TWI499885B - 固定電流產生電路及相關的固定電流產生方法 - Google Patents

固定電流產生電路及相關的固定電流產生方法 Download PDF

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
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Description

固定電流產生電路及相關的固定電流產生方法
本發明係有關於一種固定電流產生電路，尤指一種使用晶片內部校正過後的電阻來產生固定電流的固定電流產生電路及相關的固定電流產生方法。
在晶片內部一般都會需要一個精準電流源，以提供一個固定的電流供元件使用，然而，因為晶片內部的電阻值可能無法作到很準確，因此精準電流源的實現的方式通常是使用一能帶隙電壓(bandgap voltage)加上一外部電阻來產生。如上所述，由於需要一個額外的外部電阻，因此會造成晶片相關設計上增加額外的成本。
因此，本發明的目的之一在於提供一種固定電流產生電路與相關的固定電流產生方法，其可以使用晶片內部校正過後的電阻來產生固定電流，且不需要額外的校正電路，以解決上述的問題。
依據本發明一實施例，一種設置於一晶片內的固定電流產生電路包含有一第一電流產生電路、一第二電流產生電路、一電流鏡、一開關模組以及一校正電路，其中該第一電流產生電路包含有一第一電晶體，其中該第一電晶體耦接於該晶片之一接點，且於一晶片 測試階段時，該接點係用來連接一外部電阻以供該第一電流產生電路產生一第一電流；該第二電流產生電路包含有一第二電晶體以及一可調電阻，且用來產生一第二電流；該開關模組耦接於該第一電流產生電路、該第二電流產生電路與該電流鏡之間，且用以選擇性地將該第一電流產生電路與該第二電流產生電路連接至該電流鏡，以使得該電流鏡複製該第一電流或是該第二電流；該校正電路耦接於該電流鏡，且用以依據該電流鏡所複製之該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流，且該第二電流係作為該晶片內所使用的一固定電流。
依據本發明另一實施例，係揭露一種應用於一晶片中的固定電流產生方法，其中該晶片包含有一第一電流產生電路以及一第二電流產生電路，該第二電流產生電路包含有一電晶體以及一可調電阻，該固定電流產生方法包含有：將一外部電阻連接至該第一電流產生電路，以使得該第一電流產生電路使用該外部電阻來產生一第一電流；使用該第二電流產生電路來產生一第二電流；依據該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流，且該第二電流係作為該晶片內所使用的一固定電流。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能 會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為依據本發明一實施例之一固定電流產生電路100的示意圖。如第1圖所示，固定電流產生電路100係用來產生一固定電流Ic，且包含有一運算放大器102、一第一電流產生電路110、一第二電流產生電路120、一電流鏡130、一開關模組(於本實施例中，開關模組包含了開關SW1_1、SW1_2、SW1_3、SW1_4)以及一校正電路140，其中第一電流產生電路110包含有一電晶體M1，第二電流產生電路120包含有一電晶體M2以及一可調電阻Rc，校正電路140包含有一發送電路142、一接收電路144以及一數位訊號處理器146，其中數位訊號處理器146中包含複數個電子保險絲(Electrical fuse，Efuse)148。
於本實施例中，固定電流產生電路100係位於一晶片中，而第1圖所示之接點N1為該晶片的一接點，且於一晶片測試階段時，接點N1係用來連接一外部電阻Rext以供第一電流產生電路110產生 一第一電流；此外，第1圖所示之接點N2為該晶片的一訊號輸出接點，用來將發送電路142所輸出的訊號經由接點N2傳送至該晶片外。
