RU2339156C2 - Circuit of current mirror with automatic band switching - Google Patents

Circuit of current mirror with automatic band switching Download PDF

Info

Publication number
RU2339156C2
RU2339156C2 RU2006130434/09A RU2006130434A RU2339156C2 RU 2339156 C2 RU2339156 C2 RU 2339156C2 RU 2006130434/09 A RU2006130434/09 A RU 2006130434/09A RU 2006130434 A RU2006130434 A RU 2006130434A RU 2339156 C2 RU2339156 C2 RU 2339156C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
current mirror
input
output
transistor
Prior art date
Application number
RU2006130434/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006130434A (en
Inventor
Фу-Янг ШИХ (CN)
Фу-Янг ШИХ
Хсу-Юан ЧИН (CN)
Хсу-Юан ЧИН
Original Assignee
Силикон Точ Текнолоджи Инк.
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 Силикон Точ Текнолоджи Инк. filed Critical Силикон Точ Текнолоджи Инк.
Priority to RU2006130434/09A priority Critical patent/RU2339156C2/en
Publication of RU2006130434A publication Critical patent/RU2006130434A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2339156C2 publication Critical patent/RU2339156C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is attributed to electronic engineering. Circuit of current mirror with automatic band switching contains current mirrors of the front step and the back step each one of which has variable amplification factor. Current read-out circuit sets threshold current and has input current of the front step current mirror. Current read-out circuit compares input current with current threshold value and after that gives control signal to current mirrors of front and back steps to set suitable amplification factor. Therefore bias current of the back step current mirror is amplified with suitable amplification factor which improves output current quality of the back step mirror.
EFFECT: improving the accuracy of output current regulation.
16 cl, 15 dwg

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Область изобретения1. Field of invention

Настоящее изобретение относится к схеме токового зеркала, в частности к схеме токового зеркала, которая автоматически переключается на подходящий коэффициент усиления в соответствии с действующим значением входного тока смещения.The present invention relates to a current mirror circuit, in particular to a current mirror circuit, which automatically switches to a suitable gain in accordance with the effective value of the input bias current.

2. Описание известных технических решений2. Description of known technical solutions

В общем, токовое зеркало состоит из некоторого множества транзисторных элементов. В одном из типов токового зеркала в качестве транзисторных элементов используются МОП-транзисторы. Благодаря характеристикам материала МОП-транзистора подача на токовое зеркало различных токов смещения влияет на точность выходного тока токового зеркала.In general, a current mirror consists of a plurality of transistor elements. In one type of current mirror, MOS transistors are used as transistor elements. Due to the characteristics of the material of the MOS transistor, the supply of different bias currents to the current mirror affects the accuracy of the output current of the current mirror.

МОП-транзисторы, применяемые в токовом зеркале, в основном работают в области насыщения. Когда МОП-транзистор работает в области насыщения, существует простое соотношение между током истока Ids и напряжением затвора Vgs, представленное формулой Ids=[μCOX(W/L)(Vgs-Vth)2/2]. Параметры μ, СОХ, W, L и Vgs каждого МОП-транзистора определяются в процессе изготовления, так что параметры МОП-транзисторов токового зеркала различны. Результат произведения μCOX(W/L) для каждого МОП-транзистора токового зеркала меняется в не очень широких пределах, но когда на вход токового зеркала подаются различные входные токи смещения, значение (Vgs-Vth)) изменяется. То есть, когда на вход токового зеркала подается маленький входной ток смещения, значение (Vgs-Vth) уменьшается. Из-за характеристик материала МОП-транзистора при длительном активировании МОП-транзистора параметр Vth оказывается неустойчивым.MOS transistors used in the current mirror mainly work in the saturation region. When the MOS transistor operates in the saturation region, there is a simple relation between the current I ds of the source and the gate voltage V gs, represented by formula I ds = [μC OX (W / L) (V gs -V th) 2/2]. The parameters μ, С ОХ , W, L, and V gs of each MOS transistor are determined during the manufacturing process, so that the parameters of the MOS transistors of the current mirror are different. The result of the product μC OX (W / L) for each MOS transistor of the current mirror varies within a not very wide range, but when different input bias currents are applied to the input of the current mirror, the value (V gs -V th) ) changes. That is, when a small input bias current is applied to the input of the current mirror, the value (V gs -V th ) decreases. Due to the material characteristics of the MOS transistor, when the MOS transistor is activated for a long time, the parameter V th is unstable.

Поэтому нестабильность Vth непосредственно влияет на ток истока Ids. To есть, чем меньше сигнал тока смещения, тем больше погрешность выходного тока токового зеркала.Therefore, the instability V th directly affects the source current I ds . That is, the smaller the bias current signal, the greater the error in the output current of the current mirror.

В соответствии с Фиг.15, реальная схема токового зеркала представляет собой двухступенчатую схему, содержащую два последовательно соединенных токовых зеркала. Токовое зеркало первой ступени состоит из двух МОП-транзисторов (M1, M2) и имеет коэффициент усиления 10:1, вход и выход. Токовое зеркало второй ступени состоит из трех МОП-транзисторов (М3, М4, М5) и имеет коэффициент усиления 1:10, вход, соединенный с выходом первой ступени токового зеркала, и два выхода.In accordance with Fig. 15, the real circuit of the current mirror is a two-stage circuit containing two series-connected current mirrors. The current mirror of the first stage consists of two MOS transistors (M1, M2) and has a gain of 10: 1, input and output. The current mirror of the second stage consists of three MOS transistors (M3, M4, M5) and has a gain of 1:10, an input connected to the output of the first stage of the current mirror, and two outputs.

Допустим, что входной ток (IIN), подаваемый на вход токового зеркала первой ступени, составляет 100 μА, тогда в соответствии с коэффициентом усиления (10:1) токового зеркала первой ступени ток смещения (IB), генерируемый на выходе токового зеркала первой ступени, составит 10 μА. Ток смещения (IB) подается на вход токового зеркала второй ступени, а затем токовое зеркало второй ступени генерирует два выходных тока (IOUT1, IOUT2) (100 μА) на двух входах в соответствии с коэффициентом усиления (1:10). Далее, если входной ток (IIN), подаваемый на вход токового зеркала первой ступени, равен 10 μА, тогда ток смещения, генерируемый на выходе токового зеркала первой ступени, равен 1 μА. Затем токовое зеркало второй ступени генерирует на двух выходах два выходных тока (IOUT1, IOUT2) (100 μА). Поэтому погрешность выходных токов (IOUT1, IOUT2) возрастает, когда на вход токового зеркала второй ступени подается меньший ток смещения.Suppose that the input current (I IN ) supplied to the input of the current mirror of the first stage is 100 μA, then, in accordance with the gain (10: 1) of the current mirror of the first stage, the bias current (I B ) generated at the output of the current mirror of the first steps, will be 10 μA. The bias current (I B ) is supplied to the input of the current mirror of the second stage, and then the current mirror of the second stage generates two output currents (I OUT1 , I OUT2 ) (100 μA) at two inputs in accordance with the gain (1:10). Further, if the input current (I IN ) supplied to the input of the current mirror of the first stage is 10 μA, then the bias current generated at the output of the current mirror of the first stage is 1 μA. Then, the current mirror of the second stage generates two output currents (I OUT1 , I OUT2 ) (100 μA) at two outputs. Therefore, the error of the output currents (I OUT1 , I OUT2 ) increases when a lower bias current is applied to the input of the current mirror of the second stage.

