JP2004180007A - Current mirror circuit and semiconductor laser drive circuit using the same - Google Patents

Current mirror circuit and semiconductor laser drive circuit using the same Download PDF

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Shinichi Kubota
進一 窪田
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a current mirror circuit that can widen the range of its output voltage, in which the constant-current property of its output current is maintained and, at the same time, can make its output current follow the changes in the input current, at a high speed. <P>SOLUTION: The serial circuit of PMOS transistors P10 and P11 and the serial circuit of PMOS transistors P20 and P21 are connected in parallel with each other, between a power-supply voltage VDD and an input terminal IN, and the serial circuit of PMOS transistors P30 and P31 is connected between the voltage VDD and an output terminal OUT. The gates of the PMOS transistors P10 and P30 are respectively connected to ground voltages, and the connections among the gates of the PMOS transistors P11, P21, and P31 are respectively connected to the drains of the transistors P11 and P21. In addition, the gate of the PMOS transistor P20 is connected to the drain of the PMOS transistor P31. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電流に対して一定の比をなす電流を生成して出力するカレントミラー回路に関し、特に、高速で出力電流を変化させることができ、しかも出力電流に定電流性が求められる、例えば、光ディスク読み書き用レーザダイオード駆動回路に使用されるカレントミラー回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から使用されているカレントミラー回路には、基本的な回路構成のカレントミラー回路(以下、基本カレントミラー回路と呼ぶ)、カスコード型カレントミラー回路、ウイルソン型カレントミラー回路及び低電圧カスコード型カレントミラー回路があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図9は、基本カレントミラー回路の例を示した回路図である。
図9では、PMOSトランジスタ101はドレインとゲートが接続されており、ドレインから電流Iinを流し出すとPMOSトランジスタ101とPMOSトランジスタ102のトランジスタサイズ比にほぼ比例した電流IoutがPMOSトランジスタ102のドレインから出力される。しかし、このような基本カレントミラー回路では、MOSトランジスタのチャネル長変調効果により、PMOSトランジスタ102のドレインが接続された出力端OUTの電圧Voutによって図10で示しているように出力電流Ioutは変化するという欠点があった。
【0004】
図9の回路において、出力電流Ioutの定電流性が保たれる出力端OUTの電圧Voutは下記(1)式の範囲となる。
Vout≦VDD−(Vgs−Vth)………………(1)
なお、前記(1)式において、VDDは電源電圧であり、VgsはPMOSトランジスタ102のゲート・ソース間電圧であり、VthはPMOSトランジスタ102のしきい値電圧である。
【0005】
PMOSトランジスタ102がリニア領域から飽和領域に切り替わるポイントのドレイン・ソース間電圧VdsをVeffとすると、Veffは下記(2)式のようになる。
Veff=Vgs−Vth………………(2)
該(2)式より、前記(1)式は下記(3)式のように示すことができる。
Vout≦VDD−Veff………………(3)
【0006】
次に、図11は、カスコード型カレントミラー回路の例を示した回路図である。
図11では、カレントミラー回路を二段重ねにした構成をなしており、出力電流Ioutを決めているトランジスタであるPMOSトランジスタ112のドレイン電圧が出力端OUTの電圧Voutの影響を受けにくいために、図12で示すように、図11のカスコード型カレントミラー回路は、出力電流Ioutの定電流性に優れている。なお、図12では、(a)で示した特性が図11で示したカスコード型カレントミラー回路の場合を示し、(b)で示した特性は図9で示した基本カレントミラー回路の場合を示している。
【0007】
図11の回路において、出力電流Ioutの定電流性が保たれる出力端OUTの電圧Voutは下記(4)式の範囲となる。
Vout≦VDD−(Vds112−Vgs113−Vth)=VDD−(2・×Vgs−Vth)………………(4)
なお、前記(4)式において、Vds112はPMOSトランジスタ112のドレイン・ソース間電圧を、Vgs113はPMOSトランジスタ113のゲート・ソース間電圧をそれぞれ示し、PMOSトランジスタ112,113の各ゲート・ソース間電圧Vgsがそれぞれ同じである場合を示している。
【0008】
また、図11の各PMOSトランジスタ110〜113のしきい値電圧Vthも同じであると仮定し、Veff=Vgs−Vthとすると前記(4)式は下記(5)式で表すことができる。
Vout≦VDD−(2・Veff+Vth)………………(5)
該(5)式と前記(3)式を比較すると、(5)式のほうが(Veff+Vth)だけ定電流動作可能な出力電圧範囲が狭くなっていることが分かる。
【0009】
このように、カスコード型カレントミラー回路は、基本カレントミラー回路よりも、出力電流Ioutの定電流性が保たれる出力電圧Voutの範囲が限定されるという欠点があった。このことは、ウイルソン型カレントミラー回路(図示せず)においても同様である。また、カスコード型カレントミラー回路は、入力電流Iinが高速で変化したり、入力電流Iinが入力されたり入力停止されたりする場合は、出力電流Ioutが該入力電流Iinの変化に追従する速度が基本カレントミラー回路よりも遅いという欠点があった。
【0010】
次に、図13は、低電圧カスコード型カレントミラー回路の例を示した回路図である。なお、図13では、図11と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
低電圧カスコード型カレントミラー回路は、前記カスコード型カレントミラー回路における出力電流Ioutの定電流性が保たれる出力電圧Voutの電圧範囲が狭くなるという問題を改善するものであり、図14から出力電流Ioutの定電流性が保たれる出力電圧Voutの電圧範囲が図12で示したカスコード型カレントミラー回路の場合よりも広いことが分かる。なお、図14では、(a)で示した特性が図13で示した低電圧カスコード型カレントミラー回路の場合を示し、(b)で示した特性は図9で示した基本カレントミラー回路の場合を示している。
【0011】
出力電圧Voutは、下記(6)式のようになる。
Vout≦VDD−(2・Veff)………………(6)
該(6)式から、前記カスコード型カレントミラー回路の場合の(5)式と比較して、しきい値電圧Vthだけ、出力電流Ioutの定電流性が保たれる出力電圧Voutの電圧範囲が広がり、これは、一般的なCMOSプロセスでは0.6V〜1.0V程度に相当する。
【0012】
しかし、PMOSトランジスタ111とPMOSトランジスタ113の各ゲートに対するバイアス電圧Vbを発生させる回路が別途必要になるという欠点があった。また、入力電流Iinを高速で変化させたり、入力電流Iinが入力されたり入力停止されたりする場合は、バイアス電圧Vbが入力される端子Binのインピーダンスを十分小さくしないと、PMOSトランジスタ111及び113のドレインとゲート間における寄生容量のカップリングにより、バイアス電圧Vbが振られ、出力電流Ioutが入力電流Iinの変化に対して高速に追従することができないという欠点もあった。