於本發明之一實施例中，固定電流產生電路100所應用之該晶片係為一網路晶片，而發送電路142與接收電路144本身為該晶片的一類比前端(Analog Front End，AFE)電路。此外，發送電路142本身可以使用一數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter，DAC)來實作，且用來接收來自數位訊號處理器146的網路資料，並將所接收到的網路資料處理後經由接點N2傳送至該晶片外的一傳輸線；另外，接收電路144本身可以使用一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)來實作，且用來自接點N2接收網路資料，並將所接收到的網路資料作類比數位轉換後傳送到數位訊號處理器146進行後續處理。
在一晶片測試階段時，請參考第2圖，首先，固定電流產生電路100會先經由接點N1連接至外部電阻Rext，開關SW1_1與SW1_2經由控制訊號VC1 的控制而導通，而開關SW2_1與SW2_2則經由控制訊號VC2 的控制而處於未導通狀態，其中控制訊號VC1 、VC2 可以由數位訊號處理器146或是其他來源所產生。此時，由於運算放大器102的正極係連接到一能帶隙電壓(bandgap voltage)Vbg，因此，第一電流產生電路110會產生具有電流值(Vbg/Rext)的一第一電流I1 ，而電流鏡130複製第一電流I1 以產生一複製電流 IBX。之後，發送電路142依據數位訊號處理器146所給的一參考資料Di以將複製電流IBX轉換為一第一電壓值Vox，其中參考資料Di是用來決定發送電路142在將複製電流IBX轉換為第一電壓值Vox的比例；之後，接收電路144再接著將第一電壓值Vox轉換為一第一數位碼Dox，而第一數位碼Dox接著傳送至數位訊號處理器146，並儲存於其中。
接著，在第一數位碼Dox儲存至數位訊號處理器146之後，請參考第3圖，開關SW1_1與SW1_2經由控制訊號VC1 的控制而處於未導通狀態，而開關SW2_1與SW2_2則經由控制訊號VC2 的控制而導通。此時，由於運算放大器102的正極係連接到一能帶隙電壓(bandgap voltage)Vbg，因此，第二電流產生電路120會產生具有電流值(Vbg/Rc)的一第二電流I2 ，而電流鏡130複製第二電流I2 以產生一複製電流IBC。之後，發送電路142依據數位訊號處理器146所給的參考資料Di以將複製電流IBC轉換為一第二電壓值Voc，接收電路144再接著將第二電壓值Voc轉換為一第二數位碼Doc，而第二數位碼Doc接著傳送至數位訊號處理器146，並儲存於其中。
接著，由於數位訊號處理器146中所儲存的第一數位碼Dox與第二數位碼Doc係分別用來表示第一電流I1 與第二電流I2 的大小，因此，數位訊號處理器146可以依據第一數位碼Dox與第二數位碼Doc以產生一校正碼Dcc來調整可調電阻Rc的電阻值，以使得第 二電流產生電路120所產生的電流可以盡可能的接近第一電流產生電路110所產生的電流。舉例來說，數位訊號處理器146可以依據第一數位碼Dox與第二數位碼Doc的碼值或是差異值，以自一對照表中決定出校正碼Dcc以調整可調電阻Rc的電阻值；或是數位訊號處理器146可以持續地產生不同的校正碼Dcc以調整可調電阻Rc的電阻值，以使得第二電流產生電路120所產生的電流I2 與相對應的第二數位碼Doc持續的改變直到第二數位碼Doc很接近第一數位碼Dox為止。
經由上述的調整，可調電阻Rc的電阻值會很接近外部電阻Rext的電阻值，因此，第二電流產生電路120所產生的電流I2 也會很接近第一電流產生電路110所產生的電流I1 ，此時，數位訊號處理器146會使用電子保險絲148來記錄此時的校正碼Dcc，因此，在晶片後續的使用上，由於校正碼Dcc已經由電子保險絲148固定了，因此可調電阻Rc的電阻值也會是固定的，晶片便可以利用第二電流產生電路120來產生所需的一固定電流Ic。由於在後續的使用上不再需要使用外部電阻，因此可以降低後續的製造成本。
此外，由於固定電流產生電路100中的校正電路140是以晶片本身的發送電路142與接收電路144來實作，因此不需要在晶片中增加額外的校正電路，可以節省晶片設計與製作上的成本。
