專利名稱：一種改進的電流鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電流鏡，特別是涉及一種改進的電流鏡。
技術(shù)背景美國專利US5252910提出了一種電流鏡，如圖I所示。該發(fā)明的目的是為了得到一個能夠在大于電源電壓Vss的低電壓Vdss下工作的電流鏡，如此是為了適用于工作在具有低電勢差的Vdd和Vss之間的電路，所述電路不允許電流鏡具有很大的工作電壓。該發(fā)明的另一個目的在于，在電流鏡的追蹤支路產(chǎn)生一個小的傳導阻抗，這也是使得電流鏡能夠工作在靠近Vss的一個電壓下的條件。該發(fā)明實現(xiàn)這些目的是通過如下手段一個普通的電流鏡，在其追蹤支路只有一個晶體管，但是該電流鏡包括了電壓反饋，該反饋特源自電流鏡的追蹤支路，所述追蹤支路和負載并聯(lián)而非級聯(lián)。更準確地，該發(fā)明是關(guān)于工作在低電壓下的電流鏡，該電流鏡包括，在參考支路有一個電流源I和第一晶體管Tl，在輸出支路具有一個負載2和一個第二晶體管T2，這兩個晶體管的柵極相互連接，并受控于所述電流源1，在該電流鏡中還包括電壓反饋，為了使該電流鏡能夠工作于高電源電壓和低電源電壓相近的情況下，第一晶體管Tl的漏極電壓需要追蹤第二晶體管T2的漏極電壓。但是，在實際工作中，在圖I中的電流鏡存在的技術(shù)問題是為了保證電流鏡輸出電流與參考電流之間的嚴格比例關(guān)系，電流鏡要求其第一晶體管Tl的漏源電壓和第二晶體管T2的漏源電壓具有比較高的值
實用新型內(nèi)容
為了解決US5252910提出的電流鏡(即圖I中的電流鏡)要求其第一晶體管Tl的漏源電壓和第二晶體管T2的漏源電壓具有比較高的值的技術(shù)問題，本實用新型提出一種改進的電流鏡。本實用新型的技術(shù)方案如下一種改進的電流鏡，包含—個參考支路，其包含第一電流源和第一晶體管；一個輸出支路，其包含一個負載和第二晶體管；第一晶體管的柵極和第二晶體管的柵極相互連接并受控于第一電流源；一個使第一晶體管的漏極電壓跟蹤第二晶體管的漏極電壓的反饋支路，所述反饋支路包含第三晶體管，其串聯(lián)在第一電流源和第一晶體管之間；第四晶體管，其串聯(lián)在第二輔助電流源和第二晶體管之間；第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極相互連接且受控于第二輔助電流源；其特征在于，所述第三晶體管串聯(lián)在第一電流源和第一晶體管之間是指，第三晶體管的源極連接于第一晶體管的漏極，第三晶體管的漏極連接于第一電流源；所述第四晶體管串聯(lián)在第二輔助電流源和第二晶體管之間是指，第四晶體管的源極連接于第二晶體管的漏極，第四晶體管的漏極連接于第二輔助電流源。還包含第五晶體管和第三輔助電流源，第五晶體管的柵極連接于第四晶體管的源極，第五晶體管的源極連接于第三晶體管的漏極，第五晶體管的漏極與第一晶體管的柵極和第二晶體管的柵極相連，第三輔助電流源的一端與第五晶體管的漏極相連。還包括第四輔助電流源，其一端連接于第一晶體管的漏極。還包括實現(xiàn)第三輔助電流源的輔助電流鏡，所述第三輔助電流源的輸出電流為所述輔助電流鏡的輸出支路提供的輸出電流。所述輔助電流鏡包含輔助電流鏡參考支路，其包含第五輔助電流源和第六晶體管；輔助電流鏡輸出支路，其包含第七晶體管；所述第六晶體管的柵極和第七晶體管的柵極相互連接，且受控于第五輔助電流源；所述第七晶體管的漏極連接于第五晶體管的漏極。所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管為N溝道MOS場效應(yīng)晶體管，第五晶體管為P溝道MOS場效應(yīng)晶體管。所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第六晶體管、第七晶體管為N溝道MOS場效應(yīng)晶體管,第五晶體管為P溝道MOS場效應(yīng)晶體管。本實用新型的有益效果在于I、相比與現(xiàn)有技術(shù)(圖I所示的電流鏡)，本實用新型電流鏡增加了所述第五晶體管，其與所述第三晶體管、第四晶體管和第三輔助電流源一起構(gòu)成一個折疊式運算放大器(同時也是差分放大器)，相比于圖I所示的電流鏡中的僅由晶體管T5和晶體管T6構(gòu)成的差分放大器，所述折疊式運算放大器提高了放大器的增益，因而，在保證輸出電流和參考電流之間嚴格的比例關(guān)系的要求下，本實用新型電流鏡第一晶體管的漏源電壓和第二晶體管的漏源電壓的下限可以比圖I中電流鏡的晶體管T1、T2的漏源電壓的下限更低。2、所述第三輔助電流源提供電流使第五晶體管工作于放大區(qū)。3、本電流鏡電路還包括第四輔助電流源，其一端連接于所述參考支路的第一晶體管和第三晶體管之間，其作用是提供電流鏡參考電流。