Что касается случаев практического применения с высокими требованиями к точности токового сигнала, таких как схема управления светодиодом или оптическим светодиодом и т.п. изделиями, то погрешность выходного тока нельзя игнорировать, и она приобретает все более важное значение. Поскольку схема управления оптическим светодиодом должна генерировать множество небольших управляющих токов, расхождение между входным током светодиодного изделия и управляющими токами и сдвиги между управляющими токами, очевидно, будут больше и хуже, чем в случае, когда входной ток и управляющие токи, генерируемые другой схемой управления другим изделием, работают в режиме большого сигнала. Кроме того, диапазон выходного тока ограничен, поскольку максимальный ток смещения ограничен в соответствии с ограничениями стандарта на МОП-транзисторы. Если ток смещения, подаваемый на вход МОП-транзистора, будет намного меньше максимального тока смещения, тогда погрешность выходного тока чрезвычайно возрастает, и большая погрешность выходного тока ограничивает возможности улучшения управляющей схемы с высокими требованиями к точности.As for practical applications with high requirements for the accuracy of the current signal, such as a control circuit of an LED or optical LED, etc. products, the error of the output current cannot be ignored, and it is becoming increasingly important. Since the optical LED control circuit must generate many small control currents, the discrepancy between the input current of the LED product and the control currents and the shifts between the control currents will obviously be larger and worse than when the input current and control currents generated by another control circuit by another product, operate in large signal mode. In addition, the output current range is limited, since the maximum bias current is limited in accordance with the limitations of the MOSFET standard. If the bias current supplied to the input of the MOS transistor is much less than the maximum bias current, then the error in the output current increases extremely, and the large error in the output current limits the possibility of improving the control circuit with high accuracy requirements.

Для преодоления этих недостатков настоящее изобретение предлагает схему токового зеркала, которая автоматически включает подходящий диапазон усиления, устраняя или смягчая вышеупомянутые проблемы.To overcome these drawbacks, the present invention provides a current mirror circuit that automatically includes a suitable gain range, eliminating or mitigating the aforementioned problems.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Основной целью изобретения является создание схемы токового зеркала, выполненного в виде многоступенчатого устройства, которое автоматически включает подходящий коэффициент усиления в соответствии с действующим в данный момент входным током смещения.The main objective of the invention is to create a current mirror circuit, made in the form of a multi-stage device, which automatically includes a suitable gain in accordance with the current bias current input.

Схема токового зеркала имеет контур считывания тока, токовые зеркала передней и задней ступеней, причем каждое из них имеет регулируемый коэффициент усиления. Контур считывания тока устанавливает пороговый ток и имеет выходной ток, являющийся входным током токового зеркала передней ступени. Контур считывания тока сравнивает входной ток с пороговым значением тока, а затем выдает управляющий сигнал на токовые зеркала передней и задней ступеней, чтобы настроить подходящий коэффициент усиления. Поэтому ток смещения токового зеркала передней ступени усиливается с подходящим коэффициентом усиления, что улучшает качество выходного тока токового зеркала задней ступени.The current mirror circuit has a current sensing circuit, current mirrors of the front and rear stages, each of which has an adjustable gain. The current sensing circuit sets the threshold current and has an output current that is the input current of the current mirror of the front stage. The current sensing circuit compares the input current with the threshold current value, and then provides a control signal to the current mirrors of the front and rear stages to adjust the appropriate gain. Therefore, the bias current of the current mirror of the front stage is amplified with a suitable gain, which improves the quality of the output current of the current mirror of the rear stage.

Другие цели, преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания изобретения, которое следует рассматривать вместе с прилагаемыми чертежами.Other objectives, advantages and features of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, which should be read in conjunction with the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг.1 представляет блок-схему устройства токового зеркала в соответствии с настоящим изобретением;Figure 1 is a block diagram of a current mirror device in accordance with the present invention;

Фиг.2 представляет блок-схему первого варианта контура считывания тока в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Figure 2 is a block diagram of a first embodiment of a current sensing circuit in a current mirror circuit shown in Figure 1;

Фиг.3 представляет блок-схему второго варианта контура считывания тока в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Figure 3 is a block diagram of a second embodiment of a current sensing circuit in a current mirror circuit shown in Figure 1;

Фиг.4 представляет блок-схему третьего варианта контура считывания тока в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Figure 4 is a block diagram of a third embodiment of a current sensing circuit in a current mirror circuit shown in Figure 1;

Фиг.5 представляет принципиальную схему первого варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;FIG. 5 is a schematic diagram of a first embodiment of a variable gain current mirror in the current mirror circuit shown in FIG. 1;

Фиг.6 представляет принципиальную схему второго варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Fig.6 is a schematic diagram of a second variant of a current mirror with adjustable gain in the circuit of the current mirror shown in Fig.1;

Фиг.7 представляет принципиальную схему третьего варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Fig.7 is a schematic diagram of a third variant of the current mirror with adjustable gain in the circuit of the current mirror shown in Fig.1;

Фиг.8 представляет принципиальную схему четвертого варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Fig. 8 is a schematic diagram of a fourth embodiment of a variable gain current mirror in the current mirror circuit shown in Fig. 1;

Фиг.9 представляет принципиальную схему пятого варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Fig.9 is a schematic diagram of a fifth embodiment of a current mirror with adjustable gain in the current mirror circuit shown in Fig.1;

Фиг.10 представляет принципиальную схему шестого варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;Figure 10 is a schematic diagram of a sixth embodiment of a variable gain current mirror in the current mirror circuit shown in Figure 1;

Фиг.11 представляет принципиальную схему седьмого варианта токового зеркала с регулируемым коэффициентом усиления в схеме токового зеркала, показанного на Фиг.1;11 is a schematic diagram of a seventh embodiment of a current mirror with adjustable gain in the current mirror circuit shown in FIG. 1;

Фиг.12 представляет принципиальную схему первого варианта схемы токового зеркала согласно настоящему изобретению;12 is a schematic diagram of a first embodiment of a current mirror circuit according to the present invention;

Фиг.13 представляет принципиальную схему второго варианта схемы токового зеркала согласно настоящему изобретению;13 is a circuit diagram of a second embodiment of a current mirror circuit according to the present invention;

Фиг.14 представляет графическое изображение двух соотношений, одно из которых является соотношением: выходной ток (IOUT) и ток смещения (IВ)/ действующий перекос выходного тока токового зеркала согласно настоящему изобретению, а второе представляет соотношение: выходной ток (IOUT) и ток смещения (IB)/ действующий перекос выходного тока обычного токового зеркала, соответствующего известным техническим решениям; иFig. 14 is a graphical representation of two ratios, one of which is the ratio: output current (I OUT ) and bias current (I B ) / current bias of the output current of the current mirror according to the present invention, and the second is the ratio: output current (I OUT ) and bias current (I B ) / current bias of the output current of a conventional current mirror, corresponding to known technical solutions; and

Фиг.15 представляет принципиальную схему обычного токового зеркала в соответствии с известными техническими решениями.Fig is a schematic diagram of a conventional current mirror in accordance with known technical solutions.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТАDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

На Фиг.1 показана схема токового зеркала с автоматическим переключением диапазона согласно настоящему изобретению, содержащая токовое зеркало передней ступени (1), необязательное токовое зеркало средней ступени (2), токовое зеркало задней ступени (3) и контур считывания тока (4).Figure 1 shows a diagram of a current mirror with automatic range switching according to the present invention, comprising a front stage current mirror (1), an optional middle stage current mirror (2), a rear stage current mirror (3) and a current sensing circuit (4).