然而，需注意的是，雖然於第2圖所示之實施例中，校正電路 140是以晶片本身的發送電路142、接收電路144來實作，但本發明並不以此為限。於本發明之其他實施例中，但校正電路140亦可以為晶片中獨立的校正電路，且可以有其他型式的設計，而並非使用晶片本身的發送電路142與接收電路144，這些設計上的變化均應隸屬於本發明的範疇。
請參考第4圖，第4圖為依據本發明一實施例之固定電流產生方法的流程圖，參考第1~4圖以及以上有關於第1~3圖的揭露內容，流程敘述如下：步驟400：提供一晶片，其中該晶片包含有一第一電流產生電路以及一第二電流產生電路，該第二電流產生電路包含有一電晶體以及一可調電阻；步驟402：將一外部電阻連接至該第一電流產生電路，以使得該第一電流產生電路使用該外部電阻來產生一第一電流；步驟404：使用該第二電流產生電路來產生一第二電流；步驟406：依據該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流，且該第二電流係作為該晶片內所使用的一固定電流。
簡要歸納本發明，於本發明之固定電流產生電路與相關的固定電流產生方法中，係將晶片內部的一可調電阻的電阻值校正為接近一外部電阻的電阻值，以使得晶片可以使用內部校正過後的電阻來產生一可靠的固定電流，由於不需要外部電阻，故可以確實降低後 續的製造成本。此外，本發明的固定電流產生電路中的校正電路可以使用晶片本身的發送電路與接收電路來實作，因此不需要設計額外的校正電路，以進一步節省晶片設計與製造上的成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧固定電流產生電路
102‧‧‧運算放大器
110‧‧‧第一電流產生電路
120‧‧‧第二電流產生電路
130‧‧‧電流鏡
140‧‧‧校正電路
142‧‧‧發送電路
144‧‧‧接收電路
146‧‧‧數位訊號處理器
148‧‧‧電子保險絲
M1、M2‧‧‧電晶體
Rext‧‧‧外部電阻
Rc‧‧‧可調電阻
SW1_1、SW1_2、SW2_1、SW2_2‧‧‧開關
N1、N2‧‧‧端點
400~406‧‧‧步驟
第1圖為依據本發明一實施例之一固定電流產生電路的示意圖。
第2圖為在一晶片測試階段時固定電流產生電路產生第一電流及相對應之第一數位碼的示意圖。
第3圖為在一晶片測試階段時固定電流產生電路產生第二電流及相對應之第二數位碼的示意圖。
第4圖為依據本發明一實施例之固定電流產生方法的流程圖。
100‧‧‧固定電流產生電路
102‧‧‧運算放大器
110‧‧‧第一電流產生電路
120‧‧‧第二電流產生電路
130‧‧‧電流鏡
140‧‧‧校正電路
142‧‧‧發送電路
144‧‧‧接收電路
146‧‧‧數位訊號處理器
148‧‧‧電子保險絲
M1、M2‧‧‧電晶體
Rext‧‧‧外部電阻
Rc‧‧‧可調電阻
SW1_1、SW1_2、SW2_1、SW2_2‧‧‧開關
N1、N2‧‧‧端點

Claims (11)

  1. 一種固定電流產生電路，設置於一晶片內，包含有：一第一電流產生電路，包含有一第一電晶體，其中該第一電晶體耦接於該晶片之一接點，且於一晶片測試階段時，該接點係用來連接一外部電阻以供該第一電流產生電路產生一第一電流；一第二電流產生電路，包含有一第二電晶體以及一可調電阻，用來產生一第二電流；一電流鏡；一開關模組，耦接於該第一電流產生電路、該第二電流產生電路與該電流鏡之間，用以選擇性地將該第一電流產生電路與該第二電流產生電路其中之一連接至該電流鏡，以使得該電流鏡複製該第一電流或是該第二電流；以及一校正電路，耦接於該電流鏡，用以依據該電流鏡所複製之該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流，且該第二電流係作為該晶片內所使用的一固定電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之固定電流產生電路，其中該校正電路包含該晶片之一類比前端(Analog Front End，AFE)電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之固定電流產生電路，其中於該晶片測試階段時，該開關模組將該第一電流產生電路連接於該電流 