【0013】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、出力電流の定電流性が保たれる出力電圧の電圧範囲を広げることができると共に、入力電流の変化に対して出力電流を高速に追従させることができるカレントミラー回路を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るカレントミラー回路は、入力端を流れる入力電流に応じた出力電流を出力端から出力するカレントミラー回路において、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第1のトランジスタと第2のトランジスタが直列に接続され前記入力端に入力電流を流す第1の直列回路と、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第3のトランジスタと第4のトランジスタが直列に接続され、該第1の直列回路と並列に接続されて第1の直列回路と共に前記入力端に入力電流を流す第2の直列回路と、
第1の電源電圧と前記出力端との間に第5のトランジスタと第6のトランジスタが直列に接続され、前記出力電流を出力する第3の直列回路と、
を備え、
前記第1及び第5の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端が第2の電源電圧にそれぞれ接続されてオンし、前記第2、第4及び第6の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端がそれぞれ前記入力端に接続され、前記第3のトランジスタは、該トランジスタの制御信号入力端が前記出力端に接続されるものである。
【0015】
具体的には、前記第1、第3及び第5の各トランジスタは、それぞれ第1の電源電圧側に接続され、前記第2及び第4の各トランジスタは、それぞれ前記入力端に入力電流を流し、前記第6のトランジスタは、前記出力電流を出力端に出力するようにした。
【0016】
また、この発明に係る半導体レーザ駆動回路は、入力端を流れる入力電流に応じた出力電流を出力端からレーザダイオードに出力するカレントミラー回路を備えた半導体レーザ駆動回路において、
前記カレントミラー回路は、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第1のトランジスタと第2のトランジスタが直列に接続され前記入力端に入力電流を流す第1の直列回路と、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第3のトランジスタと第4のトランジスタが直列に接続され、該第1の直列回路と並列に接続されて第1の直列回路と共に前記入力端に入力電流を流す第2の直列回路と、
第1の電源電圧と前記出力端との間に第5のトランジスタと第6のトランジスタが直列に接続され、前記出力電流を出力する第3の直列回路と、
を備え、
前記第1及び第5の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端が第2の電源電圧にそれぞれ接続されてオンし、前記第2、第4及び第6の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端がそれぞれ前記入力端に接続され、前記第3のトランジスタは、該トランジスタの制御信号入力端が前記出力端に接続されるものである。
【0017】
具体的には、前記第1、第3及び第5の各トランジスタは、それぞれ第1の電源電圧側に接続され、前記第2及び第4の各トランジスタは、それぞれ前記入力端に入力電流を流し、前記第6のトランジスタは、前記出力電流を出力端に出力するようにした。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるカレントミラー回路の例を示した回路図である。
図1におけるカレントミラー回路1は、入力端INから入力電流i1が流れると、出力端OUTから該入力電流i1に応じた出力電流i2を出力する。
【0019】
図1において、カレントミラー回路1は、PMOSトランジスタP10,P11,P20,P21,P30,P31で構成されており、電源電圧VDDと入力端INとの間に、PMOSトランジスタP10及びP11の直列回路及びPMOSトランジスタP20及びP21の直列回路が並列に接続されている。また、電圧電圧VDDと出力端OUTとの間にPMOSトランジスタP30及びP31の直列回路が接続されている。
【0020】
なお、PMOSトランジスタP10が第1のトランジスタを、PMOSトランジスタP11が第2のトランジスタを、PMOSトランジスタP20が第3のトランジスタを、PMOSトランジスタP21が第4のトランジスタを、PMOSトランジスタP30が第5のトランジスタを、PMOSトランジスタP31が第6のトランジスタをそれぞれなす。また、各MOSトランジスタのゲートは制御信号入力端をそれぞれなし、電源電圧VDDが第1の電源電圧を、接地電圧が第2の電源電圧をそれぞれなす。
【0021】
PMOSトランジスタP10及びP30の各ゲートは接地電圧にそれぞれ接続され、PMOSトランジスタP11,P21,P31の各ゲートはそれぞれ接続されて、該接続部はPMOSトランジスタP11及びP21の各ドレインにそれぞれ接続されている。また、PMOSトランジスタP20のゲートはPMOSトランジスタP31のドレインに、すなわち出力端OUTに接続されている。なお、PMOSトランジスタP10,P11,P20,P21,P30,P31の各サブストレートゲートはそれぞれ電源電圧VDDに接続されている。
【0022】
PMOSトランジスタP10,P11,P20,P21がカレントミラー回路の入力側である1次側を構成し、PMOSトランジスタP30,P31がカレントミラー回路の出力側である2次側を構成している。PMOSトランジスタP11及びP21は、出力端OUTから出力される出力電流i2の制御を行う。PMOSトランジスタP11とPMOSトランジスタP21のトランジスタサイズの比は任意であるが、PMOSトランジスタP11及びP21のトランジスタサイズの和とPMOSトランジスタP31のトランジスタサイズの比でカレントミラー比が決まる。
【0023】
また、PMOSトランジスタP10とP20とのトランジスタサイズの比は、PMOSトランジスタP11とP21とのトランジスタサイズの比に一致させる必要がある。更に、PMOSトランジスタP10及びP20のトランジスタサイズの和とPMOSトランジスタP30のトランジスタサイズとの比は、PMOSトランジスタP11及びP21のトランジスタサイズの和とPMOSトランジスタP31のトランジスタサイズとの比に一致させる必要がある。PMOSトランジスタP10,P20,P30の各ゲート長Lは同一であり、PMOSトランジスタP11,P21,P31の各ゲート長Lも同一にしてペア性を確保する必要がある。
【0024】
各PMOSトランジスタP10,P11,P20,P21,P30,P31のそれぞれのゲート幅Wについては、カレントミラー回路の1次側対2次側の電流比(i1:i2)をいくらに定めるかによって、PMOSトランジスタP10のゲート幅W10及びPMOSトランジスタP20のゲート幅W20の和(W10+W20)とPMOSトランジスタP30のゲート幅W30との比、並びにPMOSトランジスタP11のゲート幅W11及びPMOSトランジスタP21のゲート幅W21の和(W11+W21)とPMOSトランジスタP31のゲート幅W31との比がそれぞれ決まるが、ここでは説明を容易にするために1次側対2次側の電流比を1:1にする。すなわち、1次側に流す電流i1と2次側から出力する電流i2は、ほぼ同一になる場合を想定して説明する。
【0025】
なお、PMOSトランジスタP10とP20のゲート幅の比(W10:W20)、及びPMOSトランジスタP11とP21のゲート幅の比(W11:W21)は、後述するチャネル長変調効果の打ち消し度合いを決定する重要なパラメータとなるのであるが、ここでは説明を容易にするためにそれぞれ1:1としておく。すなわち、ゲート幅W10及びW20はそれぞれゲート幅W30の1/2であり、ゲート幅W11及びW21はそれぞれゲート幅W31の1/2である。
【0026】
ここで、PMOSトランジスタP10ドレインとPMOSトランジスタP11のソースとの接続部をAとし、PMOSトランジスタP20のドレインとPMOSトランジスタP21のソースとの接続部をBとし、PMOSトランジスタP30のドレインとPMOSトランジスタP31のソースとの接続部をCとする。
図2は、出力端OUTの電圧Voに対する入力端IN及び接続部A,B,Cの電圧変化を示した図であり、図2を用いて説明する。なお、図2では、電源電圧VDDは5Vの場合を例にして示している。
【0027】
まず、出力端OUTの電圧Voが0V(接地電圧)のときを考えてみる。PMOSトランジスタP10、P20及びP30は、ソース、ゲート、ドレインがそれぞれ同じ条件になっているため、電流i1及びi2はほぼ同じになっている。すなわち、PMOSトランジスタP10、P20及びP30において、各ソースは電源電圧VDDにそれぞれ接続され、各ゲートは接地電圧にそれぞれ接続され、各ドレインは、トランジスタのオン抵抗と流れる電流によって電源電圧VDDから電圧降下する値、例えば図2では接続部A〜Cの電圧がいずれも4.9Vで同一である。なお、PMOSトランジスタP10,P20,P30は、完全なMOSトランジスタのリニア領域で動作しているのでそれぞれ単なる抵抗の働きをしている。PMOSトランジスタP10,P11とPMOSトランジスタP20,P21には、このとき入力電流i1の1/2の電流が均等に流れている。
【0028】