Токовое зеркало передней ступени (1) имеет первый регулируемый коэффициент усиления и используется для генерирования тока смещения, соответствующего действующему в данный момент входному току. Токовое зеркало задней ступени (3) имеет второй регулируемый коэффициент усиления и может быть соединено с токовым зеркалом передней ступени (1). Токовое зеркало задней ступени (3) используется для создания множественных выходных токов. Кроме того, токовое зеркало задней ступени (3) далее соединено с токовым зеркалом первой ступени (1) через, по меньшей мере, одно токовое зеркало средней ступени (2), которое может быть токовым зеркалом любого типа. Каждое токовое зеркало средней ступени (2) включает, по меньшей мере, один элемент токового зеркала передней ступени (5) и, по меньшей мере, один элемент токового зеркала задней ступени (6), соединенный с соответствующим элементом токового зеркала первой ступени (5). Термин «элемент токового зеркала» в данной заявке означает субтоковое зеркало, т.е. токовое зеркало подуровня. Последний элемент токового зеркала передней ступени (5) соединен с токовым зеркалом задней ступени (3), а первый элемент токового зеркала задней ступени (6) соединен с токовым зеркалом передней ступени (1). Далее каждый элемент токового зеркала задней ступени выдает выходной ток, так что токовое зеркало средней ступени может выдавать множественные выходные токи. Основываясь на вышеприведенном описании конфигурации схемы токового зеркала, имеющей токовое зеркало средней ступени, токовое зеркало передней ступени (1) может соединяться с N токовыми зеркалами средней ступени (2), и каждое из токовых зеркал средней ступени (2) может далее соединяться с М токовыми зеркалами задней ступени (3). Поэтому схема токового зеркала в целом содержит одно токовое зеркало (1) передней ступени и N×М зеркал задней ступени (3), выдавая N×М выходных токов.The current mirror of the front stage (1) has a first adjustable gain and is used to generate a bias current corresponding to the current input current. The current mirror of the rear stage (3) has a second adjustable gain and can be connected to the current mirror of the front stage (1). The rear stage current mirror (3) is used to create multiple output currents. In addition, the current mirror of the rear stage (3) is further connected to the current mirror of the first stage (1) through at least one current mirror of the middle stage (2), which can be any type of current mirror. Each current mirror of the middle stage (2) includes at least one element of the current mirror of the front stage (5) and at least one element of the current mirror of the rear stage (6) connected to the corresponding element of the current mirror of the first stage (5) . The term "current mirror element" in this application means a sub-current mirror, i.e. sublevel current mirror. The last element of the current mirror of the front stage (5) is connected to the current mirror of the rear stage (3), and the first element of the current mirror of the rear stage (6) is connected to the current mirror of the front stage (1). Further, each element of the current mirror of the rear stage produces an output current, so that the current mirror of the middle stage can produce multiple output currents. Based on the above description of the configuration of the current mirror circuit having a middle stage current mirror, the front stage current mirror (1) can be connected to N middle stage current mirrors (2), and each of the middle stage current mirrors (2) can be further connected to M current rear stage mirrors (3). Therefore, the current mirror circuit as a whole contains one current mirror (1) of the front stage and N × M mirrors of the rear stage (3), giving out N × M output currents.

Контур считывания тока (4) используется для детектирования токового сигнала и определения величины входного тока на передней ступени токового зеркала (1). Если входной ток меньше заданного порогового тока, тогда контур считывания тока (4) выдает на выходе управляющий сигнал для передней ступени и задней ступени токового зеркала (1, 3), чтобы одновременно настроить их коэффициенты усиления. Поэтому ток смещения не усиливается в соответствии с первым коэффициентом усиления передней ступени токового зеркала (1), но величина выходного тока по-прежнему остается постоянной.The current sensing circuit (4) is used to detect the current signal and determine the magnitude of the input current at the front stage of the current mirror (1). If the input current is less than the specified threshold current, then the current sensing circuit (4) outputs a control signal for the front stage and rear stage of the current mirror (1, 3) in order to simultaneously adjust their gain. Therefore, the bias current is not amplified in accordance with the first gain of the front stage of the current mirror (1), but the magnitude of the output current remains constant.

Контур считывания тока (4) имеет много предпочтительных вариантов реализации, и три из них описываются следующим образом. Как показано на Фиг.2, первый вариант реализации контура считывания тока (4) содержит преобразователь напряжения (7) и компаратор напряжения (8).The current sensing circuit (4) has many preferred embodiments, and three of them are described as follows. As shown in FIG. 2, the first embodiment of the current sensing circuit (4) comprises a voltage converter (7) and a voltage comparator (8).

Преобразователь напряжения (7) имеет входной контакт и выходной контакт.The voltage converter (7) has an input contact and an output contact.

Входной ток подается на входной контакт преобразователя напряжения (7), и преобразователь напряжения преобразовывает входной ток в соответствующее входное напряжение.The input current is supplied to the input terminal of the voltage converter (7), and the voltage converter converts the input current to the corresponding input voltage.

Компаратор напряжения (8) имеет два входа и один выход. Один из входов соединен с выходным контактом преобразователя напряжения (7), а другой вход соединен с опорным напряжением. Компаратор напряжения (8) сравнивает входное напряжение с опорным напряжением и определяет величину выходного напряжения. Выходное напряжение компаратора напряжения (8) используется в качестве управляющего сигнала.The voltage comparator (8) has two inputs and one output. One of the inputs is connected to the output terminal of the voltage converter (7), and the other input is connected to the reference voltage. The voltage comparator (8) compares the input voltage with the reference voltage and determines the magnitude of the output voltage. The output voltage of the voltage comparator (8) is used as a control signal.

Далее на Фиг.3 показан второй вариант реализации контура считывания тока (4), который подобен первому варианту и содержит преобразователь напряжения (7а) и компаратор напряжения (8). Преобразователь напряжения (7а) преобразовывает входной ток и опорный ток в соответствующее входное напряжение и соответствующее опорное напряжение, и он имеет два входных контакта и два выходных контакта. Два входных контакта соответственно соединены с входным током и с опорным током, а два выходных контакта соединены с компаратором напряжения (8). Компаратор напряжения (8) сравнивает входное напряжение и опорное напряжение и определяет выходное напряжение, которое используется в качестве управляющего сигнала.Next, FIG. 3 shows a second embodiment of a current sensing circuit (4), which is similar to the first embodiment and includes a voltage converter (7a) and a voltage comparator (8). The voltage converter (7a) converts the input current and the reference current to the corresponding input voltage and the corresponding reference voltage, and it has two input contacts and two output contacts. Two input contacts are respectively connected to the input current and to the reference current, and two output contacts are connected to a voltage comparator (8). The voltage comparator (8) compares the input voltage and the reference voltage and determines the output voltage, which is used as a control signal.

Далее на Фиг.4 показан третий вариант реализации контура считывания тока (4), который содержит компаратор тока (9). Компаратор тока (9) напрямую получает сигнал входного тока и сигнал опорного тока, а затем сравнивает эти два тока, выдавая результирующий сигнал в качестве управляющего сигнала.Next, FIG. 4 shows a third embodiment of a current sensing circuit (4), which comprises a current comparator (9). The current comparator (9) directly receives the input current signal and the reference current signal, and then compares these two currents, giving the resulting signal as a control signal.

Кроме того, передние и задние токовые зеркала (1, 3) могут быть токовыми зеркалами многих типов, таких как аналоговые токовые зеркала или цифровые токовые зеркала.In addition, the front and rear current mirrors (1, 3) can be many types of current mirrors, such as analog current mirrors or digital current mirrors.

Как показано на Фиг.5-11, токовое зеркало передней или задней ступени (1, 3) может быть составлено из полевых транзисторов и может содержать базовый двухтранзисторный источник тока, хотя бы один дополнительный транзистор и хотя бы один переключатель. Базовый двухтранзисторный источник тока имеет вход и выход, первый транзистор, второй транзистор. Вход соединен с источником входного тока. Каждый транзистор имеет электроды - исток, сток и затвор.As shown in FIGS. 5-11, the current mirror of the front or rear stage (1, 3) can be composed of field effect transistors and may contain a basic two-transistor current source, at least one additional transistor and at least one switch. The basic two-transistor current source has an input and an output, a first transistor, a second transistor. The input is connected to an input current source. Each transistor has electrodes - a source, a drain and a gate.

Электроды стока и затвора первого транзистора соединены с входом. Электроды затвора первого и второго транзисторов соединены друг с другом. Электрод стока второго транзистора соединен с выходом. Электроды истока первого и второго транзисторов соединены друг с другом. Подходящие коэффициенты усиления переднего и заднего токовых зеркал (1, 3) настраивается управлением состояниями ВКЛ/ВЫКЛ каждого транзистора МОП-структуры.The drain and gate electrodes of the first transistor are connected to the input. The gate electrodes of the first and second transistors are connected to each other. The drain electrode of the second transistor is connected to the output. The source electrodes of the first and second transistors are connected to each other. Suitable gains of the front and rear current mirrors (1, 3) are tuned by controlling the ON / OFF states of each transistor of the MOS structure.

Обратимся вначале к Фиг.5, где показан первый вариант, в котором переднее или заднее токовое зеркало (1, 3) содержит базовый двухтранзисторный (M1, M2) источник тока, дополнительный транзистор (М5) и выключатель (SW1).We turn first to Figure 5, where the first option is shown, in which the front or rear current mirror (1, 3) contains a basic two-transistor (M1, M2) current source, an additional transistor (M5) and a switch (SW1).

