EP1206733A1 - Stromquelle für niedrige betriebsspannungen mit hohem ausgangswiderstand - Google Patents

Stromquelle für niedrige betriebsspannungen mit hohem ausgangswiderstand

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Publication number
EP1206733A1
EP1206733A1 EP00969210A EP00969210A EP1206733A1 EP 1206733 A1 EP1206733 A1 EP 1206733A1 EP 00969210 A EP00969210 A EP 00969210A EP 00969210 A EP00969210 A EP 00969210A EP 1206733 A1 EP1206733 A1 EP 1206733A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
current source
transistor
source
transistors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00969210A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Paulus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1206733A1 publication Critical patent/EP1206733A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a current source with a high output resistance, which has a transistor which determines the output current and a control circuit for the current-determining transistor.
  • CMOS process technology requires new solutions for basic circuits in analog circuit technology, which, despite the changed transistor properties and the falling operating voltages, meet high requirements, for example in terms of bandwidth and bandwidth.
  • Current sources can be used, for example, as basic components for current mirror circuits.
  • Current mirrors are generally a circuit arrangement in which a copy of the input current is supplied at the output. The purpose of a current mirror is therefore to multiply and / or to amplify or weaken an input current and to output it again at the output node (s).
  • the simplest current mirror consists of two identical transistors.
  • cascoded current sources are used, for example.
  • the source-dram sections of at least two MOS transistors are connected in series and the gate t connections to fixed potential. This decouples the dram-source voltage across the current-determining transistor from voltage changes at the output node and thus increases the output resistance.
  • the disadvantage of such cascoded current mirrors is that a relatively high minimum voltage must be present between the output node and the operating voltage connection, so that the specified output resistance is still achieved. If this is undershot, the MOS transistors are no longer in the saturation mode and the output resistance of the current source drops drastically. This minimum voltage drop essentially determines the suitability of the power source for use at low operating voltages.
  • This cascoded current source is the so-called regulated cascode current source, from which the present invention is based.
  • a current source the construction and mode of operation of which is explained in more detail in connection with FIG. 1, enables the dram-source voltage at the current-determining transistor to remain constant.
  • the voltage drop across this current source can be reduced to a comparatively small value, the lower limit of this voltage drop being predetermined by the threshold voltage of one of the transistors in the control circuit.
  • the current source Due to the high gain in the control loop, the current source has a high output resistance.
  • the minimum voltage drop across the current source cannot fall below the above-mentioned threshold voltage, which can be problematic at extremely low operating voltages.
  • the invention has for its object to develop a power source of the type mentioned in such a way that the disadvantages known from the prior art are avoided.
  • the Power source have a high output resistance and at the same time can be used for very low operating voltages.
  • a current source with a high output resistance which has a transistor determining the output current and a control circuit for the current-determining transistor.
  • the current source is characterized in that a source follower circuit is provided for setting a low, freely selectable minimum voltage drop across the current source, which influences the voltage across the source-dram path of the current-determining transistor.
  • the invention is based on the basic idea that a high output resistance can be achieved by a current source circuit which is in the form of a regulated cascode current source, as has already been described above.
  • the regulated cascode current source initially has at least one transistor which determines the output current and whose gate potential Vin can be used to set the useful current.
  • Vds voltage across the dram-source path
  • a source follower circuit was additionally provided.
  • Source follower circuits are known per se, which is a basic circuit with at least one field effect transistor. Advantageous embodiments for source follower circuits are explained in more detail in the further course of the description, but without restricting the invention to the examples mentioned.
  • any setting of the voltage drop across the current-determining transistor can be carried out, and thus the minimum voltage drop across the current source can be reduced.
  • very broadband current sources with a high output resistance can also be implemented in applications with a low operating voltage (low-voltage applications).
  • the source follower circuit can preferably have at least one, preferably two or more transistors.
  • the circuit can have a single transistor.
  • the circuit is designed to be significantly more complex depending on the need and application. In this case, the number of transistors can increase accordingly.
  • the invention is not restricted to a specific number of transistors.
  • the source follower circuit has two transistors.
  • At least one of the transistors can advantageously be designed and function as a current source.
  • the control circuit can have an amplifier circuit. This amplifier circuit preferably has one or more transistors, and the number of transistors can vary according to the desired properties of the current source.