出力端OUTが0Vから電源電圧VDDに向かって上昇すると、PMOSトランジスタP20は、ゲートに出力端OUTの電圧Voが入力されていることからオン抵抗が増加し、結果としてPMOSトランジスタP20のドレイン電圧(接続部Bの電圧)が低下し、PMOSトランジスタP21のゲート・ソース間電圧Vgs(接続部Bと入力端INとの間の電圧)が小さくなって、PMOSトランジスタP20,P21を流れる電流が減少する。すなわち、PMOSトランジスタP20,P21からの電流の減少分は、PMOSトランジスタP10,P11から補うことになり、PMOSトランジスタP11のゲート・ソース間電圧Vgs(接続部Aと入力端INとの間の電圧)を増加させるために、入力端INの電圧Viも降下していく。
【0029】
カレントミラー回路1の2次側のトランジスタであるPMOSトランジスタP31のゲート電圧が固定であれば、出力端OUTの電圧Voの上昇と共にPMOSトランジスタP31のチャネル長変調効果により出力電流i2が減少していく(図11の基本カレントミラー回路の特性と同様に)はずである。しかし、前述したように、出力端OUTの電圧Voが上昇すると共にPMOSトランジスタP31のゲート電圧である入力端INの電圧Viが下降していくことから、チャネル長変調効果によって電流が減少するのを補うことができる。
【0030】
図1のPMOSトランジスタP10,P20,P30を抵抗で示すと図3のようになる。
図3において、PMOSトランジスタP20に相当する抵抗R20は、出力端OUTの電圧Voに連動して抵抗値が変わる可変抵抗とみなすことができる。すなわち、出力端OUTの電圧Voがカレントミラー回路1の1次側回路に帰還してチャネル長変調効果を補正する回路になっている。
【0031】
ここで、PMOSトランジスタP31において、ゲート・ソース間電圧Vgsの増加による出力電流i2の増加分と、チャネル長変調効果減少による出力電流i2の減少分が相殺するように各定数を設定すると、前記基本カレントミラー回路の欠点であったチャネル長変調効果による定電流性の悪化を改善することができる。カレントミラー回路1の1次側に出力端OUTの電圧Voを帰還させてチャネル長変調効果による電流減少分を補う量は、PMOSトランジスタP10,P20,P30の各オン抵抗値、電流i1,i2の各電流値、及びPMOSトランジスタP10、P11の組とPMOSトランジスタP20、P21の組とのトランジスタサイズの比の各変数が関与している。
【0032】
PMOSトランジスタP10,P20,P30の各オン抵抗値と、電流i1,i2の各電流値とは関連があり、PMOSトランジスタP10,P20,P30の各ドレイン電圧、すなわち図1の接続部A〜Cの各電圧が、電源電圧VDDからある適切な電圧だけ低下した電圧値になるように選択する必要がある。例えば、PMOSトランジスタP10及びP20のオン抵抗をそれぞれ大きくすると、入力電流i1に対してPMOSトランジスタP10及びP20の各ドレイン電圧が大きく電圧降下を起こすため、PMOSトランジスタP20において、ゲートにフィードバックされる電圧の変化に対してドレイン電圧が大きく変化する。このことから、出力電圧Voの変化に対してPMOSトランジスタP11、P21、P31の各ゲート電圧の変化も大きく変動するためフィードバックの効果が顕著になる。
【0033】
ただし、PMOSトランジスタP10、P20の各ドレイン電圧をあまり大きく電圧降下をさせると、入力端IN、出力端OUTの動作範囲を狭めることになったり、出力電流i2において、入力電流i1の速い変化に追従する速度が鈍くなったり、セトリング時間が遅くなることがあるので注意が必要である。PMOSトランジスタP10,P20の各オン抵抗は小さめにして、次に説明する入力電流i1に対するPMOSトランジスタP10、P11とPMOSトランジスタP20、P21とのトランジスタサイズの比でチャネル長変調効果による電流変化を相殺させるようにしたほうが無難である。例えば、図2では、接続部A〜Cの各電圧が、5Vの電源電圧VDDから約100mV電圧降下した値になるように設定されている。入力電流i1が約220mAである場合、図3の(R10+R20)の抵抗値は、R30の抵抗値と等しく0.45Ωである。
【0034】
前記電圧降下量は、後述する電流立ち上がり又は立ち下がり反応特性に影響を及ぼすと共に、出力電流i2の定電流特性をフラットにするために、PMOSトランジスタP10、P11の組とPMOSトランジスタP20、P21の組とのトランジスタサイズの比と密接な関連がある。電流立ち上がり及び電流立ち下がり反応特性については後述するが、電圧降下量をあまり大きくすると、PMOSトランジスタP10,P20,P30のドレイン側にそれぞれ存在する寄生容量を充放電する電圧振幅が大きくなりセトリング時間が遅くなることから、スピードを重視する用途には注意が必要である。
【0035】
次に、出力電流i2の定電流特性をフラットにするための前記各電圧降下量と、PMOSトランジスタP10、P11の組とPMOSトランジスタP20、P21の組とのトランジスタサイズの比との関連について説明する。
出力電圧VoがフィードバックされているPMOSトランジスタP20,P21側のトランジスタサイズの割合を大きくするとフィードバックの効果が増加し出力電流i2を増加させる効果が増加するが、逆に小さくするとフィードバックによる出力電流i2を増加させる効果が減少する。
【0036】
PMOSトランジスタP10、P11の組とPMOSトランジスタP20、P21の組とのトランジスタサイズの比をある値に固定すると、PMOSトランジスタP10及びP20の電圧降下量が大きい場合、PMOSトランジスタP20の電圧Voの変動に対するドレイン電圧(接続部Bの電圧)の変動が大きいことから、出力端OUTの電圧Voの帰還がかかっているPMOSトランジスタP20,P21の組の電流補正効果が大きくなり、逆にPMOSトランジスタP10及びP20の電圧降下量が小さいと該電流補正効果が小さくなる。
【0037】
一方、PMOSトランジスタP10及びP20の電圧降下量をある値に固定し、PMOSトランジスタP10,P11の組とPMOSトランジスタP20,P21の組とのトランジスタサイズの比を変えてみる。帰還のかかっているPMOSトランジスタP20,P21の組のトランジスタサイズの割合を増やすと前記電流補正効果が大きくなり、PMOSトランジスタP20,P21の組のトランジスタサイズの割合を減らすと前記電流補正効果が小さくなる。
【0038】
すなわち、PMOSトランジスタP10及びP20の電圧降下量と、PMOSトランジスタP10,P11の組とPMOSトランジスタP20,P21の組とのトランジスタサイズの比とはお互いにトレードオフの関係にある。このため、該2つのパラメータを適正に選んで図4で示すような出力電流i2の特性になるようにして、チャネル長変調効果をうまく打ち消すようにするとよい。すなわち、図4において、出力端OUTの電圧Voが0〜3.2V付近の範囲で従来の基本カレントミラー回路の場合よりも出力電流i2の定電流性が大幅に向上していることが分かる。なお、図4では、電源電圧VDDが5Vである場合を例にして示し、(a)は図1のカレントミラー回路1の場合を、(b)は従来の基本カレントミラー回路の場合をそれぞれ示している。
【0039】
ここで、1次側の非帰還トランジスタであるPMOSトランジスタP10,P11と帰還がかかっている1次側のトランジスタであるPMOSトランジスタP20,P21のゲート幅Wの比を3:1、2:2、及び1:3にした場合の出力電流i2の各特性例を図5で示している。なお、図5では、(a)はゲート幅Wの比が3:1の場合を、(b)はゲート幅Wの比が2:2の場合を、(c)はゲート幅Wの比が1:3の場合をそれぞれ示している。
図5において、出力端OUTの電圧Voが0〜3Vである範囲で見ると、(c)で示した1:3のものが最もフラットな特性を示している。(a)で示した3:1のもの及び(b)で示した2:2のものは、帰還トランジスタであるPMOSトランジスタP20,P21の割合が小さく補正がやや不足している。
【0040】
図6は、図5で示した場合のPMOSトランジスタP10,P20,P30の各ゲート幅Wを半分にし、オン抵抗を倍増させた場合の出力電流i2の各特性例を示した図である。なお、図6においても、(a)はゲート幅Wの比が3:1の場合を、(b)はゲート幅Wの比が2:2の場合を、(c)はゲート幅Wの比が1:3の場合をそれぞれ示している。
【0041】
PMOSトランジスタP10,P20,P30のオン抵抗による電圧降下量がそれぞれ2倍になるので帰還による補正効果が倍増し、図5ではフラットに近かった(c)の1:3の場合が完全に補正過剰となっており、図5では最も補正不足であった(a)の3:1の場合が最もフラットな特性が得られるようになった。
このように1次側の帰還/非帰還トランジスタのトランジスタサイズの比と、電源側のトランジスタであるPMOSトランジスタP10,P20,P30のオン抵抗と流す電流による電圧降下量との両者を調整することによって、出力端OUTの電圧Voの帰還による補正の度合いを変化させることができる。
【0042】
次に、図7は、出力端OUTから出力される出力電流i2の立ち上がり特性例を示した図である。なお、図7では、(a)は図1で示したカレントミラー回路1の場合を、(b)は従来の基本カレントミラー回路の場合を、(c)は従来のカスコード型カレントミラー回路の場合を、(d)は従来の低電圧カスコード型カレントミラー回路の場合をそれぞれ示している。