Дополнительный транзистор (М5) имеет электрод истока, электрод стока и электрод затвора.The additional transistor (M5) has a source electrode, a drain electrode and a gate electrode.

Дополнительный транзистор (М5) соединен параллельно с первым транзистором (M1) базового двухтранзисторного источника тока. Электроды затвора, истока и стока дополнительного транзистора (М5) соединены с электродами затвора, истока и стока первого транзистора (M1). Выключатель (SW1) подсоединен между двумя электродами стока дополнительного и первого транзисторов (М5, M1). Поэтому управление состоянием ВКЛ/ВЫКЛ выключателя (SW1) определяет подключение или отключение дополнительного транзистора (М5) к базовому двухтранзисторному (M1, M2) источнику тока. Отношения ширины к длине первого и дополнительного транзисторов (M1, M5) такие же и больше, чем отношения ширины к длине второго транзистора (M2). Например, W/L дополнительного или первого (M1) транзистора может быть W1:L1, а W/L второго транзистора может составлять W2:L2, тогда как W1>W2 и L1>L2.An additional transistor (M5) is connected in parallel with the first transistor (M1) of the base two-transistor current source. The gate, source and drain electrodes of the additional transistor (M5) are connected to the gate, source and drain electrodes of the first transistor (M1). A switch (SW1) is connected between two drain electrodes of the additional and first transistors (M5, M1). Therefore, the ON / OFF state control of the switch (SW1) determines the connection or disconnection of the additional transistor (M5) to the base two-transistor (M1, M2) current source. The ratios of the width to the length of the first and additional transistors (M1, M5) are the same and larger than the ratios of the width to the length of the second transistor (M2). For example, the W / L of the auxiliary or first (M1) transistor may be W 1 : L 1 , and the W / L of the second transistor may be W 2 : L 2 , while W 1 > W 2 and L 1 > L 2 .

Как показано на Фиг.6, второй вариант токового зеркала имеет те же элементы, что и первый вариант, представленный на Фиг.5. Однако выключатель (SW1) соединен с электродами затвора, истока и стока дополнительного транзистора (М5), а электрод затвора дополнительного транзистора (М5) не соединен с электродом затвора первого транзистора (M1).As shown in FIG. 6, the second embodiment of the current mirror has the same elements as the first embodiment shown in FIG. 5. However, the switch (SW1) is connected to the gate, source and drain electrodes of the additional transistor (M5), and the gate electrode of the additional transistor (M5) is not connected to the gate electrode of the first transistor (M1).

Как показано на Фиг.7, третий вариант токового зеркала подобен первому варианту, представленному на Фиг.5. Различия между первым и третьим вариантами таковы, что дополнительный транзистор (М5) соединен параллельно со вторым транзистором (M2), а отношения ширины к длине второго и дополнительного транзисторов (M2, М5) такие же и больше, чем эти отношения для первого транзистора (M1). Как показано на Фиг.8, четвертый вариант токового зеркала подобен второму варианту, представленному на Фиг.6. Дополнительный транзистор (М5) соединен параллельно со вторым транзистором (M2), а отношения ширины к длине второго и дополнительного транзисторов (M2, М5) такие же и больше, чем эти отношения для первого транзистора (M1).As shown in FIG. 7, the third embodiment of the current mirror is similar to the first embodiment shown in FIG. 5. The differences between the first and third options are such that the additional transistor (M5) is connected in parallel with the second transistor (M2), and the ratios of the width to the length of the second and additional transistors (M2, M5) are the same and larger than these ratios for the first transistor (M1 ) As shown in FIG. 8, the fourth embodiment of the current mirror is similar to the second embodiment shown in FIG. 6. The additional transistor (M5) is connected in parallel with the second transistor (M2), and the ratio of the width to the length of the second and additional transistors (M2, M5) is the same and larger than these ratios for the first transistor (M1).

Как показано на Фиг.9, пятый вариант токового зеркала имеет базовый двух-транзисторный (M1, M2) источник тока, содержащий первый транзистор (M1) и второй транзистор (М2), два дополнительных транзистора (М3, М5) и два выключателя (SW1, SW2). Два дополнительных транзистора (М3, М5) соответственно соединены параллельно с первым и вторым транзисторами (M1, М2). Один из выключателей (SW1) подсоединен между электродами стока одного из дополнительных транзисторов (М5) и электродом стока первого транзистора (M1), а второй выключатель (SW2) подсоединен между электродами стока другого дополнительного транзистора (М3) и электродом стока второго транзистора (М2).As shown in FIG. 9, the fifth embodiment of the current mirror has a basic two-transistor (M1, M2) current source comprising a first transistor (M1) and a second transistor (M2), two additional transistors (M3, M5) and two switches (SW1 , SW2). Two additional transistors (M3, M5) are respectively connected in parallel with the first and second transistors (M1, M2). One of the switches (SW1) is connected between the drain electrodes of one of the additional transistors (M5) and the drain electrode of the first transistor (M1), and the second switch (SW2) is connected between the drain electrodes of the other additional transistor (M3) and the drain electrode of the second transistor (M3) .

Как показано на Фиг.10, шестой вариант токового зеркала подобен пятому варианту токового зеркала, однако затворные электроды двух дополнительных транзисторов (М5, М3) не соединены с затворными электродами первого и второго транзисторов (M1, M2). Один выключатель (SW1) соединен с электродами стока и истока дополнительного транзистора (М5), а второй выключатель (SW2) соединен с электродами стока и истока другого дополнительного транзистора (М3).As shown in FIG. 10, the sixth embodiment of the current mirror is similar to the fifth embodiment of the current mirror, however, the gate electrodes of the two additional transistors (M5, M3) are not connected to the gate electrodes of the first and second transistors (M1, M2). One switch (SW1) is connected to the electrodes of the drain and source of the additional transistor (M5), and the second switch (SW2) is connected to the electrodes of the drain and source of another additional transistor (M3).

Как показано на Фиг.11, седьмой вариант токового зеркала имеет базовый двух-транзисторный (M1, M2) источник тока, три дополнительных транзистора (М5, М6, М7) и три выключателя (SW1, SW2, SW3). Три дополнительных транзистора (М5, М6, М7) соединены с первым транзистором (M1). Выключатели (SW1, SW2, SW3) соответственно подсоединены между электродами стока дополнительных транзисторов (М5, М6, М7) и электродом стока первого транзистора (M1).As shown in FIG. 11, the seventh version of the current mirror has a basic two-transistor (M1, M2) current source, three additional transistors (M5, M6, M7) and three switches (SW1, SW2, SW3). Three additional transistors (M5, M6, M7) are connected to the first transistor (M1). Switches (SW1, SW2, SW3) are respectively connected between the drain electrodes of additional transistors (M5, M6, M7) and the drain electrode of the first transistor (M1).

В общем, для управления состоянием ВКЛ/ВЫКЛ каждого дополнительного транзистора лучше подавать разные напряжения на электрод затвора или стока дополнительного транзистора. Однако если коэффициенты усиления первого и второго транзисторов требуется настраивать одинаково, то на других электродах дополнительного транзистора уровень напряжения должен меняться. Вышеописанные варианты токового зеркала могут быть применены для других конфигураций токового зеркала, таких как каскодное токовое зеркало. Кроме того, могут использоваться выключатели в виде металл-оксидного прибора с каналом n-типа, металл-оксидного прибора с каналом р-типа или комбинация этих приборов.In general, to control the ON / OFF state of each additional transistor, it is better to apply different voltages to the gate or drain electrode of the additional transistor. However, if the amplification factors of the first and second transistors are required to be adjusted equally, then the voltage level should change on other electrodes of the additional transistor. The current mirror options described above can be applied to other current mirror configurations, such as a cascode current mirror. In addition, switches may be used in the form of a metal oxide device with an n-type channel, a metal oxide device with a p-type channel, or a combination of these devices.

