TWM302832U

TWM302832U - Current mirror and light emitting device with the current mirror

Info

Publication number: TWM302832U
Application number: TW095209610U
Authority: TW
Inventors: Po-Chang Chen
Original assignee: Princeton Technology Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-12-11
Also published as: US20080042741A1; JP3135667U; US7463082B2

Description

M302832 八、新型說明：【新型所屬之技術領域】本創作係有關於一種電流鏡（current mirror)，特別有關於 • 一種提供大電流的電流鏡。 . 【先前技術】第1圖顯示一個η型金氧半（NMOS)電晶體的汲源極電壓 φ Vds、閘源極電壓VGS、與汲極電流b之間的關係。Vt為該NMOS 電晶體之臨界電壓。當VDS<VGS-Vt時，該NMOS電晶體位於三極體區（triode region)，。=吾"尺$[21-d-C]。當 VDs〉VGs-Vt時，該NMOS電晶體位於飽和區（saturation • region)，κ)2。由上述公式可知，閘源極電壓Υ(^ 愈大，則沒極電流iD愈大。弟2圖為一種傳統電流鏡200 ’其中包括兩個NMOS電g 體202與204。電晶體202與204具有相同的閘源極電题v 土 v GS，修通道區域寬長(W/L)比為1:N，並且具有相同的〜、c〇x。電曰體202之及極與閘極連接在一起，因此電晶體202操作在會^矛區。為了讓負載206之電流IL為電晶體202之沒極電流的 <口（II-NI) ’電晶體204必須也操作在飽和區。電晶體/ u外的、、月源極電壓Vds不可以太大，以免限制負載2〇6可使用的壓卩久\ 參閱第1圖，若要以低vDS操作飽和區，則閘源極電壓v牛、須很低，此時電流値會很小。因此，在傳統電流鏡2〇〇中，了提供大電流給負載206，只能藉由增加電晶體204的尺寸^ 加N) ’末達成^供大電流給負載的需求，但此種作法不\入 0119-A21604TWF1(N2);Princeton9507；g!〇hous_tien 5 M302832 目前縮小晶片體積的趨勢潮流。因此，我們需要一種新的電流鏡，不需要使用過大的電晶體尺寸即可提供大電流並且維持負載之壓降的可用範圍。【新型内容】 t 本創作提供一種電流鏡，不需要使用過大的電晶體尺寸即可提供大電流並且維持負載之壓降的可用範圍。該種電流鏡中包括一輸入級電路、一輸出級電路、一第一運算放大器、一控 ®制電路、以及一第二運算放大器。該輸入級電路包括一第一電晶體。流經該第一電晶體之電流為一輸入電流。該輸出級電路包括一第二電晶體。該第二電晶體與該第一電晶體具有相同的閘源極電壓。流經該第二電晶體之電流為一輸出電流。該輸出電流與該輸入電流之間具有一固定比値。根據該第一電晶體與該第二電晶體之汲源極電壓，該第一運算放大器產生一輸出信號。根據該輸出信號’該控制電路調整該第二電晶體之〉及源極電壓’使該第一電晶體與該第二電晶體之 >及源極電壓相等。根據一控制電壓以及該第一電晶體之汲源極電壓，該第二運算放大器控制該第一電晶體，使該第一電晶體之汲源極電壓等於該控制電壓。其中，藉由設定該控制電壓，可將該第一與第二電晶體操作在三極體區。 - 該控制電路包括一第三電晶體。該第三電晶體之閘極耦接 - 該第一運算放大器之輸出端、源極耦接該第一運算放大器之反相輸入端與該第二電晶體之汲極、汲極為該電流鏡之負載端。該負載端可粞接一負載。流經該負載的電流即該輸出電流。該 0119-A21604TWF1 (N2)；Princeton9507；glorious_tien 6 M302832 第一電晶體之閘極耦接該第二運算放大器之輸出端、汲極耦接該第二運算放大器之非反向輸入端。可藉由調整該第一電晶體與該第二電晶體之通道區域寬長比決定該固定比値。上述電晶 .體可皆為NMOS電晶體或皆為PMOS電晶體。該負載亦可為複數個串聯的發光二極體。由於該第二電晶體可操作在三極體區，因此該第二電晶體之汲源極壓降夠小，該電流鏡之負載端可串接較多的發光二極體。藝【實施方式】第3圖為本案所提供的電流鏡300，其中包括一輸入級電路302、一輸出級電路304、一第一運算放大器306、一控制電路308、以及一第二運算放大器310。輸入級電路302包括一第一 NMOS電晶體Mnl。流經第一 NMOS電晶體Mnl之電流為一輸入電流I。輸出級電路304包括一第二NMOS電晶體 Mn2。而流經第二電晶體Mll2之電流則為一輸出電流IL。其中，輸出電流IL與輸入電流I之間具有一固定比値N。第一 NMOS 電晶體Mnl之閘極耦接第二運算放大器310之輸出端、汲極耦接第二運算放大器310之非反向輸入端。第一 NMOS電晶體 Mnl與第二NMOS電晶體]\4112具有相同的閘源極電壓VGS，並且具有通道長度寬長比1:N。根據第一與第二NMOS電晶體 Mnl與Mn2之汲源極電壓 VdSI 與 VDS2 5 第一運算放大器306 產生一輸出信號312。控制電路308根據輸出信號312，調整第二NMOS電晶體Mn2之汲源極電壓VDS2，使第一及第二 NMOS電晶體Μηι與Mn2之>及源極電壓Vdsi與Vds2相等。在 0119-A21604TWF1(N2);Princeton9507；glorious_tien 7 M302832 弟3圖中’控制電路308包括一第三NM〇s電晶體Μ〆第三 NMOS電晶體Mn3之閘極輕接第—運算放大器之輸出端、源極耦接第一運算放大器3〇6之反相輸入端與第二電晶體Mu