図7から分かるように、(a)で示したカレントミラー回路1の場合、PMOSトランジスタP10,P20,P30のドレイン電圧、すなわち図1の接続部A〜Cの各電圧降下量を電流i1、i2に対して100mA程度と比較的小さい値にしたため、出力電流i2の立ち上がり特性の急峻さは最も特性のよい従来の基本カレントミラー回路のものとほぼ同程度になっている。
【0043】
カスコード型カレントミラー回路は、2つのトランジスタが直列に接続された構成であることから両方のトランジスタのゲート電圧が安定するまで遅延があり、急峻さも基本電流ミラー回路や本発明のカレントミラー回路1に比べて緩やかになっている。低電圧カスコード型カレントミラー回路の場合は、若干の遅延があり、オーバシュートが発生しているのでセトリングに時間がかかってしまっている。
【0044】
図8は、図1のカレントミラー回路1をレーザダイオード駆動回路に使用した場合の例を示した図である。なお、図8では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略する。
図8において、レーザダイオード駆動回路10は、カレントミラー回路1、スイッチ回路11、電流源12及びレーザダイオードLDで構成されている。カレントミラー回路1の入力端INと接地電圧との間には、スイッチ回路11と電流源12が直列に接続されており、カレントミラー回路1の出力端OUTにはレーザダイオードLDのアノードが接続され、レーザダイオードLDのカソードは接地電圧に接続されている。
【0045】
このような構成において、電流源12は、カレントミラー回路1の1次側に流す電流を発生させ、スイッチ回路11がオンして導通状態になると、電流源12で発生させた電流がカレントミラー回路1の入力端INから流れ、レーザダイオードLDに電流が供給される。また、スイッチ回路11がオフして遮断状態になると、カレントミラー回路1の入力端INから流れる電流が遮断され、レーザダイオードLDへの電流供給が停止する。なお、レーザダイオードLDの代わりに、発光ダイオード等への電流供給にも使用することができる。
【0046】
レーザダイオードや発光ダイオードは、電流に応じて発生する電圧Vopが変化し、固体差による電圧Vopのばらつきも存在する。図1のようなカレントミラー回路1を使用することで、該電圧Vopの変動やばらつきによる出力電流i2の変化が最小に抑えることができ、光ディスクへの高い書き込み品質を得ることができる。また、出力電流i2を高速に変化させる場合に、出力電流i2の立ち上がり及び立ち下がり時間が高速にセトリングするため、光ディスクへの精密な書き込みが可能となり、より高速な書き込みが可能となる。
【0047】
このように、本第1の実施の形態におけるカレントミラー回路は、出力電流i2の定電流性を従来の基本カレントミラー回路よりも大幅に改善することができると共に、1次側の電流i1の変化に対する出力電流i2の立ち上がり時間特性もカスコード型カレントミラー回路及び低電圧カスコード型カレントミラー回路よりも優れた特性にすることができる。
【0048】
また、本第1の実施の形態におけるカレントミラー回路1を、レーザダイオードを使用して光ディスクに記録を行うDVD−RWやDVD+RW、CD−R、CD−RW等に使用することによって、光ディスクへの高い書き込み品質を得ることができると共に、光ディスクへの精密な書き込みが可能となり、より高速な書き込みを可能にする。
【0049】
なお、前記第1の実施の形態では、PMOSトランジスタによる電流吐き出しを行う構成のカレントミラー回路を例にして示したが、本発明はこれに限定するものではなく、各PMOSトランジスタをNMOSトランジスタにして電源電圧VDDを接地電圧に、接地電圧を電源電圧VDDにそれぞれ変更した電流吸い込み型の構成のカレントミラー回路にしても同様の効果を得ることができる。
【0050】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明のカレントミラー回路によれば、出力電流の定電流特性を従来の基本カレントミラー回路よりも大幅に改善することができると共に、入力電流の変化に対する出力電流の立ち上がり時間特性もカスコード型カレントミラー回路及び低電圧カスコード型カレントミラー回路よりも優れた特性にすることができる。
【0051】
また、本発明の半導体レーザ駆動回路によれば、レーザダイオードを使用して光ディスクに記録を行うDVD−RWやDVD+RW、CD−R、CD−RW等において、光ディスクへの高い書き込み品質を得ることができると共に、光ディスクへの精密な書き込みが可能となり、より高速な書き込みを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるカレントミラー回路の例を示した回路図である。
【図2】電圧Voに対する入力端IN及び接続部A〜Cのそれぞれの電圧変化を示した図である。
【図3】図1のPMOSトランジスタP10,P20,P30を抵抗で示した等価回路である。
【図4】図1のカレントミラー回路1における出力電流i2の特性例を示した図である。
【図5】PMOSトランジスタP10,P11とPMOSトランジスタP20,P21のゲート幅Wの比を変えた場合の出力電流i2の特性例を示した図である。
【図6】図5の場合におけるPMOSトランジスタP10,P20,P30の各ゲート幅Wを半分にしたときの出力電流i2の特性例を示した図である。
【図7】出力端OUTから出力される電流i2の立ち上がり特性例を示した図である。
【図8】図1のカレントミラー回路1をレーザダイオード駆動回路に使用した場合を示した図である。
【図9】従来の基本カレントミラー回路の例を示した回路図である。
【図10】図9の出力電流Ioutの特性例を示した図である。
【図11】従来のカスコード型カレントミラー回路の例を示した回路図である。
【図12】図11の出力電流Ioutの特性例を示した図である。
【図13】従来の低電圧カスコード型カレントミラー回路の例を示した回路図である。
【図14】図13の出力電流Ioutの特性例を示した図である。
【符号の説明】
1 カレントミラー回路
P10、P11,P20,P21,P30,P31 PMOSトランジスタ
IN 入力端
OUT 出力端
11 スイッチ回路
12 電流源
LD レーザダイオード
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a current mirror circuit that generates and outputs a current having a fixed ratio with respect to an input current, and in particular, can change an output current at a high speed, and further requires a constant current property in an output current. For example, the present invention relates to a current mirror circuit used in a laser diode drive circuit for reading and writing optical disks.
[0002]
[Prior art]
Conventionally used current mirror circuits include a current mirror circuit having a basic circuit configuration (hereinafter, referred to as a basic current mirror circuit), a cascode-type current mirror circuit, a Wilson-type current mirror circuit, and a low-voltage cascode-type current mirror. There was a circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a basic current mirror circuit.
In FIG. 9, the drain and the gate of the PMOS transistor 101 are connected, and when a current Iin flows from the drain, a current Iout substantially proportional to the transistor size ratio of the PMOS transistor 101 and the PMOS transistor 102 is output from the drain of the PMOS transistor 102. Is done. However, in such a basic current mirror circuit, due to the channel length modulation effect of the MOS transistor, the output current Iout changes as shown in FIG. 10 depending on the voltage Vout of the output terminal OUT to which the drain of the PMOS transistor 102 is connected. There was a disadvantage.
