.
Während des Betriebs nehmen die Operationsverstärker OP1 und OP2 die Vorspannung V_BIAS auf dem Vormagnetisierungsknoten BIAS an den Eingängen 62 beziehungsweise 70 auf und regeln die Spannungen auf den Feedbackknoten FB1 und FB2 ein, bis die Spannungen auf den Referenzknoten N3 und N4 und folglich den Eingängen 60 und 72 im wesentlichen gleich der Vorspannung V_BIAS sind. Ein Erhöhen oder Verringern der Spannungen auf den Feedbackknoten FB1 und FB2 ändert die Betriebszustände der Transistoren MP4 und MN5, wodurch die Drain-Source-Spannung über den Transistoren MP4 und MN5 abfällt und folglich die Spannungen auf den Referenzknoten N3 und N4.
Die Verwendung des Operationsverstärkers OP1 als aktives Feedback für den Stromspiegel, der durch die Stromspiegeltransistoren MP4 und MP5 gebildet wird, ermöglicht, dass die Stromreferenzschaltung 50 eine sehr niedrige Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Versorgungsspannung VDD aufweist. Steigt die Versorgungsspannung VDD, hält der Operationsverstärker OP1 die Spannung auf dem Referenzknoten N3 durch Einregeln der Spannung, die am Feedbackknoten FB1 anliegt, gleich der Spannung auf dem Vormagnetisierungsknoten BIAS. Ebenso hält der Operationsverstärker OP2 die Spannung auf dem Referenzknoten N4 durch Einregeln der Spannung auf dem Feedbackknoten FB2 gleich der Spannung auf dem Vormagnetisierungsknoten BIAS, um dadurch den Betriebszustand des Transistors MN5 einzustellen und dadurch den Spannungsabfall über den Transistor einzuregeln. Folglich folgen die Spannungen auf den Referenzknoten N3 und N4 nicht den Änderungen der Versorgungsspannung VDD. In der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, schwankt der Strom durch die Knoten N3 und N4 nur um 0,02% für jedes Volt der Änderung der Versorgungsspannung VDD.
Ein Erhöhen oder Verringern der Spannung des Feedbackknotens FB1 hat dieselbe Wirkung auf den Betrieb der Stromspiegeltransistoren MP3, MP5 und MP6. Die Vorspannung, die durch den Vormagnetisierungstransistor MN3 bereitgestellt wird, ist folglich auch unempfindlich gegenüber Änderungen der Versorgungsspannung VDD. Mit steigender Versorgungsspannung VDD regelt der Operationsverstärker OP1 die Spannung auf dem Feedbackknoten FB1 ein, die den Betriebszustand des Transistors MP3 auf ähnliche Weise wie Transistor MP4 einstellt, um dadurch die Vorspannung auf dem Vormagnetisierungsknoten BIAS aufrechtzuerhalten.
Ein weiterer Vorteil der Stromreferenzschaltung, die in 2 dargestellt ist, besteht darin, dass die Schaltung mit einer sehr niedrigen Versorgungsspannung VDD arbeiten kann. Wie in 2 dargestellt, lässt Stromspiegeltransistor MP5 sein Gate nicht an sein Drain koppeln, wie es bei Transistor MP2 in der in 1 dargestellten Schaltung der Fall ist. Folglich wird die Schwellenspannung des Transistors MP5 nicht zur Mindestversorgungsspannung VDD addiert. Bei Betrachtung des rechten Abzweigs der Schaltung, die in 2 dargestellt ist, ist die Mindestversorgungsspannung VDDMIN = VDS,SAT,MPS + VDS,SAT,MNS + VD3 Gleichung 4wobei V_DS,SAT,MPS und V_DS,SAT,MNS die Drain-zu-Source-Sättigungsspannungen der Transistoren MP5 beziehungsweise MN5 sind, und V_D3 der Spannungsabfall über die Diode D3 ist. In einer Ausführungsform ergibt das, VDDMIN = 0,3 V + 0,3 V + 0,5 V = 1,1 V Gleichung 5
Die Stromreferenzschaltung, die in 2 dargestellt ist, hat folglich eine viel geringere Mindestversorgungsspannung als die in 3 dargestellte Schaltung.