  • control circuit can have at least one control transistor.
  • a correction element can advantageously be provided for the current-carrying transistor.
  • This correction element can have, for example, one or more transistors. In an advantageous embodiment, the correction element can have two transistors.
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement functioning as a current source according to a first embodiment according to the invention
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement functioning as a current source according to a second embodiment according to the invention
  • FIG. 4 shows a diagram in which the output current m is shown as a function of the voltage drop across the current source for the circuit arrangement according to FIG. 2;
  • Figure 5 is a diagram showing the output current for the circuit arrangement with correction element according to Figure 3.
  • a current source 10 is shown, as is already known from the prior art.
  • the current source 10 is designed as a regulated cascode current source circuit.
  • the useful current at the output node 18 is set by the input voltage Vm at the input node 19.
  • the current intensity essentially results from the dimensioning and the process-related properties of the transistor 12.
  • a control circuit 13 is provided, which is formed from an amplifier circuit 14 and a control transistor 17.
  • the amplifier circuit 14 in turn has two transistors 15, 16.
  • the use of the control circuit 13 with a corresponding dimensioning of the transistors 15, 16, 17 has the effect that the voltage Vds, which drops across the source-dram path of the current-determining transistor 12, is constant and thus the current through the current-determining transistor 12 is independent of the Potential at the output node 20. This happens because the amplifier circuit 14 adjusts the gate potential of the transistor 17 accordingly.
  • a current source 10 with a high output resistance can be realized. It is also possible, the power source 10 as compared to walls ⁇ ren known current sources to a relatively low voltage drop to use.
  • the lower limit for this ⁇ mi nimal possible voltage is sawn right through the transistor 15 °. It is composed of the saturation voltage Vsatl5 and the threshold voltage Vthl5 for the transistor 15.
  • the minimum possible voltage drop must therefore always be greater than the sum Vsatl5 + Vthl5, but at least as large as the threshold voltage Vthl5. For this reason, it is not possible to use the current source 10 for a minimal voltage drop below this threshold voltage Vthl5.
  • the current sources 30, 40 shown in FIGS. 2 and 3 are designed in accordance with the present invention, so that very high output resistances can be realized with a very low voltage drop.
  • the basic structure of the current source 30 according to FIG. 2 corresponds to the current source 10 from FIG. 1, so that elements of identical construction are provided with identical reference numbers and a renewed description of these elements to avoid repetition is dispensed with, with the above statements with regard to FIG. 1 is referred to in full and is hereby referenced.
  • the current source 30 according to FIG. 3 additionally has a source follower circuit 30, which in the present case is formed from two transistors 32, 33.
  • Transistor 32 acts as
  • the source follower circuit 31 shifts, preferably reduces, the potential Vds over the source-dram path of the current-determining transistor 12 with respect to the input of the amplifier 14.
  • the reason for this is that the voltage Vds dropping across the transistor 12 from a Subtraction of the gate-source voltage of transistor 15 and the voltage drop across the gate-source terminals of transistor 33 is formed.
  • Both voltages are composed of a transistor-specific threshold voltage and a saturation voltage. While the threshold voltage represents a process-dependent variable, the saturation voltages can be freely selected via the dimensioning of the transistors. Consequently, the voltage Vds on the current-determining transistor 12 is also freely selectable. Via the source follower circuit 31, this voltage and thus the minimum voltage drop across the current source can theoretically be reduced to zero, but at least be significantly reduced in comparison to the current source 10 according to FIG. 1.
  • the current source 30 can thus be operated down to a freely definable minimum output voltage which is independent of the threshold voltage Vthl5 of the transistor 15. Since all transistors are in saturation, fast and precise control is possible so that high output resistances can be achieved.
  • the source-dram voltage Vds at transistor 12 is reduced as described in FIG. 2, the latter can become saturated, as a result of which small variations in the voltage Vds of transistor 12 result in greater fluctuations in the output current and thus the output resistance is reduced.
  • FIG. 3 shows a current source 40, the construction of which essentially corresponds to the construction of the current source 30 according to FIG. For this reason, identical components have again been given identical reference numbers. To avoid repetition, reference is made in full to the explanations with regard to FIG. 2 and reference is hereby made.