[0004]
In the circuit of FIG. 9, the voltage Vout of the output terminal OUT at which the constant current of the output current Iout is maintained falls within the range of the following equation (1).
Vout ≦ VDD− (Vgs−Vth) (1)
In the above equation (1), VDD is a power supply voltage, Vgs is a gate-source voltage of the PMOS transistor 102, and Vth is a threshold voltage of the PMOS transistor 102.
[0005]
Assuming that the drain-source voltage Vds at the point where the PMOS transistor 102 switches from the linear region to the saturation region is Veff, Veff is represented by the following equation (2).
Veff = Vgs-Vth (2)
From the expression (2), the expression (1) can be expressed as the following expression (3).
Vout ≦ VDD−Veff (3)
[0006]
Next, FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a cascode type current mirror circuit.
FIG. 11 shows a configuration in which the current mirror circuit is stacked in two stages, and the drain voltage of the PMOS transistor 112 which determines the output current Iout is hardly affected by the voltage Vout of the output terminal OUT. As shown in FIG. 12, the cascode-type current mirror circuit of FIG. 11 is excellent in the constant current property of the output current Iout. In FIG. 12, the characteristic shown in FIG. 12A shows the case of the cascode type current mirror circuit shown in FIG. 11, and the characteristic shown in FIG. 12B shows the case of the basic current mirror circuit shown in FIG. ing.
[0007]
In the circuit of FIG. 11, the voltage Vout of the output terminal OUT at which the constant current of the output current Iout is maintained falls within the range of the following equation (4).
Vout ≦ VDD− (Vds112−Vgs113−Vth) = VDD− (2 ×× Vgs−Vth) (4)
In the above equation (4), Vds112 indicates a drain-source voltage of the PMOS transistor 112, Vgs113 indicates a gate-source voltage of the PMOS transistor 113, respectively, and each gate-source voltage Vgs of the PMOS transistors 112, 113 Are the same.
[0008]
Also, assuming that the threshold voltages Vth of the PMOS transistors 110 to 113 in FIG. 11 are also the same, and if Veff = Vgs−Vth, the above equation (4) can be expressed by the following equation (5).
Vout ≦ VDD− (2 · Veff + Vth) (5)
Comparing Equation (5) and Equation (3), it can be seen that Equation (5) has a narrower output voltage range in which the constant current operation can be performed by (Veff + Vth).
[0009]
As described above, the cascode type current mirror circuit has a disadvantage that the range of the output voltage Vout in which the constant current of the output current Iout is maintained is more limited than the basic current mirror circuit. The same applies to a Wilson-type current mirror circuit (not shown). In addition, the cascode type current mirror circuit basically has a speed at which the output current Iout follows the change in the input current Iin when the input current Iin changes at a high speed or when the input current Iin is input or stopped. There was a disadvantage that it was slower than the current mirror circuit.
[0010]
Next, FIG. 13 is a circuit diagram showing an example of a low voltage cascode type current mirror circuit. In FIG. 13, the same or similar components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals.
The low-voltage cascode-type current mirror circuit improves the problem that the voltage range of the output voltage Vout in the cascode-type current mirror circuit, in which the output current Iout maintains a constant current, becomes narrow. It can be seen that the voltage range of the output voltage Vout in which the constant current property of Iout is maintained is wider than that of the cascode type current mirror circuit shown in FIG. In FIG. 14, the characteristic shown in FIG. 14A shows the case of the low-voltage cascode type current mirror circuit shown in FIG. 13, and the characteristic shown in FIG. 14B shows the case of the basic current mirror circuit shown in FIG. Is shown.
[0011]
The output voltage Vout is represented by the following equation (6).
Vout ≦ VDD− (2 · Veff) (6)
From the equation (6), the voltage range of the output voltage Vout in which the constant current of the output current Iout is maintained by the threshold voltage Vth, as compared with the equation (5) in the case of the cascode type current mirror circuit. This corresponds to about 0.6 V to 1.0 V in a general CMOS process.
[0012]
However, there is a disadvantage that a circuit for generating the bias voltage Vb for each gate of the PMOS transistor 111 and the PMOS transistor 113 is required separately. Further, when the input current Iin is changed at a high speed, or when the input current Iin is input or stopped, the impedance of the PMOS transistors 111 and 113 must be reduced unless the impedance of the terminal Bin to which the bias voltage Vb is input is sufficiently reduced. There is also a disadvantage that the bias voltage Vb fluctuates due to the coupling of the parasitic capacitance between the drain and the gate, and the output current Iout cannot quickly follow the change in the input current Iin.
[0013]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to widen a voltage range of an output voltage in which a constant current property of an output current is maintained, and to provide an output with respect to a change in an input current. It is an object of the present invention to obtain a current mirror circuit capable of following a current at high speed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A current mirror circuit according to the present invention is a current mirror circuit that outputs an output current according to an input current flowing through an input terminal from an output terminal.
A first series circuit in which a first transistor and a second transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, and an input current flows through the input terminal;
A third transistor and a fourth transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, are connected in parallel with the first series circuit, and are connected to the input terminal together with the first series circuit. A second series circuit for flowing an input current;
A third series circuit having a fifth transistor and a sixth transistor connected in series between a first power supply voltage and the output terminal, and outputting the output current;
With
The first and fifth transistors are turned on when the control signal input terminals of the respective transistors are connected to a second power supply voltage, respectively, and the second, fourth and sixth transistors are connected to the respective transistors. Are connected to the input terminals, respectively, and the third transistor has a control signal input terminal of the transistor connected to the output terminal.
[0015]
Specifically, the first, third, and fifth transistors are respectively connected to a first power supply voltage side, and the second and fourth transistors each pass an input current to the input terminal. The sixth transistor outputs the output current to an output terminal.
[0016]
Further, the semiconductor laser drive circuit according to the present invention is a semiconductor laser drive circuit including a current mirror circuit that outputs an output current corresponding to an input current flowing through an input terminal from an output terminal to a laser diode.
The current mirror circuit includes:
A first series circuit in which a first transistor and a second transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, and an input current flows through the input terminal;
A third transistor and a fourth transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, are connected in parallel with the first series circuit, and are connected to the input terminal together with the first series circuit. A second series circuit for flowing an input current;
A third series circuit having a fifth transistor and a sixth transistor connected in series between a first power supply voltage and the output terminal, and outputting the output current;
With
The first and fifth transistors are turned on when the control signal input terminals of the respective transistors are connected to a second power supply voltage, respectively, and the second, fourth and sixth transistors are connected to the respective transistors. Are connected to the input terminals, respectively, and the third transistor has a control signal input terminal of the transistor connected to the output terminal.
[0017]
Specifically, the first, third, and fifth transistors are respectively connected to a first power supply voltage side, and the second and fourth transistors each pass an input current to the input terminal. The sixth transistor outputs the output current to an output terminal.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a current mirror circuit according to the first embodiment of the present invention.
When an input current i1 flows from an input terminal IN, the current mirror circuit 1 in FIG. 1 outputs an output current i2 corresponding to the input current i1 from an output terminal OUT.
[0019]
In FIG. 1, the current mirror circuit 1 includes PMOS transistors P10, P11, P20, P21, P30, and P31. A series circuit of the PMOS transistors P10 and P11 is provided between the power supply voltage VDD and the input terminal IN. A series circuit of PMOS transistors P20 and P21 is connected in parallel. A series circuit of PMOS transistors P30 and P31 is connected between the voltage VDD and the output terminal OUT.
[0020]
The PMOS transistor P10 is a first transistor, the PMOS transistor P11 is a second transistor, the PMOS transistor P20 is a third transistor, the PMOS transistor P21 is a fourth transistor, and the PMOS transistor P30 is a fifth transistor. And the PMOS transistor P31 forms a sixth transistor. The gate of each MOS transistor forms a control signal input terminal. The power supply voltage VDD forms a first power supply voltage, and the ground voltage forms a second power supply voltage.