Как показано на Фиг.12, первый вариант схемы токового зеркала согласно настоящему изобретению содержит соединенные последовательно токовые зеркала передней ступени и задней ступени (1, 3) и контур считывания тока (4), соединенный с токовым зеркалом передней ступени (1). Схема токового зеркала, выполненного по этому варианту, автоматически настраивает подходящие коэффициенты усиления токовых зеркал передней ступени и задней ступени (1, 3), генерируя постоянный выходной ток и снижая погрешность выходного тока.As shown in FIG. 12, a first embodiment of a current mirror circuit according to the present invention includes current mirrors of the front stage and rear stage (1, 3) connected in series and a current sensing circuit (4) connected to the current mirror of the front stage (1). The current mirror circuitry made according to this option automatically adjusts the suitable amplification factors of the current mirrors of the front stage and rear stage (1, 3), generating a constant output current and reducing the error of the output current.

Контур считывания тока имеет преобразователь напряжения и компаратор напряжения (СМР1). В этом варианте преобразователь напряжения имеет транзистор МОП-структуры (М6) и резистор (R1). Резистор (R1) последовательно соединен с транзистором МОП-структуры. Вход компаратора напряжения (СМР1) соединен с опорным напряжением (Vref), а второй вход подсоединен к узлу между транзистором МОП-структуры (М6) и резистором (R1), чтобы входное напряжение (V1) падало на резистор (R1).The current sensing circuit has a voltage converter and a voltage comparator (CMP1). In this embodiment, the voltage converter has a MOS transistor (M6) and a resistor (R1). The resistor (R1) is connected in series with the transistor of the MOS structure. The input of the voltage comparator (CMP1) is connected to the reference voltage (Vref), and the second input is connected to the node between the transistor of the MOS structure (M6) and the resistor (R1) so that the input voltage (V1) drops to the resistor (R1).

В токовом зеркале передней ступени (1) используется первый вариант исполнения, показанный на Фиг.5, и оно имеет два коэффициента усиления.In the current mirror of the front stage (1), the first embodiment shown in FIG. 5 is used and it has two amplification factors.

Транзистор МОП-структуры (М5) токового зеркала передней ступени (1) соединен с дополнительным транзистором (М6). Состояниями ВКЛ/ВЫКЛ выключателя (SW1) управляет контур считывания тока (4). Токовое зеркало передней ступени (1) вначале определяет, в каком состоянии (ВКЛ или ВЫКЛ) находится выключатель (SW1), чтобы установить подходящий коэффициент усиления в соответствии с выходным напряжением компаратора напряжения (СМР1). Затем токовое зеркало передней ступени (1) выдает ток смещения (IB), соответствующий действующему коэффициенту усиления.The transistor of the MOS structure (M5) of the current mirror of the front stage (1) is connected to an additional transistor (M6). The ON / OFF states of the switch (SW1) are controlled by the current sensing circuit (4). The current mirror of the front stage (1) first determines what state (ON or OFF) the switch (SW1) is in order to set a suitable gain in accordance with the output voltage of the voltage comparator (CMP1). The current mirror of the front stage (1) then generates a bias current (I B ) corresponding to the current gain.

В этом варианте исполнения токовое зеркало задней ступени (3) имеет базовый двух-транзисторный (М3, М4) источник тока, первый/второй/третий дополнительные транзисторы (М7, М8, М9) и два выключателя (SW2, SW3), управляемые контуром считывания тока (4). Двухтранзисторный (М3, М4) источник тока имеет первый транзистор (М3) и второй транзистор (М4). Три дополнительных транзистора (М7, М8, М9) параллельно соединены со вторым транзистором (М4) базового двухтранзисторного (М3, М4) источника тока.In this embodiment, the rear stage current mirror (3) has a basic two-transistor (M3, M4) current source, first / second / third additional transistors (M7, M8, M9) and two switches (SW2, SW3) controlled by the readout circuit current (4). The two-transistor (M3, M4) current source has a first transistor (M3) and a second transistor (M4). Three additional transistors (M7, M8, M9) are connected in parallel with the second transistor (M4) of the base two-transistor (M3, M4) current source.

Электрод стока первого дополнительного транзистора (М7) соединен с электродом стока второго транзистора (М4) через один выключатель (SW2). Электрод стока третьего дополнительного транзистора (М9) соединен с электродом стока второго дополнительного транзистора (М8) через другой выключатель (SW3). Поэтому токовое зеркало задней ступени (3) генерирует два выходных тока (IOUT1, IOUT2) в соответствии с током смещения (IB) при действующем коэффициенте усиления. Парциальный ток, питающий контур считывания тока (4), такой же, как входной ток (IN), поступающий в резистор R1, поскольку на резистор (R1) падает соответствующее напряжение (V1). Компаратор (СМР1) сравнивает опорное напряжение (Vref) с напряжением (V1), падающим на резистор (R1). Результат сравнения между опорным напряжением (Vref) и напряжением (V1), падающим на резистор (R1), используется для управления состоянием ВКЛ или ВЫКЛ выключателей (SW1, SW2, SW3).The drain electrode of the first additional transistor (M7) is connected to the drain electrode of the second transistor (M4) through one switch (SW2). The drain electrode of the third additional transistor (M9) is connected to the drain electrode of the second additional transistor (M8) through another switch (SW3). Therefore, the current mirror of the rear stage (3) generates two output currents (I OUT1 , I OUT2 ) in accordance with the bias current (I B ) with the current gain. The partial current supplying the current sensing circuit (4) is the same as the input current (I N ) supplied to the resistor R1, since the corresponding voltage (V1) drops across the resistor (R1). The comparator (CMP1) compares the reference voltage (Vref) with the voltage (V1) incident on the resistor (R1). The result of the comparison between the reference voltage (Vref) and the voltage (V1) incident on the resistor (R1) is used to control the ON or OFF state of the switches (SW1, SW2, SW3).

Когда входной ток (IIN) меньше порогового тока, тогда выключатели (SW1, SW2, SW3) устанавливаются а состояние ВЫКЛ, настраивая коэффициенты усиления токового зеркала передней ступени и задней ступени (1, 3). Ток смещения (IB) усиливается, но оба выходных тока (IOUT1, IOUT2) остаются неизменными. Чтобы повысить точность выходного тока, контур считывания тока (4) должен срабатывать раньше срабатывания токового зеркала передней ступени и задней ступени (1, 3). Для экономии мощности контур считывания тока (4) может быть отключен с сохранением стабильности токового зеркала после того, как контур считывания тока (4) выдаст управляющий сигнал. Если схема токового зеркала применяется в схеме другого устройства с проблемами нестабильности питания, тогда контур считывания тока (4) отключаться не будет.When the input current (I IN ) is less than the threshold current, then the switches (SW1, SW2, SW3) are set to the OFF state by adjusting the amplification factors of the current mirror of the front stage and rear stage (1, 3). The bias current (I B ) is amplified, but both output currents (I OUT1 , I OUT2 ) remain unchanged. To increase the accuracy of the output current, the current sensing circuit (4) must be activated before the current mirror of the front stage and rear stage (1, 3). To save power, the current sensing circuit (4) can be turned off while maintaining the stability of the current mirror after the current sensing circuit (4) issues a control signal. If the current mirror circuit is used in a circuit of another device with problems of power instability, then the current sensing circuit (4) will not be switched off.

Токовые зеркала передней ступени и задней ступени (1, 3) используются для настройки тока смещения (IB). Однако разный ток смещения (IB) не оказывает влияния на величины выходных токов (IOUT1, IOUT2).Current mirrors of the front stage and rear stage (1, 3) are used to set the bias current (I B ). However, different bias current (I B ) does not affect the output current values (I OUT1 , I OUT2 ).

Например, допустим, что действующие коэффициенты усиления токовых зеркал передней ступени и задней ступени (1, 3) равны соответственно 10:1 и 1:10, а пороговый ток составляет 50 μА. Если входной ток (IN) больше порогового тока и будет равен 100 μА, тогда ток смещения (IB) равен 10 μА, а исходные выходные токи (IOUT1, IOUT2) оба будут равны 100 μA. Если входной ток (IN) меньше порогового тока, равного 10 μА, тогда три выключателя (SW1, SW2, SW3) переключаются в состояние ВЫКЛ. Таким образом, действующие коэффициенты усиления токового зеркала передней ступени (1) и токового зеркала задней ступени (3) автоматически настраиваются на 5:1 и 1:5, и тогда ток смещения (IB) будет равен 2 μА. Поэтому оба выходных тока (IOUT1, IOUT2) станут равными 10 μА.For example, suppose that the effective amplification factors of the current mirrors of the front stage and the rear stage (1, 3) are 10: 1 and 1:10, respectively, and the threshold current is 50 μA. If the input current (I N ) is greater than the threshold current and will be 100 μA, then the bias current (I B ) is 10 μA, and the original output currents (I OUT1 , I OUT2 ) will both be 100 μA. If the input current (I N ) is less than the threshold current of 10 μA, then the three switches (SW1, SW2, SW3) switch to the OFF state. Thus, the effective gains of the current mirror of the front stage (1) and the current mirror of the rear stage (3) are automatically adjusted to 5: 1 and 1: 5, and then the bias current (I B ) will be 2 μA. Therefore, both output currents (I OUT1 , I OUT2 ) become equal to 10 μA.