之汲極、汲極為該電流鏡3〇〇之負載端。該負載端可耦接一負載314。流經負載314的電流即為輸出電流II。根據一控制電壓VCW及第一 NMOS電晶體Mnl之汲源極電壓Vdsi，第二運算放大器310控制第一 NMOS電晶體Mnl，使第一 NM〇s電曰日脰Μηι之 >及源極電壓vDS丨等於該控制電壓γ。由於電流鏡300將VDS1與VDS2皆控制在控制電壓V。，並且第一與第二電晶體河以與皿以具有相同閘源極電壓V』，因此可藉由調整控制電壓Ve，將第-與第二電晶體Mni與操作在三極體區，其中 n

L 2 W Ύ J Μ, ^cox

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Wos-Vt)Vc-V2c] ^ ! Wos-Vt)Vc-V2c]^NI

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此時控制電壓Vj小，所以負載314具有較大的可用壓降。並且第一與第二電晶體MnjMn2之閘源極電壓V仍也無須像傳統電流鏡200 —樣被限制在低電壓値，所以當輸入電流j'软大時，第一與第二電晶體Mnl與Mn2會自行調大閑源極電壓 VGS ’而不需要擴張電晶體尺寸。g)此電流鏡3⑻可以適當的電晶體尺寸提供大電流給負載314，同時負載314可具有足的壓降。第4圖之電流鏡400乃本創作另—種實施例。盆中所使用的電晶體皆為PMOS電晶體。其餘的技術特徵皆與電流鏡3〇〇相同。〇119-A21604TWF1 (N2);Princeton9507；glorious_tien 8 M302832 第5圖為發光裝置500，乃本創作的一種實施例。發光裝置500中包括第3圖之電流鏡300以及一負載502。負載502 乃由複數個發光二極體(LED)串接而成。由於電流鏡300之負 - 載端504之電壓很低，所以可以串接很多個發光二極體。電流鏡400亦可用來實現本創作所提出的發光裝置。 ' 一個晶片中通常有複數個上述輸出級電路耦接同一個上述輸入級電路。輸出級電路與輸入級電路的距離若太遠，會產生梯度效應，此種狀況下，輸出級與輸入級之電晶體的閘源極春電壓會有誤差，無法確實相等。本創作所提供的電晶體不需要加大電晶體的尺寸，即可操作在大閘源極電壓，相對於傳統電流鏡200，梯度效應在本創作之電流鏡中會大幅改善。此外，各個輸出級之輸出電流的誤差也會較小。以上實施方式僅用來幫助了解本創作，而非用來限制本創作的範圍。任何基於本創作之申請專利範圍所發展出來的產品或技術，皆屬於本說明書所欲保護的範疇。

0119-A21604TWF1 (N2);Princeton9507;glorious」ien 9 M302832 【圖式簡單說明】第1圖顯示一個η型金氧半（NMOS)電晶體的汲源極電壓 Vds、閘源極電壓Vgs、與〉及極電流之間的關係’ -第2圖為一種傳統電流鏡； . 第3圖為本創作之電流鏡的一種實施例；第4圖為本創作之電流鏡的另一種實施例；第5圖為本創作之發光裝置的一種實施例。 ® 【轉it件符號說明】 200〜傳統電流鏡， 202、204〜NMOS電晶體； 206〜負載； 300〜電流鏡； 302〜輸入級電路； 304〜輸出級電路； _ 306〜第一運算放大器； 308〜控制電路； 310〜第二運算放大器； 312〜輸出信號； 400〜電流鏡； 502、314〜負載； 504〜負載端； I〜輸入電流； IL〜輸出電流； 0119-A21604TWF1 (N2)；Princeton9507；glorious_tien 10 M302832 ve〜控制電壓；