鏡，並使該第二電流產生電路不連接至該電流鏡，且該校正電路接收該電流鏡所複製之該第一電流；以及該開關模組另將該第二電流產生電路連接於該電流鏡，並使該第一電流產生電路不連接至該電流鏡，且該校正電路接收該電流鏡所複製之該第二電流；以及該校正電路依據該電流鏡所複製之該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之固定電流產生電路，其中該校正電路包含該晶片之一類比前端電路，且該校正電路包含有：一發送電路，用來接收該電流鏡所複製之該第一電流以產生一第一電壓值，以及接收該電流鏡所複製之該第二電流以產生一第二電壓值；一接收電路，耦接於該發送電路，用以接收該第一電壓值以產生一第一數位碼，以及接收該第二電壓值以產生一第二數位碼；以及一數位訊號處理器，耦接於該接收電路，用來依據該第一數位碼與該第二數位碼以調整該可調電阻的電阻值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之固定電流產生電路，其中該晶片係為一網路控制晶片，且該發送電路與該接收電路分別為該網路晶片中用來發送與接收網路相關訊號的電路。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之固定電流產生電路，其中該數位訊號處理器包含有複數個電子保險絲(Electrical fuse，Efuse)，且該數位訊號處理器依據該第一數位碼與該第二數位碼以控制該複數個電子保險絲產生一校正碼，且該校正碼係用來調整該可調電阻的電阻值。
  7. 一種固定電流產生方法，應用於一晶片中，其中該晶片包含有一第一電流產生電路以及一第二電流產生電路，該第二電流產生電路包含有一電晶體以及一可調電阻，該固定電流產生方法包含有：將一外部電阻連接至該第一電流產生電路，以使得該第一電流產生電路使用該外部電阻來產生一第一電流；使用該第二電流產生電路來產生一第二電流；依據該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流，且該第二電流係作為該晶片內所使用的一固定電流。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之固定電流產生方法，其中依據該第一電流以及該第二電流來調整該可調電阻的電阻值，以使得該第二電流實質上等於該第一電流的步驟包含有：接收該第一電流以產生一第一電壓值；接收該第一電壓值以產生一第一數位碼；接收該第二電流以產生一第二電壓值； 接收該第二電壓值以產生一第二數位碼；以及依據該第一數位碼與該第二數位碼以調整該可調電阻的電阻值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之固定電流產生方法，其中產生該第一電壓值、該第一數位碼、該第二電壓值以及該第二數位碼的步驟包含有：使用該晶片之一類比前端電路以產生該第一電壓值、該第一數位碼、該第二電壓值以及該第二數位碼。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之固定電流產生方法，其中產生該第一電壓值、該第一數位碼、該第二電壓值以及該第二數位碼的步驟包含有：使用該晶片之一發送電路來接收該第一電流以產生該第一電壓值，以及接收該第二電流以產生該第二電壓值；使用該晶片之一接收電路來接收該第一電壓值以產生該第一數位碼，以及接收該第二電壓值以產生該第二數位碼；其中該晶片係為一網路控制晶片，且該發送電路與該接收電路分別為該網路晶片中用來發送與接收網路相關訊號的電路。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之固定電流產生方法，其中依據該第一數位碼與該第二數位碼以調整該可調電阻的電阻值的步驟包含有：依據該第一數位碼與該第二數位碼以控制該晶片中之複數個電 子保險絲來產生一校正碼，且該校正碼係用來調整該可調電阻的電阻值。
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