Если коэффициенты усиления токового зеркала передней ступени (1) и токового зеркала задней ступени (3) не будут настроены на 5:1 и 1:5, тогда ток смещения (IB) будет равен всего лишь 1 μА. Однако ток смещения (IB) вдвое больше тока на зеркалах передней и задней ступеней (1, 3) при выключенном состоянии выключателей (SW1, SW2, SW3). Поэтому больший ток смещения (IB) приводит к меньшей погрешности выходного тока.If the amplification factors of the current mirror of the front stage (1) and the current mirror of the rear stage (3) are not adjusted to 5: 1 and 1: 5, then the bias current (I B ) will be only 1 μA. However, the bias current (I B ) is twice the current on the mirrors of the front and rear stages (1, 3) when the switches are off (SW1, SW2, SW3). Therefore, a larger bias current (I B ) leads to less error in the output current.

Для повышения точности выходного тока схема токового зеркала, кроме того, имеет некоторое множество разных пороговых значений тока, которые используются для сравнения с действующим входным током. На Фиг.13 далее представлен второй вариант реализации схемы токового зеркала согласно настоящему изобретению с множественными пороговыми токами, в котором применены два контура считывания тока (4), имеющие два пороговых тока.To improve the accuracy of the output current, the current mirror circuit also has a number of different threshold current values that are used to compare with the current input current. 13, a second embodiment of a current mirror circuit according to the present invention with multiple threshold currents is presented, in which two current sensing circuits (4) having two threshold currents are applied.

Каждый контур считывания тока (4) идентичен контуру, использованному в первом варианте исполнения, представленном на Фиг.12.Each current sensing circuit (4) is identical to the circuit used in the first embodiment shown in FIG. 12.

В этом варианте реализации изобретения токовое зеркало передней ступени (1) содержит базовый двухтранзисторный (M1, M2) источник тока и два дополнительных транзистора (М5, М6). Эти два дополнительных транзистора (М5, М6) соответственным образом параллельно соединены с первым транзистором (M1) базового двух-транзисторного (M1, M2) источника тока через два выключателя (SW1, SW2).In this embodiment, the current mirror of the front stage (1) contains a basic two-transistor (M1, M2) current source and two additional transistors (M5, M6). These two additional transistors (M5, M6) are respectively parallel connected to the first transistor (M1) of the basic two-transistor (M1, M2) current source through two switches (SW1, SW2).

Токовое зеркало задней ступени (3) содержит базовый двухтранзисторный (М3, М4) источник тока и два дополнительных транзистора (М9, М10). Эти два дополнительных транзистора (М9, М10) соединены со вторым транзистором (М4) базового (М3, М4) источника тока через выключатели (SW3, SW4). Если контур считывания тока (4) использует два транзистора (М7, М8) с разным W/L и они подсоединены к входному току, тогда необходимо устанавливать два пороговых тока.The current mirror of the rear stage (3) contains a basic two-transistor (M3, M4) current source and two additional transistors (M9, M10). These two additional transistors (M9, M10) are connected to the second transistor (M4) of the base (M3, M4) current source through switches (SW3, SW4). If the current sensing circuit (4) uses two transistors (M7, M8) with different W / L and they are connected to the input current, then two threshold currents must be set.

Таким образом, схема токового зеркала, выполненная по этому варианту, имеет три коэффициента усиления.Thus, the current mirror circuitry made in this embodiment has three gain factors.

Когда через два резистора (R1, R2) контура считывания тока (4) протекает парциальный ток входного тока (IN), тогда на эти резисторы (R1, R2) падают соответственно два разных напряжения (V1, V2). Два компаратора напряжения (СМР1, СМР2) контура считывания тока (4) соответственно сравнивают соответствующие напряжения V1 и V2 с общим опорным напряжением (Vref).When the partial current of the input current (I N ) flows through two resistors (R1, R2) of the current sensing circuit (4), then two different voltages (V1, V2) respectively fall on these resistors (R1, R2). Two voltage comparators (СМР1, СМР2) of the current sensing circuit (4) respectively compare the corresponding voltages V1 and V2 with the common reference voltage (Vref).

Результаты сравнения напряжений (V1, V2) с опорным напряжением (Vref) используются для управления состояниями ВКЛ/ВЫКЛ выключателей (SW1, SW3) токового зеркала передней ступени (1) и выключателей (SW2, SW4) токовых зеркал задней ступени (3). Когда входной ток (IIN) меньше наименьшего порогового тока, тогда четыре выключателя (с SW1 по SW4) остаются в состоянии ВЫКЛ.The results of comparing the voltages (V1, V2) with the reference voltage (Vref) are used to control the ON / OFF states of the switches (SW1, SW3) of the current mirror of the front stage (1) and the switches (SW2, SW4) of the current mirrors of the rear stage (3). When the input current (I IN ) is less than the lowest threshold current, then the four switches (from SW1 to SW4) remain in the OFF state.

Когда входной ток (IIN) меньше наибольшего порогового тока, но больше наименьшего порогового тока, тогда выключатели (SW1, SW3) переключаются в состояние ВКЛ, а выключатели (SW2, SW4) по-прежнему остаются в состоянии ВЫКЛ. Когда входной ток (IIN) больше наибольшего порогового тока, тогда уже и выключатели (SW2, SW4) должны переключиться в состояние ВКЛ. Таким образом, ток смещения (IB) усиливается, и выходной ток (IOUT) поддерживается неизменным. То есть множественные пороговые токи могут улучшить стабильность получаемого выходного тока и увеличить регулируемый диапазон выходного тока (IOUT), но не влияют на выходной ток (IOUT).When the input current (I IN ) is less than the highest threshold current, but greater than the smallest threshold current, then the switches (SW1, SW3) switch to the ON state, and the switches (SW2, SW4) remain in the OFF state. When the input current (I IN ) is greater than the highest threshold current, then the switches (SW2, SW4) must also switch to the ON state. Thus, the bias current (I B ) is amplified, and the output current (I OUT ) is kept constant. That is, multiple threshold currents can improve the stability of the resulting output current and increase the adjustable range of the output current (I OUT ), but do not affect the output current (I OUT ).

Кроме того, чтобы повысить точность получаемых выходных токов, контуры считывания тока (4) должны срабатывать раньше срабатывания токовых зеркал передней ступени и задней ступени (1, 3). После того, как контуры считывания тока (4) закончат сравнение входного тока (IN) с пороговыми токами, контуры считывания тока для экономии энергии и во избежание частого переключения выключателей (с SW1 по SW4) могут быть отключены.In addition, in order to increase the accuracy of the obtained output currents, the current sensing circuits (4) must be activated before the current mirrors of the front stage and the rear stage (1, 3) are activated. After the current sensing circuits (4) have finished comparing the input current (I N ) with threshold currents, the current sensing circuits can be turned off to save power and to avoid frequent switching of switches (from SW1 to SW4).

Во втором варианте реализации схемы токового зеркала в контурах считывания тока (4) используют два транзистора (М7, М8) с разным W/L, чтобы иметь два пороговых тока. Однако это не единственный способ получения двух пороговых токов. Например, два контура считывания тока (4) могут использовать два транзистора с одинаковым W/L, но при этом использовать два разных резистора.In the second embodiment of the current mirror circuit, two transistors (M7, M8) with different W / L are used in the current sensing circuits (4) to have two threshold currents. However, this is not the only way to obtain two threshold currents. For example, two current sensing circuits (4) can use two transistors with the same W / L, but use two different resistors.