  • the correction element 41 additionally provided in the current source 40 according to FIG. 3 in comparison to the current source 30 has two transistors 42 and 43. The correction element 41 adds a correction current to the output current, which depends on the control voltage of transistor 17 on the voltage drop across the current source.
  • Transistor 42 which determines the magnitude of the correction current, is also driven with this gate potential.
  • the correction current increases with a falling voltage drop across the current source and thus increases the output resistance of the current source.
  • a current source with a negative output resistance can also be realized in this way by forcing overcompensation.
  • FIGS. 4 and 5 show the results obtained in the simulation of a current source in accordance with the structure from FIGS. 3 and 4.
  • the diagrams show the output current of the constant current source as a function of the voltage drop across the current source, in this case the potential difference between Vss and the output node 18.
  • FIG. 4 shows the output current of the current source 30 according to the invention without a correction element as a function of the voltage drop across the current source.
  • the diagram shows the weak dependence of the output current on the falling voltage and thus the high output resistance of the current source. If the voltage falls below about 400mV, the current drops sharply. This voltage represents the minimum voltage drop across the current source and, due to the use of the source follower circuit 31, is below the threshold voltage of the transistors used, which was approximately 500 mV.
  • FIG. 5 shows with curve 50 the output current of the current source 40 according to the invention with correction element 41.
  • the dimensioning of the transistors corresponds exactly to that for the Generation of Figure 4 was used.
  • the output current shown corresponds to the sum of the current from transistor 12 and the current through transistors 42 and 43.

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Abstract

Es wird eine Stromquelle (30) mit hohem Ausgangswiderstand beschrieben, die einen strombestimmenden Transistor (12) und eine Regelschaltung (13) für den strombestimmenden Transistor (12) aufweist. Die Regelschaltung (13) verfügt über eine Verstärkerschaltung (14) mit Transistoren (15, 16) sowie einen Regeltransistor (17) und ermöglicht einen hohen Ausgangswiderstand der Stromquelle. Um die Stromquelle (30) gleichzeitig auch für sehr geringe Betriebsspannungen nutzen zu können, ist erfindungsgemäss eine Sourcefolger-Schaltung (31) vorgesehen, die zur Einstellung eines frei einstellbaren, minimalen Spannungsabfalls über der Stromquelle dient. Diese Sourcefolger-Schaltung (31) weist einen oder mehrere Transistoren (32, 33) auf und beeinflusst die Spannung (Vds) am strombestimmenden Transistor (12). Durch eine Korrekturschaltung (41) mit Transistoren (42, 43) kann der Ausgangswiderstand der Stromquelle weiter verbessert werden.

Description

Beschreibung
Stromquelle für niedrige Betriebsspannungen mit hohem Aus¬ gangswiderstand
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand, die einen, den Ausgangsstrom bestimmenden Transistor und eine Regelschaltung für den strombestimmenden Transistor aufweist.
Die Entwicklungen m der CMOS-Prozeßtechnik erfordern neue Losungen für Grundschaltungen der analogen Schaltungstechnik, die trotz der veränderten Transistoreigenschaften und den sinkenden Betriebsspannungen hohen Anforderungen beispiels- weise hinsichtlich Lmeaπtat und Bandbreite genügen.
Stromquellen können beispielsweise als Grundbausteine für Stromspiegelschaltungen verwendet werden. Bei Stromspiegeln handelt es sich allgemein um eine Schaltungsanordnung, bei der am Ausgang eine Kopie des Eingangsstroms geliefert wird. Der Zweck eines Stromspiegeis besteht somit darin, einen Eingangsstrom zu vervielfältigen und/oder zu verstarken beziehungsweise abzuschwächen und an dem/den Augangsknoten wieder auszugeben. Der einfachste Stromspiegel besteht dabei aus zwei identischen Transistoren.
Derart einfache Stromspiegel haben jedoch den Nachteil, daß sie einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand aufweisen und somit für viele Anwendungen ungeeignet sind. Der Strom durch einen MOS-Transistor wird sowohl von den Potentialen am Gate- Anschluß als auch vom Spannungsabfall über der Source-Dram- Strecke bestimmt.