[0021]
The gates of the PMOS transistors P10 and P30 are connected to the ground voltage, the gates of the PMOS transistors P11, P21 and P31 are connected to each other, and the connection is connected to the drains of the PMOS transistors P11 and P21. . The gate of the PMOS transistor P20 is connected to the drain of the PMOS transistor P31, that is, to the output terminal OUT. The substrate gates of the PMOS transistors P10, P11, P20, P21, P30, and P31 are connected to the power supply voltage VDD.
[0022]
The PMOS transistors P10, P11, P20, and P21 form a primary side which is an input side of the current mirror circuit, and the PMOS transistors P30 and P31 form a secondary side which is an output side of the current mirror circuit. The PMOS transistors P11 and P21 control the output current i2 output from the output terminal OUT. The ratio of the transistor sizes of the PMOS transistor P11 and the PMOS transistor P21 is arbitrary, but the current mirror ratio is determined by the sum of the transistor sizes of the PMOS transistors P11 and P21 and the ratio of the transistor size of the PMOS transistor P31.
[0023]
Further, the ratio between the transistor sizes of the PMOS transistors P10 and P20 needs to match the ratio between the transistor sizes of the PMOS transistors P11 and P21. Further, the ratio between the sum of the transistor sizes of the PMOS transistors P10 and P20 and the transistor size of the PMOS transistor P30 needs to match the ratio between the sum of the transistor sizes of the PMOS transistors P11 and P21 and the transistor size of the PMOS transistor P31. . The gate lengths L of the PMOS transistors P10, P20, and P30 are the same, and the gate lengths L of the PMOS transistors P11, P21, and P31 need to be the same to ensure pairing.
[0024]
The gate width W of each of the PMOS transistors P10, P11, P20, P21, P30, and P31 depends on the current ratio (i1: i2) between the primary side and the secondary side of the current mirror circuit. The ratio of the sum (W10 + W20) of the gate width W10 of the transistor P10 and the gate width W20 of the PMOS transistor P20 to the gate width W30 of the PMOS transistor P30, and the sum of the gate width W11 of the PMOS transistor P11 and the gate width W21 of the PMOS transistor P21 ( The ratio between W11 + W21) and the gate width W31 of the PMOS transistor P31 is determined. Here, the current ratio between the primary side and the secondary side is set to 1: 1 for ease of explanation. That is, the description will be made on the assumption that the current i1 flowing to the primary side and the current i2 output from the secondary side are substantially the same.
[0025]
The ratio of the gate width of the PMOS transistors P10 and P20 (W10: W20) and the ratio of the gate width of the PMOS transistors P11 and P21 (W11: W21) are important in determining the degree of canceling the channel length modulation effect described later. Although they are parameters, they are set to 1: 1 here for ease of explanation. That is, the gate widths W10 and W20 are each 1 / of the gate width W30, and the gate widths W11 and W21 are each 1 / of the gate width W31.
[0026]
Here, the connection between the drain of the PMOS transistor P10 and the source of the PMOS transistor P11 is A, the connection between the drain of the PMOS transistor P20 and the source of the PMOS transistor P21 is B, and the drain of the PMOS transistor P30 and the connection of the PMOS transistor P31. Let C be the connection to the source.
FIG. 2 is a diagram showing a voltage change of the input terminal IN and the connection portions A, B, and C with respect to the voltage Vo of the output terminal OUT, which will be described with reference to FIG. Note that FIG. 2 shows an example in which the power supply voltage VDD is 5V.
[0027]
First, consider the case where the voltage Vo at the output terminal OUT is 0 V (ground voltage). Since the sources, gates, and drains of the PMOS transistors P10, P20, and P30 have the same conditions, the currents i1 and i2 are substantially the same. That is, in the PMOS transistors P10, P20 and P30, each source is connected to the power supply voltage VDD, each gate is connected to the ground voltage, and each drain is a voltage drop from the power supply voltage VDD due to the on-resistance of the transistor and the flowing current. For example, in FIG. 2, the voltages at the connection portions A to C are all 4.9 V, which is the same. Note that the PMOS transistors P10, P20, and P30 operate in a linear region of a perfect MOS transistor, and thus each function simply as a resistor. At this time, half of the input current i1 flows uniformly through the PMOS transistors P10 and P11 and the PMOS transistors P20 and P21.
[0028]
When the output terminal OUT rises from 0 V toward the power supply voltage VDD, the ON resistance of the PMOS transistor P20 increases because the voltage Vo of the output terminal OUT is input to the gate, and as a result, the drain voltage of the PMOS transistor P20 ( The voltage at the connection B) decreases, the gate-source voltage Vgs of the PMOS transistor P21 (the voltage between the connection B and the input terminal IN) decreases, and the current flowing through the PMOS transistors P20 and P21 decreases. . That is, the decrease in the current from the PMOS transistors P20 and P21 is compensated for by the PMOS transistors P10 and P11, and the gate-source voltage Vgs of the PMOS transistor P11 (the voltage between the connection portion A and the input terminal IN). , The voltage Vi of the input terminal IN also decreases.
[0029]
If the gate voltage of the PMOS transistor P31, which is the transistor on the secondary side of the current mirror circuit 1, is fixed, the output current i2 decreases due to the channel length modulation effect of the PMOS transistor P31 as the voltage Vo at the output terminal OUT increases. (Similar to the characteristics of the basic current mirror circuit of FIG. 11). However, as described above, since the voltage Vo at the output terminal OUT increases and the voltage Vi at the input terminal IN, which is the gate voltage of the PMOS transistor P31, decreases, the current decreases due to the channel length modulation effect. I can make up for it.
[0030]
FIG. 3 shows the PMOS transistors P10, P20, and P30 of FIG. 1 represented by resistors.
In FIG. 3, a resistor R20 corresponding to the PMOS transistor P20 can be regarded as a variable resistor whose resistance changes in conjunction with the voltage Vo at the output terminal OUT. That is, the voltage Vo at the output terminal OUT is fed back to the primary circuit of the current mirror circuit 1 to correct the channel length modulation effect.
[0031]
Here, in the PMOS transistor P31, when the respective constants are set so that the increase in the output current i2 due to the increase in the gate-source voltage Vgs and the decrease in the output current i2 due to the decrease in the channel length modulation effect cancel each other, It is possible to improve the deterioration of the constant current property due to the channel length modulation effect, which is a drawback of the current mirror circuit. The amount by which the voltage Vo at the output terminal OUT is fed back to the primary side of the current mirror circuit 1 to compensate for the current decrease due to the channel length modulation effect depends on the on-resistance values of the PMOS transistors P10, P20, and P30 and the currents i1 and i2. Each current value and each variable of the transistor size ratio between the set of the PMOS transistors P10 and P11 and the set of the PMOS transistors P20 and P21 are involved.
[0032]
The on-resistance values of the PMOS transistors P10, P20, and P30 are related to the current values of the currents i1 and i2, and the drain voltages of the PMOS transistors P10, P20, and P30, that is, the connections A to C in FIG. It is necessary to select each voltage to be a voltage value lower than the power supply voltage VDD by a certain appropriate voltage. For example, when the on-resistance of each of the PMOS transistors P10 and P20 is increased, the drain voltage of each of the PMOS transistors P10 and P20 causes a large voltage drop with respect to the input current i1. The drain voltage greatly changes with the change. From this, the change in the gate voltage of each of the PMOS transistors P11, P21, and P31 also greatly changes with the change in the output voltage Vo, so that the effect of the feedback becomes remarkable.