Die folgenden Tabellen stellen Beispiele für Gatelängen und Gatebreiten der Transistoren bereit, die in 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind:
3 ist eine schematische Darstellung des Operationsverstärkers OP1, der in 2 dargestellt ist. Der Operationsverstärker OP1 umfasst die Eingänge 60 und 62, den Ausgang 64, den Referenzspannungseingang 66, die P-Kanal-Transistoren MP10–MP18, die N-Kanal-Transistoren MN10–MN18 und die Dioden D10–D12. Der Operationsverstärker OP1 nimmt die Spannungen auf dem Referenzknoten N3 und dem Vormagnetisierungsknoten BIAS auf den Eingängen 60 beziehungsweise 62 auf und erzeugt eine Ausgangsspannung auf Ausgang 64, die proportional zu einer Differenz zwischen den Spannungen ist, die auf den Eingängen 60 und 62 anliegen. Der Referenzspannungseingang 66 nimmt die Spannung auf dem Feedbackknoten FB2 auf, die die Verstärkung des Operationsverstärkers OP1 bestimmt.
4 ist eine schematische Darstellung des Operationsverstärkers OP2. Der Operationsverstärker OP2 umfasst die Eingänge 68 und 70, den Ausgang 72, den Referenzspannungseingang 74, die P-Kanal-Transistoren MP20–MP28, die N- Kanal-Transistoren MN20–MN30 und die Dioden D20 und D21. Der Eingang 68 ist nichtinvertierend, und der Eingang 70 ist invertierend. Der Operationsverstärker OP2 erzeugt eine Ausgangsspannung auf dem Ausgang 72 in Reaktion auf eine Differenz zwischen den Spannungen, die auf den Eingängen 68 und 70 anliegen. Die Spannung auf Referenzspannungseingang 74 bestimmt die Verstärkung des Operationsverstärkers OP2. Die schematischen Darstellungen, die in den 3 und 4 dargestellt sind, werden nur als Beispiele dargestellt. Verschiedene andere Operationsverstärker oder Schaltungskonfigurationen können ebenfalls in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Eine Ausführungsform der Stromreferenzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel mit verschiedenen anderen Technologien als der MOSFET-Technologie und mit verschiedenen anderen Schaltungskonfigurationen ausgeführt werden. Auch die Spannungsversorgungsanschlusspunkte können abhängig von der speziellen übernommenen Konvention und der angewandten Technologie relativ positiv oder relativ negativ sein. Darüber hinaus kann diese Schaltung invertiert werden, indem die P-Kanal-Transistoren durch N-Kanal-Transistoren ersetzt werden, die N-Kanal-Transistoren durch P-Kanal-Transistoren ersetzt werden, und andere Abänderungen vorgenommen werden. Die Termini "Drain" und "Source", die in den Spezifikationen und Patentansprüchen verwendet werden, sind als solche willkürliche Termini, die ausgetauscht werden können. In gleicher Weise kann der Terminus "gekoppelt" verschiedene Arten von Verbindungen oder Kopplungen umfassen und kann eine direkte Verbindung oder eine Verbindung über ein oder mehrere dazwischenliegende Bauteile umfassen.

Claims

Stromreferenzschaltung, die umfasst: ersten und zweiten Versorgungsanschlusspunkt (VDD; GND); einen ersten, Stromspiegeltransistor (MP4) mit einem Gate, das an einen ersten Feedbackknoten (FB1) gekoppelt ist, einer Source, die an den ersten Versorgungsanschlusspunkt (VDD) gekoppelt ist, und einen Drain, der einen ersten Referenzknoten (N3) bildet; einen zweiten, Stromspiegeltransistor (MP5) mit einem Gate, das an den ersten Feedbackknoten (FB1) gekoppelt ist, einer Source, die an die Source des ersten, Stromspiegeltransistors (MP4) gekoppelt ist, und einen Drain, der den zweiten Referenzknoten (N4) bildet; einen dritten Transistor (MN4) mit einem Gate, das an einen zweiten Feedbackknoten (FB2) gekoppelt ist, einer Source, die an den zweiten Versorgungsanschlusspunkt (GND) gekoppelt ist, und einen Drain, der an den ersten Referenzknoten (N3) gekoppelt ist; einen vierten Transistor (MN5) mit einem Gate, das an den zweiten Feedbackknoten (FB2) gekoppelt ist, einer Source, die an den zweiten Versorgungsanschlusspunkt (GND) gekoppelt ist, und einen Drain, der an den zweiten Referenzknoten (N4) gekoppelt ist; ein erstes Feedbackmittel (OP1) mit einem ersten Eingang (60), der an den ersten Referenzknoten (N3) gekoppelt ist, einem zweiten Eingang (62), der an einen Vormagnetisierungsknoten (BIAS) gekoppelt ist, und einem Ausgang (64), der den ersten Feedbackknoten (FB1) bildet; und ein zweites Feedbackmittel (OP2) mit einem ersten Eingang (68), der an den zweiten Referenzknoten (N4) gekoppelt ist, einem zweiten Eingang (70), der an den Vormagnetisierungsknoten (BIAS) gekoppelt ist, und einem Ausgang (72), der den zweiten Feedbackknoten (FB2) bildet.
Stromreferenzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das erste Feedbackmittel (OP1) eine erste Feedbackspannung auf dem ersten Feedbackknoten (FB1) als Funktion einer Vorspannung am Vormagnetisierungsknoten (BIAS) und einer Spannung auf dem ersten Referenzknoten (N3) bereitstellt; und das zweite Feedbackmittel (OP2) eine zweite Feedbackspannung auf dem zweiten Feedbackknoten (FB2) als Funktion der Vorspannung am Vormagnetisierungsknoten (BIAS) und einer Spannung auf dem zweiten Referenzknoten (N4) bereitstellt.
Stromreferenzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormagnetisierungsknoten (BIAS) ein Vorspannungseingang zu der Schaltung ist.
Stromreferenzschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, die umfasst: eine erste Diode (D2), die zwischen die Source des dritten Transistors (MN4) und den zweiten Versorgungsanschlusspunkt (GND) gekoppelt ist; und eine zweite Diode (D3), die zwischen die Source des vierten Transistors (MN5) und den zweiten Versorgungsanschlusspunkt (GND) gekoppelt ist.
Stromreferenzschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, die einen Vormagnetisierungsgenerator aufweist, der umfasst: einen fünften, Stromspiegeltransistor (MP3) mit einem Gate, das an den ersten Feedbackknoten (FB1) gekoppelt ist, einer Source, die an die Source des ersten, Stromspiegeltransistors (MP4) gekoppelt ist, und einem Drain; und einen sechsten, Vormagnetisierungstransistor (MN3) mit einem Gate und Drain, die an den Drain des fünften, Stromspiegeltransistors (MP3) und an den Vormagnetisierungsknoten (BIAS) gekoppelt sind, und mit einer Source, die an den zweiten Versorgungsanschlusspunkt (GND) gekoppelt ist.
Stromreferenzschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und vierte Transistor (MN4, MN5) gleiche Gatebreiten und gleiche Gatelängen aufweisen.
Stromreferenzschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes des ersten und zweiten Feedbackmittels (OP1, OP2) einen Referenzspannungseingang (66, 74) hat, der an den Ausgang des anderen des ersten und zweiten Feedbackmittels gekoppelt ist.
Stromreferenzschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, die umfasst: einen Ausgangstransistor (MP6) mit einem Gate, das an den ersten Feedbackknoten (FB1) gekoppelt ist, einer Source, die an die Source des ersten, Stromspiegeltransistors (MP4) gekoppelt ist, und einem Drain, der ein Referenzstromausgangssignal (I_REF) bereitstellt.
Stromreferenzschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass: das erste Feedbackmittel einen ersten Operationsverstärker (OP1) mit einem ersten Eingang (60), der an den ersten Referenzknoten (N3) gekoppelt ist, einen zweiten Eingang (62), der an den Vormagnetisierungsknoten (BIAS) gekoppelt ist, und einen Ausgang (64), der den ersten Feedbackknoten (FB1) bildet, umfasst; und das zweite Feedbackmittel einen zweiten Operationsverstärker (OP2) mit einem ersten Eingang (68), der an den zweiten Referenzknoten (N4) gekoppelt ist, einen zweiten Eingang (70), der an den Vormagnetisierungsknoten (BIAS) gekoppelt ist, und einen Ausgang (72), der den zweiten Feedbackknoten (FB2) bildet, umfasst.