Um einen hohen Ausgangswiderstand zu erhalten, werden deshalb beispielsweise kaskodierte Stromquellen eingesetzt. Bei einer solchen Stromquelle werden die Source-Dram-Strecken mindestens zweier MOS-Transistoren in Reihe geschaltet und die Ga- teanschlusse auf jeweils festes Potential gelegt. Dadurch wird die Dram-Source-Spannung über dem strombestimmenden Transistor von Spannunganderungen am Ausgangsknoten entkoppelt und somit der Ausgangswiderstand erhöht. Der Nachteil bei solch kaskodierten Stromspiegeln besteht darin, daß zwischen dem Ausgangsknoten und dem Betriebsspannungsanschluß eine relativ hohe Mindestspannung anliegen muß, damit der spezifizierte Ausgangswiderstand noch erreicht wird. Wird diese unterschritten, sind die MOS-Transistoren nicht mehr in Sattigungsbetriebsart und der Ausgangswiderstand der Stromquelle nimmt drastisch ab. Dieser Mindestspannungsabfall bestimmt im wesentlichen die Tauglichkeit der Stromquelle für einen Einsatz bei niedrigen Betriebsspannungen.
Eine Verbesserung dieser kaskodierten Stromquelle stellt die sogenannte regulierte Kaskoden-Stromquelle (regulated current source) dar, von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Eine solche Stromquelle, deren Aufbau und Funktionsweise in Verbindung mit Figur 1 naher erläutert wird, ermöglicht, daß die Dram-Source-Spannung am strombestimmenden Transistor konstant bleibt. Dadurch kann der Spannungsabfall über dieser Stromquelle auf einen vergleichsweise kleinen Wert reduziert werden, wobei die untere Grenze dieses Spannungsabfalls durch die Schwellenspannung von einem der Transistoren im Regel- kreis vorgegeben wird. Aufgrund der hohen Verstärkung im Regelkreis weist die Stromquelle einen hohen Ausgangswiderstand auf.
Prinzipbedingt kann der minimale Spannungsabfall über der Stromquelle die oben erwähnte Schwellenspannung nicht unterschreiten, was bei extrem niedrigen Betriebsspannungen problematisch sein kann.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stromquelle der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Stromquelle einen hohen Ausgangswiderstand aufweisen und gleichzeitig für sehr niedrige Betriebsspannungen einsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand gelost, die einen den Ausgangsstrom bestimmenden Transistor und eine Regelschaltung für den strombestimmenden Transistor aufweist. Die Stromquelle ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen eines niedrigen, frei wahlbaren Mindestspannungsabfalls über der Stromquelle eine Sourcefolger-Schaltung vorgesehen ist, die die Spannung über der Source-Dram-Strecke des strombestimmenden Transistors beeinflußt.
Dadurch wird eine Stromquelle geschaffen, die sich durch einen hohen Ausgangswiderstand auszeichnet sowie insbesondere für niedrige Betriebsspannungen geeignet ist.
Die Erfindung geht von dem grundlegenden Gedanken aus, daß ein hoher Ausgangswiderstand durch eine Stromquellenschaltung erzielt werden kann, die in Form einer regulierten Kaskoden- Stromquelle ausgebildet ist, wie weiter oben bereits beschrieben wurde. Die regulierte Kaskoden-Stromquelle weist zunächst wenigstens einen den Ausgangsstrom bestimmenden Transistor auf, dessen Gatepotential Vin zur Einstellung des Nutzstroms dienen kann. Durch den Einsatz einer geeigneten Regelschaltung, die im weiteren Verlauf der Beschreibung naher erläutert wird, wird erreicht, daß Vds (Spannung über die Strecke Dram-Source) an diesem Transistor konstant gehalten wird und somit der durch den strombestimmenden Transistor hindurchfließende Strom unabhängig vom Potential am Ausgangsknoten der Stromquelle ist.
Um das m bezug auf den Stand der Technik bei der geregelten Kaskodenstro quelle beschriebene Problem zu losen, daß der minimale Spannungsabfall nicht unter einen bestimmten Grenz- wert abgesenkt werden kann, wurde zusätzlich eine Sourcefolger-Schaltung vorgesehen.
Sourcefolger-Schaltungen sind an sich bekannt, wobei es sich hierbei um eine Grundschaltung mit wenigstens einem Feldeffekttransistor, handelt. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen für Sourcefolger-Schaltungen werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert, ohne die Erfindung jedoch auf die genannten Beispiele zu beschränken.