[0033]
However, if the respective drain voltages of the PMOS transistors P10 and P20 are made to drop too much, the operating ranges of the input terminal IN and the output terminal OUT are reduced, and the output current i2 follows a rapid change of the input current i1. Care must be taken as the speed of the settling may be reduced and the settling time may be reduced. The on-resistance of each of the PMOS transistors P10 and P20 is made small, and the current change due to the channel length modulation effect is canceled by the ratio of the transistor size of the PMOS transistors P10 and P11 to the input current i1 described below. It is safer to do so. For example, in FIG. 2, each voltage of the connection parts A to C is set to be a value obtained by dropping the power supply voltage VDD of 5 V by about 100 mV. When the input current i1 is about 220 mA, the resistance value of (R10 + R20) in FIG. 3 is equal to the resistance value of R30 and is 0.45Ω.
[0034]
The voltage drop amount affects a current rising or falling response characteristic to be described later, and sets a pair of PMOS transistors P10 and P11 and a pair of PMOS transistors P20 and P21 in order to flatten the constant current characteristic of the output current i2. Is closely related to the transistor size ratio. Although the current rise and current fall response characteristics will be described later, if the voltage drop amount is too large, the voltage amplitude for charging / discharging the parasitic capacitance existing on the drain side of each of the PMOS transistors P10, P20, and P30 increases, and the settling time increases. Care must be taken in applications where speed is important, as it will be slow.
[0035]
Next, the relationship between the respective voltage drop amounts for flattening the constant current characteristics of the output current i2 and the transistor size ratio of the pair of PMOS transistors P10 and P11 and the pair of PMOS transistors P20 and P21 will be described. .
When the proportion of the transistor size on the side of the PMOS transistors P20 and P21 to which the output voltage Vo is fed back is increased, the effect of feedback increases and the effect of increasing the output current i2 increases. Increase effect decreases.
[0036]
When the transistor size ratio between the set of the PMOS transistors P10 and P11 and the set of the PMOS transistors P20 and P21 is fixed to a certain value, when the amount of voltage drop of the PMOS transistors P10 and P20 is large, the variation in the voltage Vo of the PMOS transistor P20 is reduced. Since the fluctuation of the drain voltage (the voltage of the connection portion B) is large, the current correction effect of the set of the PMOS transistors P20 and P21 to which the feedback of the voltage Vo of the output terminal OUT is applied becomes large, and conversely, the PMOS transistors P10 and P20 Is small, the current correction effect becomes small.
[0037]
On the other hand, the voltage drop amount of the PMOS transistors P10 and P20 is fixed to a certain value, and the ratio of the transistor size of the pair of the PMOS transistors P10 and P11 to the pair of the PMOS transistors P20 and P21 is changed. The current correction effect increases when the proportion of the transistor size of the set of the PMOS transistors P20 and P21 to which feedback is applied increases, and the current correction effect decreases when the proportion of the transistor size of the set of the PMOS transistors P20 and P21 decreases. .
[0038]
That is, the voltage drop amount of the PMOS transistors P10 and P20 and the ratio of the transistor size of the set of the PMOS transistors P10 and P11 to the transistor size of the set of the PMOS transistors P20 and P21 are in a trade-off relationship with each other. For this reason, it is preferable to appropriately select the two parameters so that the characteristics of the output current i2 as shown in FIG. 4 are obtained, so that the channel length modulation effect can be canceled well. That is, in FIG. 4, it can be seen that the constant current property of the output current i2 is greatly improved as compared with the case of the conventional basic current mirror circuit when the voltage Vo at the output terminal OUT is in the range of about 0 to 3.2V. 4 shows an example in which the power supply voltage VDD is 5 V, (a) shows the case of the current mirror circuit 1 in FIG. 1, and (b) shows the case of the conventional basic current mirror circuit. ing.
[0039]
Here, the ratio of the gate width W between the PMOS transistors P10 and P11, which are the non-feedback transistors on the primary side, and the PMOS transistors P20, P21, which are the primary transistors on which feedback is applied, is 3: 1, 2: 2, FIG. 5 shows an example of each characteristic of the output current i2 when the ratio is 1: 3. 5A shows a case where the ratio of the gate width W is 3: 1, FIG. 5B shows a case where the ratio of the gate width W is 2: 2, and FIG. The case of 1: 3 is shown.
In FIG. 5, when the voltage Vo at the output terminal OUT is in the range of 0 to 3 V, the one with the ratio of 1: 3 shown in (c) shows the flattest characteristic. The ratio of the PMOS transistors P20 and P21, which are feedback transistors, is small in the 3: 1 transistor shown in (a) and the 2: 2 transistor shown in (b), and the correction is slightly insufficient.
[0040]
FIG. 6 is a diagram illustrating each characteristic example of the output current i2 when the gate width W of each of the PMOS transistors P10, P20, and P30 in FIG. 5 is halved and the on-resistance is doubled. 6A also shows the case where the ratio of the gate width W is 3: 1, FIG. 6B shows the case where the ratio of the gate width W is 2: 2, and FIG. Are 1: 3 respectively.
[0041]
Since the amount of voltage drop due to the on-resistance of each of the PMOS transistors P10, P20, and P30 is doubled, the correction effect due to feedback is doubled. In FIG. 5, the case of (c) of 1: 3, which is almost flat, is completely overcorrected. In FIG. 5, the flattest characteristic can be obtained in the case of (a) 3: 1 which is the most insufficiently corrected.
As described above, by adjusting both the transistor size ratio of the primary-side feedback / non-feedback transistor and the voltage drop due to the on-resistance of the PMOS transistors P10, P20, and P30, which are the power supply-side transistors, and the flowing current. , The degree of correction by the feedback of the voltage Vo at the output terminal OUT can be changed.
[0042]
Next, FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a rising characteristic of the output current i2 output from the output terminal OUT. In FIG. 7, (a) shows the case of the current mirror circuit 1 shown in FIG. 1, (b) shows the case of the conventional basic current mirror circuit, and (c) shows the case of the conventional cascode type current mirror circuit. And (d) shows the case of a conventional low-voltage cascode type current mirror circuit.
As can be seen from FIG. 7, in the case of the current mirror circuit 1 shown in FIG. 7A, the drain voltages of the PMOS transistors P10, P20 and P30, that is, the respective voltage drops at the connection points A to C in FIG. , The steepness of the rising characteristic of the output current i2 is almost the same as that of the conventional basic current mirror circuit having the best characteristics.
[0043]
Since the cascode type current mirror circuit has a configuration in which two transistors are connected in series, there is a delay until the gate voltages of both transistors are stabilized. It has become more gradual. In the case of the low voltage cascode type current mirror circuit, there is a slight delay, and overshooting occurs, so that it takes time for settling.
[0044]
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the current mirror circuit 1 of FIG. 1 is used in a laser diode drive circuit. In FIG. 8, the same or similar components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
8, a laser diode drive circuit 10 includes a current mirror circuit 1, a switch circuit 11, a current source 12, and a laser diode LD. A switch circuit 11 and a current source 12 are connected in series between an input terminal IN of the current mirror circuit 1 and a ground voltage, and an anode of a laser diode LD is connected to an output terminal OUT of the current mirror circuit 1. The cathode of the laser diode LD is connected to the ground voltage.
[0045]
In such a configuration, the current source 12 generates a current flowing to the primary side of the current mirror circuit 1, and when the switch circuit 11 is turned on and becomes conductive, the current generated by the current source 12 is changed to the current mirror circuit 1. The current flows from one input terminal IN, and a current is supplied to the laser diode LD. When the switch circuit 11 is turned off to be in the cutoff state, the current flowing from the input terminal IN of the current mirror circuit 1 is cut off, and the current supply to the laser diode LD stops. It should be noted that, instead of the laser diode LD, it can also be used for supplying current to a light emitting diode or the like.
[0046]
In a laser diode or a light emitting diode, the voltage Vop generated according to the current changes, and the voltage Vop also varies due to individual differences. By using the current mirror circuit 1 as shown in FIG. 1, a change in the output current i2 due to a change or variation in the voltage Vop can be suppressed to a minimum, and high writing quality to the optical disc can be obtained. In addition, when the output current i2 is changed at high speed, the rise and fall times of the output current i2 settle at high speed, so that precise writing to the optical disk can be performed, and higher-speed writing can be performed.