Таким образом, два напряжения (V1, V2) падающих на два соответствующих резистора (R1, R2), различны. Помимо этого, чтобы иметь два пороговых тока, эти два контура считывания тока (4) могут иметь два транзистора с одинаковым W/L, одинаковые резисторы (R1, R2), но разные компараторы напряжения (СМР1, СМР2).Thus, the two voltages (V1, V2) incident on the two corresponding resistors (R1, R2) are different. In addition, in order to have two threshold currents, these two current sensing circuits (4) can have two transistors with the same W / L, the same resistors (R1, R2), but different voltage comparators (СМР1, СМР2).

Далее на Фиг.14 представлена схема токового зеркала, примененная в схеме управления оптического светодиода, имеющей многоканальные выходы. Первая кривая, обозначенная ромбовидными значками, и вторая кривая, обозначенная квадратиками, соответственно представляют соотношение между токами смещения (IB) и выходными токами (IOUT) обычного токового зеркала и схемы токового зеркала, выполненной согласно настоящему изобретению. Два пороговых тока схемы токового зеркала, реализованного по второму варианту исполнения, показаны в двух состояниях, которые соответственно установлены на два выходных тока: 65 μА и 130 μA. Третья кривая, обозначенная треугольными значками, и четвертая кривая, обозначенная крестиками, соответственно, представляют другое соотношение между перекосами тока и выходными токами (IOUT) обычного токового зеркала и схемы токового зеркала, выполненной согласно настоящему изобретению. Когда выходной ток находится на минимальном уровне (24 μА), искажение тока обычного токового зеркала составляет около 4,7%, а искажение тока в схеме токового зеркала, предлагаемой настоящим изобретением, составляет только 2,8%.Further on Fig presents a diagram of the current mirror used in the control circuit of the optical LED having multi-channel outputs. The first curve, indicated by diamond-shaped icons, and the second curve, indicated by squares, respectively, represent the relationship between the bias currents (I B ) and the output currents (I OUT ) of the conventional current mirror and the current mirror circuit made according to the present invention. Two threshold currents of the current mirror circuit implemented in the second embodiment are shown in two states, which are respectively set to two output currents: 65 μA and 130 μA. The third curve, indicated by triangular icons, and the fourth curve, indicated by crosses, respectively, represent a different relationship between the current distortions and the output currents (I OUT ) of a conventional current mirror and a current mirror circuit constructed according to the present invention. When the output current is at a minimum level (24 μA), the current distortion of a conventional current mirror is about 4.7%, and the current distortion in the current mirror circuit of the present invention is only 2.8%.

Основываясь на вышеприведенном описании, когда схема токового зеркала, соответствующая настоящему изобретению, может применяться в качестве стабильного источника питания, такого как устройство питания управляющих цепей оптических светодиодных или светодиодных изделий с требованиями наличия многоканальных выходов, схема токового зеркала согласно настоящему изобретению может быть реализована с использованием множественных токовых зеркал, соединенных последовательно, что позволяет удовлетворить требования, предъявляемые к устройствам питания управляющих цепей оптических светодиодных или светодиодных изделий. Поэтому показатель искажения выходного тока и качество источника питания существенно улучшаются, а регулируемый диапазон выходного тока расширяется. Поэтому устройство питания управляющих цепей оптических светодиодных или светодиодных изделий со схемой токового зеркала может быть применено для обеспечения более обширного рабочего диапазона, что позволит уменьшить количество изделий и стоимость изделий, а также сделать их более удобными для потребителей.Based on the above description, when a current mirror circuit according to the present invention can be used as a stable power source, such as a power supply device for control circuits of optical LED or LED products with multi-channel output requirements, a current mirror circuit according to the present invention can be implemented using multiple current mirrors connected in series, which allows to satisfy the requirements for devices the power supply for the control circuits of optical LED or LED products. Therefore, the distortion index of the output current and the quality of the power source are significantly improved, and the adjustable range of the output current is expanded. Therefore, the power supply device for the control circuits of optical LED or LED products with a current mirror circuit can be used to provide a wider operating range, which will reduce the number of products and the cost of products, as well as make them more convenient for consumers.

Хотя в вышеизложенном описании было рассмотрено множество характеристик и преимуществ настоящего изобретения, а также подробно представлены структура и функции данного изобретения, это описание является всего лишь иллюстрацией.Although the foregoing description has examined many of the characteristics and advantages of the present invention, as well as detailing the structure and functions of the present invention, this description is merely illustrative.

Его детали могут быть изменены, в частности, в отношении формы, размера и расположения частей, оставаясь в пределах сущности и объема изобретения, которые выражены прилагаемой формулой изобретения.Its details may be changed, in particular with respect to the shape, size and arrangement of the parts, while remaining within the spirit and scope of the invention as expressed by the appended claims.

Claims (16)