Durch die zusätzliche Verwendung einer solchen Sourcefolger- Schaltung in der geregelten Kaskodenstromquelle kann eine beliebige Einstellung des Spannungsabfalls über dem strombestimmenden Transistor vorgenommen werden und damit der mini- male Spannungsabfall über der Stromquelle reduziert werden. Auf diese Weise können sehr breitbandige Stromquellen mit hohem Ausgangswiderstand auch in Anwendungen mit niedriger Betriebsspannung (Low-Voltage-Anwendungen) realisiert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromquelle ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorzugsweise kann die Sourcefolger-Schaltung wenigstens einen, vorzugsweise zwei oder mehr Transistoren aufweisen. In ihrem einfachsten Aufbau kann die Schaltung über einen einzigen Transistor verfügen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Schaltung je nach Bedarf und Anwendungsfall wesentlich komplexer ausgebildet ist. In diesem Fall kann sich die Anzahl der Transistoren entsprechend erhöhen. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Transistoren beschränkt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sourcefolger- Schaltung zwei Transistoren auf.
Vorteilhaft kann wenigstens einer der Transistoren als Strom- quelle ausgebildet sein und fungieren. In weiterer Ausgestaltung kann die Regelschaltung eine Ver- starkerschaltung aufweisen. Diese Verstarkerschaltung verfugt vorzugsweise über einen oder mehrere Transistoren, wobei die Anzahl der Transistoren entsprechend den erwünschten Eigen- Schäften der Stromquelle variieren kann.
Weiterhin kann die Regelschaltung wenigstens einen Regeltransistor aufweisen.
Vorteilhaft kann für den stromführenden Transistor ein Korrekturglied vorgesehen sein.
Dieses Korrekturglied kann beispielsweise einen oder mehrere Transistoren aufweisen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Korrekturglied zwei Transistoren aufweisen.
Durch die erfmdungsgemaße Ausgestaltung der Stromquelle kann der Fall auftreten, daß sich bei zu starker Absenkung des Spannungsabfalls über dem strombestimmenden Transistor dieser nicht mehr m Sattigungsbetriebsart befindet. Dies bewirkt, daß bei Schwankungen des Potentials am Ausgangsknoten Schwankungen im Ausgangsstrom auftreten können und somit der Ausgangswiderstand reduziert ist. Diesem Problem kann mit dem Korrekturglied begegnet werden, das den Ausgangswiderstand deutlich erhöht. Ein Beispiel hierfür wird in der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung naher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine regulierte Kaskoden-Stromquellenschaltung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist;
Figur 2 eine als Stromquelle fungierende Schaltungsanordnung gemäß einer ersten erfmdungsgemaßen Ausführungsform; Figur 3 eine als Stromquelle fungierende Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten erfmdungsgemaßen Ausfuhrungsform;
Figur 4 ein Diagramm, in dem der Ausgangsstrom m Abhängigkeit vom Spannungsabfall über der Stromquelle für αie Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 dargestellt ist; und
Figur 5 ein Diagramm, m dem der Ausgangsstrom für die Schaltungsanordnung mit Korrekturglied gemäß Figur 3 dargestellt ist.
In Figur 1 ist eine Stromquelle 10 dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist. Die Stromquelle 10 ist als regulierte Kaskoden-Stromquellenschaltung ausgebildet. Bei der Kaskoden-Stromquellenschaltung 10 wird der Nutzstrom am Ausgangsknoten 18 durch die Eingangsspannung Vm am Eingangsknoten 19 eingestellt. Die Stromstarke ergibt sich im wesentlichen aus der Dimensionierung und den prozeßbedingten Eigenschaften des Transistors 12.
Weiterhin ist eine Regelschaltung 13 vorgesehen, die aus einer Verstarkerschaltung 14 und einem Regeltransistor 17 ge- bildet ist. Die Verstarkerschaltung 14 weist ihrerseits zwei Transistoren 15, 16 auf. Die Verwendung der Regelschaltung 13 mit einer entsprechenden Dimensionierung der Transistoren 15, 16, 17 bewirkt, daß die Spannung Vds, die über der Source- Dram-Strecke des strombestimmenden Transistors 12 abfallt, konstant ist und somit der Strom durch den strombestimmenden Transistor 12 unabhängig vom Potential am Ausgangsknoten 20 ist. Dies geschieht dadurch, daß die Verstarkerschaltung 14 das Gate-Potential des Transistors 17 entsprechend nachregelt.