Mnl、Mn2、Mn3〜第一、第二、第三NMOS電晶 Vdd〜電源， - VdSI、VdS2〜波源極電壓， V〇s〜閘源極電壓。

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Claims

Μ3〇38^2θ610 號申請專利範圍修正本修正日期：95.10.12 九、申請專利範圍： 1. 一種電流鏡，其中包括：一輸入級電路，包括一第一電晶體，流經該第一電晶體之 - 電流為一輸入電流； . 一輸出級電路，包括一第二電晶體，該第二電晶體與該第一電晶體具有相同的閘源極電壓’流經該弟二電晶體之電流為一輸出電流，該輸出電流與該輸入電流之間具有一固定比値；一第一運算放大器，根據該第一電晶體與該第二電晶體之鲁汲源極電壓產生一輸出信號；一控制電路，根據該輸出信號調整該第二電晶體之汲源極電壓，使該第一電晶體與該第二電晶體之汲源極電壓相等；以及一第二運算放大器，根據一控制電壓以及該第一電晶體之汲源極電壓控制該第一電晶體，使該第一電晶體之汲源極電壓等於該控制電壓；其中，藉由設定該控制電壓，可將該第一與第二電晶體操作在二極體區。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電流鏡，其中該控制電路包括一第三電晶體，該第三電晶體之閘極耦接該第一運算放大器之輸出端、源極I禺接該第一運算放大器之反相輸入端與該第二電晶體之汲極，該第三電晶體之汲極為該電流鏡之負載端，該負載端可柄接一負載’流經該負載的電流即該輸出電流。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電流鏡，其中該第一電晶體之閘極耦接該第二運算放大器之輸出端、汲極耦接該第二運 0119-A21604TWF1(N2)；Princeton9507；glorious_tien 12 M302832 算放大器之非反向輸入端。 4. 如申請專利範圍第1項所述之電流鏡，其中該固定比値可藉由調整該第一電晶體與該第二電晶體之通道區域寬長比 . 來決定。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電流鏡，上述電晶體皆為 ' NMOS電晶體。 6. 如申請專利範圍第1項所述之電流鏡，上述電晶體皆為 PMOS電晶體。 φ 7.—種發光裝置，其中包括：複數個發光二極體；以及一電流鏡，其中包括：一輸入級電路，包括一第一電晶體，流經該第一電晶體之電流為一輸入電流；一輸出級電路，包括一第二電晶體，該第二電晶體與該第一電晶體具有相同的閘源極電壓，流經該第二電晶體之電流為一輸出電流，該輸出電流與該輸入電流之間具有一固定比値； • 一第一運算放大器，根據該第一電晶體與該第二電晶體之没源極電壓產生一輸出信號；一控制電路，根據該輸出信號調整該第二電晶體之汲源極電壓，使該第一電晶體與該第二電晶體之汲源極電壓相等，該控制電路具有一負載端耦接該等發光二極體並且提供該輸出 . 電流給該等發光二極體；以及一第二運算放大器，根據一控制電壓以及該第一電晶體之汲源極電壓控制該第一電晶體，使該第一電晶體之汲源極電壓等於該控制電壓； 0119-A21604TWF1 (N2)；Princeton9507；glorious_tien 13 M302832 其中，藉由設定該控制電壓，可將該第一與第二電晶體操作在二極體區。 8.如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中該控制電 _ 路包括一第三電晶體，該第三電晶體之閘極耦接該第一運算放 . 大器之輸出端，該第三電晶體之源極耦接該第一運算放大器之 • 反相輸入端與該第二電晶體之汲極、汲極即該負載端。 * 9.如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中該第一電晶體之閘極耦接該第二運算放大器之輸出端、汲極耦接該第二春運算放大器之非反向輸入端。 10.如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中該固定比値可藉由調整該第一電晶體與該第二電晶體之通道區域寬長比來決定。 ^ 11.如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，上述電晶體皆為NMOS電晶體。 12.如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，上述電晶體皆為PMOS電晶體。 0119-A21604TWF1(N2)；Princeton9507；glorious_tien 14 M302832 七、指定代表圖： (一）本案指定代表圖為：第（3 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 300〜電流鏡； 302〜輸入級電路； 304〜輸出級電路； 306〜第一運算放大器； 308〜控制電路； 310〜第二運算放大器； 312〜輸出信號； I〜輸入電流；輸出電流； Vc〜控制電壓； Mnl〜第一 NMOS電晶體； Mn2〜第二NMOS電晶體； Mn3〜第三NMOS電晶體； Vdd〜電源； VdSI、Vj)S2〜〉及源極電壓， Vgs〜閘源極電壓。

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