1. Схема токового зеркала с автоматическим переключением диапазона, содержащая токовое зеркало передней ступени, включающее первый регулируемый коэффициент усиления, токовый вход, приспособленный к соединению с входным током, и токовый выход, генерирующее на выходе ток смещения, токовое зеркало задней ступени, включающее второй регулируемый коэффициент усиления, входной контакт, соединенный с токовым выходом токового зеркала передней ступени, и по меньшей мере, один выходной контакт, соединенное с токовым зеркалом передней ступени так, чтобы на него поступал ток смещения с токового зеркала передней ступени, и усиливающее ток смещения, в соответствии со вторым коэффициентом усиления, для создания на выходном контакте выходного тока, и по меньшей мере один контур считывания тока, каждый из которых электрически соединен с токовыми зеркалами передней и задней ступени и с входным током и имеет заданный пороговый ток, причем каждый контур считывания тока выдает управляющий сигнал на токовые зеркала передней и задней ступени, настраивая подходящий коэффициент усиления в соответствии с действующим входным током.1. Scheme of a current mirror with automatic range switching, comprising a current mirror of the front stage, including a first adjustable gain, a current input adapted to be connected to the input current, and a current output that generates a bias current at the output, a current mirror of the rear stage, including a second adjustable gain, an input contact connected to the current output of the current mirror of the front stage, and at least one output contact connected to the current mirror of the front stage so so that it receives bias current from the current mirror of the front stage, and amplifies the bias current, in accordance with the second gain, to create an output current at the output contact, and at least one current sensing circuit, each of which is electrically connected to the current mirrors of the front and the rear stage and with the input current and has a predetermined threshold current, and each current sensing circuit generates a control signal to the current mirrors of the front and rear stages, setting a suitable gain in sponding to the current input current. 2. Схема токового зеркала по п.1, дополнительно содержащая множество контуров считывания тока, имеющие соответственно разные заданные пороговые токи.2. The current mirror circuit according to claim 1, further comprising a plurality of current sensing loops having accordingly different predetermined threshold currents. 3. Схема токового зеркала по п.1, дополнительно содержащая не менее одного токового зеркала средней ступени, соединенного последовательно токовым зеркалом передней ступени и задней ступени.3. The current mirror circuit according to claim 1, further comprising at least one current mirror of the middle stage, connected in series with the current mirror of the front stage and the rear stage. 4. Схема токового зеркала по п.3, в которой каждое токовое зеркало средней ступени содержит не менее одного элемента токового зеркала передней ступени, соединенного с токовым зеркалом задней ступени и не менее одного элемента токового зеркала задней ступени, соединенного с токовым зеркалом передней ступени, причем каждый элемент токового зеркала задней ступени выполнен с возможностью выдавать выходной ток.4. The scheme of the current mirror according to claim 3, in which each current mirror of the middle stage contains at least one element of the current mirror of the front stage, connected to the current mirror of the rear stage and at least one element of the current mirror of the rear stage, connected to the current mirror of the front stage, each element of the current mirror of the rear stage is configured to give an output current. 5. Схема токового зеркала по п.1, в которой контур считывания тока содержит преобразователь напряжения, соединенный с токовым входом токового зеркала передней ступени, предназначенный для преобразования входного тока в соответствующее напряжение и включающий входной контакт, соединенный с токовым входом токового зеркала передней ступени и выходной контакт, выводящий соответствующее напряжение, и компаратор напряжения, содержащий первый вход, соединенный с выходным контактом преобразователя напряжения, второй вход, соединенный с опорным напряжением, и выход, электрически связанный с токовыми зеркалами передней и задней ступеней, предназначенный для генерирования напряжения путем сравнения опорного напряжения с преобразованным напряжением, соответствующим входному току.5. The current mirror circuit according to claim 1, in which the current sensing circuit comprises a voltage converter connected to the current input of the current mirror of the front stage, for converting the input current to the corresponding voltage and including an input contact connected to the current input of the current mirror of the front stage and an output contact outputting the corresponding voltage, and a voltage comparator comprising a first input connected to an output contact of a voltage converter, a second input connected to a reference voltage, and an output electrically connected to the current mirrors of the front and rear stages, designed to generate voltage by comparing the reference voltage with the converted voltage corresponding to the input current. 6. Схема токового зеркала по п.1, в которой контур считывания тока содержит компаратор тока, включающий два входа, соответственно соединенных с токовым входом токового зеркала передней ступени и с опорным током, и выход, электрически связанный с токовыми зеркалами передней и задней ступеней, предназначенный для генерирования тока путем сравнения опорного тока с входным током.6. The current mirror circuit according to claim 1, in which the current sensing circuit comprises a current comparator comprising two inputs respectively connected to the current input of the current mirror of the front stage and with the reference current, and an output electrically connected to the current mirrors of the front and rear stages, designed to generate current by comparing the reference current with the input current. 7. Схема токового зеркала по п.1, в которой токовые зеркала передней ступени и задней ступени соответственно содержат базовый двухтранзисторный источник тока, вход которого соединен с источником входного тока, и выход, генерирующий ток, предназначенный быть током смещения в токовом зеркале передней ступени и выходным током в токовом зеркале задней ступени, по меньшей мере один дополнительный транзистор, соединенный параллельно с базовым двухтранзисторным источником тока, и по меньшей мере один выключатель, подсоединенный между соответствующим дополнительным транзистором и базовым двухтранзисторным токовым зеркалом, предназначенный для определения электрической связи между соответствующим дополнительным транзистором и базовым двухтранзисторным источником тока, позволяющий настраивать коэффициент усиления токовых зеркал передней и задней ступеней.7. The current mirror circuit according to claim 1, in which the current mirrors of the front stage and the rear stage respectively comprise a basic two-transistor current source whose input is connected to the input current source and a current generating output intended to be a bias current in the current mirror of the front stage and output current in the rear stage current mirror, at least one additional transistor connected in parallel with the base two-transistor current source, and at least one switch connected between vuyuschim additional transistor and the base current mirror totem for detecting the electrical connection between the respective additional transistor and the base totem-current source, allows to adjust the gain of the current mirror of the front and rear stages. 8. Схема токового зеркала по п.7, в которой по меньшей мере один дополнительный транзистор в токовом зеркале передней ступени дополнительно соединен с токовым входом.8. The current mirror circuit according to claim 7, in which at least one additional transistor in the current mirror of the front stage is additionally connected to the current input. 9. Схема токового зеркала по п.7, в которой по меньшей мере один дополнительный транзистор в токовом зеркале передней ступени дополнительно соединен с токовым выходом.9. The current mirror circuit according to claim 7, in which at least one additional transistor in the current mirror of the front stage is additionally connected to the current output. 10. Схема токового зеркала по п.7, в которой токовое зеркало передней ступени включает два дополнительных транзистора, при этом один из упомянутых дополнительных транзисторов соединен параллельно с токовым входом и базовым двухтранзисторным источником тока, а другой из упомянутых дополнительных транзисторов соединен параллельно с токовым выходом и базовым двухтранзисторным источником тока.10. The current mirror circuit according to claim 7, in which the current mirror of the front stage includes two additional transistors, wherein one of said additional transistors is connected in parallel with the current input and the base two-transistor current source, and the other of said additional transistors is connected in parallel with the current output and a basic two-transistor current source. 11. Схема токового зеркала по п.7, в которой по меньшей мере один дополнительный транзистор в токовом зеркале задней ступени дополнительно соединен с входным контактом.11. The current mirror circuit according to claim 7, in which at least one additional transistor in the current mirror of the rear stage is additionally connected to the input contact. 12. Схема токового зеркала по п.7, в которой по меньшей мере один дополнительный транзистор в токовом зеркале задней ступени дополнительно соединен с токовым выходом.12. The current mirror circuit according to claim 7, in which at least one additional transistor in the current mirror of the rear stage is additionally connected to the current output. 13. Схема токового зеркала по п.1, в которой токовое зеркало задней ступени включает два дополнительных транзистора, при этом один из упомянутых двух дополнительных транзисторов соединен параллельно с входным контактом и базовым двухтранзисторным источником тока, а другой из упомянутых дополнительных транзисторов соединен параллельно с выходным контактом и базовым двухтранзисторным источником тока.13. The current mirror circuit according to claim 1, in which the current mirror of the rear stage includes two additional transistors, wherein one of the two additional transistors is connected in parallel with the input contact and the base two-transistor current source, and the other of these additional transistors is connected in parallel with the output contact and basic two-transistor current source. 14. Схема токового зеркала по п.7, в которой каждый дополнительный транзистор является транзистором МОП-структуры, имеющим электрод стока, электрод истока и контакт затвора.14. The current mirror circuit of claim 7, wherein each additional transistor is a transistor of a MOS structure having a drain electrode, a source electrode, and a gate contact. 15. Схема токового зеркала по п.14, в которой каждый выключатель соединен с электродом стока.15. The current mirror circuit of claim 14, wherein each switch is connected to a drain electrode. 16. Схема токового зеркала по п.14, в которой каждый выключатель соединен с электродом стока и контактом затвора.16. The current mirror circuit of claim 14, wherein each switch is connected to a drain electrode and a gate contact.
RU2006130434/09A 2006-08-23 2006-08-23 Circuit of current mirror with automatic band switching RU2339156C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130434/09A RU2339156C2 (en) 2006-08-23 2006-08-23 Circuit of current mirror with automatic band switching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130434/09A RU2339156C2 (en) 2006-08-23 2006-08-23 Circuit of current mirror with automatic band switching

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006130434A RU2006130434A (en) 2008-02-27
RU2339156C2 true RU2339156C2 (en) 2008-11-20

Family

ID=39278640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006130434/09A RU2339156C2 (en) 2006-08-23 2006-08-23 Circuit of current mirror with automatic band switching

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2339156C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544780C1 (en) * 2013-11-12 2015-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" Low-voltage cmos current mirror

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544780C1 (en) * 2013-11-12 2015-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" Low-voltage cmos current mirror

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006130434A (en) 2008-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8315074B2 (en) CMOS bandgap reference source circuit with low flicker noises
US7737675B2 (en) Reference current generator adjustable by a variable current source
KR100310405B1 (en) GAIN CONTROL AMPLIFIER AND ITS CONTROL METHOD
JP2006318327A (en) Differential amplification circuit and series regulator
CN110168894B (en) Voltage regulating circuit
WO2008069291A1 (en) Reference voltage generation circuit
US7352245B2 (en) Auto-range current mirror circuit
KR100732068B1 (en) Variable gain amplifier having linear-in-db gain characteristic
CN107171650B (en) Variable gain amplifier circuit
US20030011349A1 (en) Series regulator
RU2339156C2 (en) Circuit of current mirror with automatic band switching
CN100476680C (en) Automatic shift current mirror
CN114584082B (en) Bandwidth adjusting circuit and bandwidth adjusting method of operational amplifier
CN110825154A (en) Reference voltage source and method for automatically eliminating input offset voltage
JP2003008375A (en) Variable gain amplifier
JP4758306B2 (en) Auto range current mirror circuit
CN113452333B (en) Differential amplifier and laser drive circuit
US5099139A (en) Voltage-current converting circuit having an output switching function
JP4500439B2 (en) Semiconductor device
JPH0236728A (en) Gain one current limiter
WO2023243050A1 (en) Switching regulator
CN106981977B (en) Current ripple suppression system and power supply system
TWI837915B (en) Digital to analog converter
JP5084370B2 (en) Constant voltage generator
JPH09219629A (en) Operational amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160824