Durch die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 kann eine Stromquelle 10 mit hohem Ausgangswiderstand realisiert werden. Auch ist es möglich, die Stromquelle 10 im Vergleich zu ande¬ ren bekannten Stromquellen bis zu einem relativ geringen Spannungsabfall zu verwenden. Die untere Grenze für diese mi¬ nimal mögliche Spannung wird durch den Transistor 15 be- stimmt. Sie setzt sich zusammen aus der Sattigungsspannung Vsatl5 und der Schwellenspannung Vthl5 für den Transistor 15. Der minimal mögliche Spannungsabfall muß demnach immer großer als d e Summe Vsatl5 + Vthl5, aber mindestens so groß wie die Schwellenspannung Vthl5, sein. Aus diesem Grund ist die Ver- wendbarkeit der Stromquelle 10 für einen minimalen Spannungsabfall unterhalb von dieser Schwellenspannung Vthl5 nicht möglich.
Die m den Figuren 2 und 3 dargestellten Stromquellen 30, 40 sind gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, so daß damit sehr hohe Ausgangswiderstande bei einem sehr geringen Spannungsabfall realisiert werden können.
Die Stromquelle 30 gemäß Figur 2 entspricht in ihrem Grund- aufbau der Stromquelle 10 aus Figur 1, so daß baugleiche Elemente mit identischen Bezugsziffern versehen sind und auf eine erneute Beschreibung dieser Elemente zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet wird, wobei auf die vorstehenden Ausfuhrungen im Hinblick auf Figur 1 vollinhaltlich Bezug ge- nom en und hiermit verwiesen wird.
Im Unterschied zur Stromquelle 10 aus Figur 1 weist die Stromquelle 30 gemäß Figur 3 zusatzlich eine Sourcefolger- Schaltung 30 auf, die im vorliegenden Fall aus zwei Transi- stören 32, 33 gebildet ist. Transistor 32 fungiert hier als
Stromquelle.
Durch die Sourcefolger-Schaltung 31 wird das Potential Vds über der Source-Dram-Strecke des strombestimmenden Transi- stors 12 gegenüber dem Eingang des Verstärkers 14 verschoben, vorzugsweise heruntergesetzt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die am Transistor 12 abfallende Spannung Vds aus einer Subtraktion der Gate-Source Spannung des Transistors 15 und des Spannungsabfalls über den Gate-Source Anschlüssen von Transistor 33 gebildet wird. Beide Spannungen setzen sich aus einer transistorspezifischen Schwellenspannung und einer Sat- tigungsspannung zusammen. Wahrend die Schwellenspannung eine prozeßabhangige Große darstellt, sind die Sattigungsspannun- gen über die Dimensionierung der Transistoren frei wahlbar. Folglich ist auch die Spannung Vds am strombestimmenden Transistor 12 frei wahlbar. Über die Sourcefolger-Schaltung 31 kann diese Spannung und damit der minimale Spannungsabfall über der Stromquelle theoretisch bis auf Null reduziert werden, zumindest jedoch im Vergleich zur Stromquelle 10 gemäß Figur 1 deutlich reduziert werden.
Damit kann die Stromquelle 30 bis hinab zu einer frei zu bestimmenden minimalen Ausgangsspannung betrieben werden, die unabhängig von der Schwellenspannung Vthl5 des Transistors 15 ist. Da sich alle Transistoren in Sättigung befinden, ist eine schnelle und präzise Regelung möglich, so daß hohe Aus- gangswiderstande erreicht werden können.
Wenn die Source-Dram Spannung Vds am Transistor 12 wie in Figur 2 beschrieben gesenkt wird, kann dieser aus der Sättigung geraten, wodurch kleine Variationen m der Spannung Vds des Transistors 12 stärkere Schwankungen des Ausgangsstroms zur Folge haben und somit der Ausgangswiderstand geringer wird.