[0047]
As described above, the current mirror circuit according to the first embodiment can significantly improve the constant current property of the output current i2 as compared with the conventional basic current mirror circuit, and can change the primary-side current i1. The rise time characteristics of the output current i2 with respect to the current cascode type current mirror circuit and the low voltage cascode type current mirror circuit can also be improved.
[0048]
In addition, by using the current mirror circuit 1 in the first embodiment for a DVD-RW, a DVD + RW, a CD-R, a CD-RW, or the like that performs recording on an optical disk using a laser diode, the current mirror circuit 1 A high writing quality can be obtained, and precise writing on an optical disk can be performed, thereby enabling higher-speed writing.
[0049]
In the first embodiment, a current mirror circuit having a configuration in which current is discharged by a PMOS transistor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and each PMOS transistor may be an NMOS transistor. The same effect can be obtained by using a current mirror circuit of a current sink type configuration in which the power supply voltage VDD is changed to the ground voltage and the ground voltage is changed to the power supply voltage VDD.
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the current mirror circuit of the present invention, the constant current characteristic of the output current can be significantly improved as compared with the conventional basic current mirror circuit, and the output current with respect to the change of the input current can be improved. Of the cascode-type current mirror circuit and the low-voltage cascode-type current mirror circuit.
[0051]
Further, according to the semiconductor laser drive circuit of the present invention, it is possible to obtain high writing quality to an optical disc in DVD-RW, DVD + RW, CD-R, CD-RW, etc., which perform recording on an optical disc using a laser diode. At the same time, precise writing on the optical disk is enabled, and higher-speed writing can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a current mirror circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in voltage of an input terminal IN and connections A to C with respect to a voltage Vo.
FIG. 3 is an equivalent circuit in which PMOS transistors P10, P20, and P30 of FIG. 1 are represented by resistors.
FIG. 4 is a diagram showing a characteristic example of an output current i2 in the current mirror circuit 1 of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a characteristic example of the output current i2 when the ratio of the gate width W of the PMOS transistors P10 and P11 and the PMOS transistors P20 and P21 is changed.
6 is a diagram illustrating a characteristic example of an output current i2 when the gate width W of each of the PMOS transistors P10, P20, and P30 in the case of FIG. 5 is halved;
FIG. 7 is a diagram illustrating a rising characteristic example of a current i2 output from an output terminal OUT.
8 is a diagram showing a case where the current mirror circuit 1 of FIG. 1 is used in a laser diode drive circuit.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional basic current mirror circuit.
10 is a diagram illustrating a characteristic example of the output current Iout of FIG. 9;
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a conventional cascode type current mirror circuit.
12 is a diagram illustrating a characteristic example of the output current Iout in FIG. 11;
FIG. 13 is a circuit diagram showing an example of a conventional low-voltage cascode current mirror circuit.
14 is a diagram showing a characteristic example of the output current Iout of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Current mirror circuit
P10, P11, P20, P21, P30, P31 PMOS transistors
IN input terminal
OUT output terminal
11 Switch circuit
12 Current source
LD laser diode

Claims (4)

入力端を流れる入力電流に応じた出力電流を出力端から出力するカレントミラー回路において、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第1のトランジスタと第2のトランジスタが直列に接続され前記入力端に入力電流を流す第1の直列回路と、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第3のトランジスタと第4のトランジスタが直列に接続され、該第1の直列回路と並列に接続されて第1の直列回路と共に前記入力端に入力電流を流す第2の直列回路と、
第1の電源電圧と前記出力端との間に第5のトランジスタと第6のトランジスタが直列に接続され、前記出力電流を出力する第3の直列回路と、
を備え、
前記第1及び第5の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端が第2の電源電圧にそれぞれ接続されてオンし、前記第2、第4及び第6の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端がそれぞれ前記入力端に接続され、前記第3のトランジスタは、該トランジスタの制御信号入力端が前記出力端に接続されることを特徴とするカレントミラー回路。
In a current mirror circuit that outputs an output current according to an input current flowing through an input terminal from an output terminal,
A first series circuit in which a first transistor and a second transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, and an input current flows through the input terminal;
A third transistor and a fourth transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, are connected in parallel with the first series circuit, and are connected to the input terminal together with the first series circuit. A second series circuit for flowing an input current;
A third series circuit having a fifth transistor and a sixth transistor connected in series between a first power supply voltage and the output terminal, and outputting the output current;
With
The first and fifth transistors are turned on when the control signal input terminals of the respective transistors are connected to a second power supply voltage, respectively, and the second, fourth and sixth transistors are connected to the respective transistors. A current mirror circuit, wherein a control signal input terminal of the third transistor is connected to the input terminal, and a control signal input terminal of the third transistor is connected to the output terminal.
前記第1、第3及び第5の各トランジスタは、それぞれ第1の電源電圧側に接続され、前記第2及び第4の各トランジスタは、それぞれ前記入力端に入力電流を流し、前記第6のトランジスタは、前記出力電流を出力端に出力することを特徴とする請求項1記載のカレントミラー回路。The first, third and fifth transistors are respectively connected to a first power supply voltage side, and the second and fourth transistors respectively flow an input current to the input terminals and the sixth transistor The current mirror circuit according to claim 1, wherein the transistor outputs the output current to an output terminal. 入力端を流れる入力電流に応じた出力電流を出力端からレーザダイオードに出力するカレントミラー回路を備えた半導体レーザ駆動回路において、
前記カレントミラー回路は、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第1のトランジスタと第2のトランジスタが直列に接続され前記入力端に入力電流を流す第1の直列回路と、
第1の電源電圧と前記入力端との間に第3のトランジスタと第4のトランジスタが直列に接続され、該第1の直列回路と並列に接続されて第1の直列回路と共に前記入力端に入力電流を流す第2の直列回路と、
第1の電源電圧と前記出力端との間に第5のトランジスタと第6のトランジスタが直列に接続され、前記出力電流を出力する第3の直列回路と、
を備え、
前記第1及び第5の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端が第2の電源電圧にそれぞれ接続されてオンし、前記第2、第4及び第6の各トランジスタは、該各トランジスタの制御信号入力端がそれぞれ前記入力端に接続され、前記第3のトランジスタは、該トランジスタの制御信号入力端が前記出力端に接続されることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
In a semiconductor laser drive circuit including a current mirror circuit that outputs an output current corresponding to an input current flowing through an input terminal from an output terminal to a laser diode,
The current mirror circuit includes:
A first series circuit in which a first transistor and a second transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, and an input current flows through the input terminal;
A third transistor and a fourth transistor are connected in series between a first power supply voltage and the input terminal, are connected in parallel with the first series circuit, and are connected to the input terminal together with the first series circuit. A second series circuit for flowing an input current;
A third series circuit having a fifth transistor and a sixth transistor connected in series between a first power supply voltage and the output terminal, and outputting the output current;
With
The first and fifth transistors are turned on when the control signal input terminals of the respective transistors are connected to a second power supply voltage, respectively, and the second, fourth and sixth transistors are connected to the respective transistors. Wherein the control signal input terminal of the third transistor is connected to the input terminal, and the control signal input terminal of the third transistor is connected to the output terminal.
前記第1、第3及び第5の各トランジスタは、それぞれ第1の電源電圧側に接続され、前記第2及び第4の各トランジスタは、それぞれ前記入力端に入力電流を流し、前記第6のトランジスタは、前記出力電流を出力端に出力することを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ駆動回路。The first, third and fifth transistors are respectively connected to a first power supply voltage side, and the second and fourth transistors respectively flow an input current to the input terminals and the sixth transistor 4. The semiconductor laser drive circuit according to claim 3, wherein the transistor outputs the output current to an output terminal.
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