Dieser Situation kann durch ein geeignetes Korrekturglied 41 begegnet werden, wie in Figur 3 dargestellt ist. In Figur 3 ist eine Stromquelle 40 dargestellt, deren Aufbau im wesentlichen dem Aufbau der Stromquelle 30 nach Figur 2 entspricht. Aus diesem Grund sind gleiche Bauelemente wiederum mit identischen Bezugsziffern versehen worden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Ausführungen im Hinblick auf Figur 2 vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen. Das im Vergleich zur Stromquelle 30 in der Stromquelle 40 nach Figur 3 zusätzlich vorgesehene Korrekturglied 41 weist zwei Transistoren 42 und 43 auf. Durch das Korrekturglied 41 wird ein Korrekturstrom zum Ausgangsstrom addiert, der über die Regelspannung von Transistor 17 vom Spannungsabfall über der Stromquelle abhangt. Sinkt die Spannung am Ausgangsknoten 18 ab, wird die Regelschleife das Gate-Potential am Regeltransistor 17 erhohen, um die Spannung am Knoten 20 weitgehend konstant zu halten. Mit diesem Gate-Potential wird auch Transistor 42 angesteuert, der die Große des Korrekturstroms bestimmt. Somit nimmt der Korrekturstrom mit sinkendem Spannungsabfall über der Stromquelle zu und erhöht so den Ausgangswiderstand der Stromquelle. Prinzipiell ist auf diese Weise auch eine Stromquelle mit negativem Ausgangswiderstand realisierbar, indem eine Überkompensation erzwungen wird.
In den Figuren 4 und 5 sind die Ergebnisse dargestellt, die bei der Simulation einer Stromquelle gemäß dem Aufbau aus den Figuren 3 und 4 erhalten wurden. Die Diagramme zeigen den Ausgangsstrom der Konstantstromquelle in Abangigkeit vom Spannungsabfall über der Stromquelle, hier also der Potentialdifferenz zwischen Vss und dem Ausgangsknoten 18.
Figur 4 zeigt den Ausgangsstrom der erfmdungsgemaßen Strom- quelle 30 ohne Korrekturglied m Abhängigkeit vom Spannungsabfall über der Stromquelle. Das Diagramm zeigt die schwache Abhängigkeit des Ausgangsstroms von der abfallenden Spannung und damit den hohen Ausgangswiderstand der Stromquelle. Unterschreitet die Spannung etwa 400mV, nimmt der Strom stark ab. Diese Spannung stellt den minimalen Spannungsabfall über der Stromquelle dar und liegt durch den Einsatz der Source- folgerschaltung 31 unter der Schwellenspannung der verwendeten Transistoren, die etwa 500mV betrug.
Figur 5 zeigt mit Kurve 50 den Ausgangsstrom der erfindungsgemäßen Stromquelle 40 mit Korrekturglied 41. Die Dimensionierung der Transistoren entspricht genau der, die auch zur Erzeugung von Figur 4 verwendet wurde. Der dargestellte Ausgangsstrom entspricht der Summe des Stroms von Transistor 12 und des Stroms durch die Transistoren 42 und 43.
Es zeigt sich, daß die Abhängigkeit des Ausgangsstroms vom Spannungsabfall gegenüber der Lösung ohne Korrekturglied deutlich reduziert und somit der Ausgangswiderstand erhöht wurde. Der minimale Spannungsabfall über der Stromquelle von etwa 400mV wird durch das Korrekturglied nicht beeinflußt.

Claims

Patentansprüche
1. Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand, die einen, den Ausgangsstrom bestimmenden Transistor (12) und eine Regel- schaltung (13) für den strombestimmenden Transistor (12) auf¬ weist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zum Erreichen eines niedrigen, frei wahlbaren Mindest- spannungabfalls über der Stromquelle eine Sourcefolger- Schaltung (31) vorgesehen ist, die die Spannung über der
Source-Dram-Strecke am strombestimmenden Transistor (12) beeinflußt .
2. Stromquelle nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sourcefolger-Schaltung (31) wenigstens einen, insbesondere zwei oder mehr Transistoren (32, 33) aufweist.
3. Stromquelle nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens einer der Transistoren (32) als Stromquelle ausgebildet ist.
4. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regelschaltung (13) eine Verstarkerschaltung (14) mit einem oder mehreren Transistoren (15, 16) aufweist.
5. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regelschaltung (13) wenigstens einen Regeltransistor (17) aufweist.
6. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Korrekturglied (41) für den strombestimmenden Transistor (12) vorgesehen ist.
7. Stromquelle nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Korrekturglied (41) einen oder mehrere Transistoren (42, 43), insbesondere zwei Transistoren, aufweist.
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