圖I——現(xiàn)有技術(shù)(美國專利US5252910)提出的電流鏡電路示意圖I-電流源，2_負載圖2——本實用新型提出的一種改進的電流鏡電路示意圖具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。[0034]如圖2所示，一種改進的電流鏡，包含 一個參考支路，其包含第一電流源和第一晶體管M1，具體實現(xiàn)時，可以包括用于調(diào)控所述第一電流源電流的第八晶體管M8，所述第八晶體管M8的源極與第一電源電壓端頭VIN連接，第八晶體管M8的漏極與第三晶體管M3的漏極相連接，第八晶體管M8的柵極連接于控制電源電壓端頭Vb，第三晶體管M3的源極連接于第一晶體管Ml的漏極，所述第一晶體管Ml的源極連接于第二電源電壓端頭VSS，第一電源電壓端頭VIN、第八晶體管M8、第三晶體管M3、第一晶體管Ml、第二電源電壓端頭VSS所在支路形成第一電流源通路，第一電源電壓VIN高于第二電源電壓VSS ；一個輸出支路，其包含一個負載(在圖2中為發(fā)光二極管)和第二晶體管M2，所述第二晶體管M2的漏極連接所述負載，第二晶體管M2的源極連接于第二電源電壓端頭VSS ；第一晶體管Ml的柵極和第二晶體管M2的柵極相互連接并受控于第一電流源，具體實現(xiàn)時，所述第一晶體管Ml的柵極和第二晶體管M2的柵極均連接于第五晶體管M5的漏極，第五晶體管M5的源極連接于第八晶體管M8的漏極；一個使第一晶體管Ml的漏極電壓跟蹤第二晶體管M2的漏極電壓的反饋支路，所述反饋支路包含第三晶體管M3，其串聯(lián)在第一電流源和第一晶體管Ml之間，第三晶體管M3的漏極連接于第八晶體管M8的漏極，第三晶體管M3的源極連接于第一晶體管Ml的漏極；第四晶體管M4，其串聯(lián)在第二輔助電流源和第二晶體管M2之間，具體實現(xiàn)時，可以包括用于調(diào)控所述第二輔助電流源電流的第九晶體管M9，第九晶體管M9的柵極連接于所述控制電源電壓端頭Vb，第九晶體管M9的源極連接于第一電源的電壓端頭VIN，第九晶體管M9的漏極連接于第四晶體管M4的漏極，第四晶體管M4的源極連接于第二晶體管M2的漏極，第一電源電壓端頭VIN、第九晶體管M9、第四晶體管M4、第二晶體管M2、第二電源電壓端頭VSS所在支路形成第二輔助電流源通路；第三晶體管M3的柵極和第四晶體管M4的柵極相互連接且受控于第二輔助電流源，具體實現(xiàn)時，所述第三晶體管M3的柵極和第四晶體管M4的柵極均連接于第九晶體管M9的漏極。其特征在于，還包含第五晶體管M5和第三輔助電流源，第五晶體管M5的柵極連接于輸出支路的第二晶體管M2的漏極，第五晶體管M5的源極連接于參考支路的第三晶體管M3的漏極，第五晶體管M5的漏極與第一晶體管Ml的柵極和第二晶體管M2的柵極相連，第三輔助電流源的一端與第五晶體管M5的漏極相連。優(yōu)選地，還包括第四輔助電流源，其一端連接于所述參考支路的第一晶體管Ml和第三晶體管M3之間。具體實現(xiàn)時，包括用于調(diào)控所述第四輔助電流源電流的第十晶體管M10，第十晶體管MlO的柵極連接于所述控制電源電壓端頭Vb，第十晶體管MlO的源極連接于第一電源電壓端頭VIN，第十晶體管MlO的漏極連接于第一晶體管Ml的漏極，第一晶體管Ml的源極連接于第二電源電壓端頭VSS，第一電源電壓端頭VIN、第十晶體管M10、第一晶體管Ml、第二電源電壓端頭VSS所在支路形成第四輔助電流源通路。優(yōu)選地，還包括實現(xiàn)第三輔助電流源的輔助電流鏡，所述第三輔助電流源的輸出電流為所述輔助電流鏡的輸出支路提供的輸出電流。所述輔助電流鏡包含輔助電流鏡參考支路，其包含第五輔助電流源和第六晶體管M6 ；[0045]輔助電流鏡輸出支路，其包含第七晶體管M7 ；[0046]所述第六晶體管M6的柵極和第七晶體管M7的柵極相互連接，且受控于第五輔助電流源；所述第七晶體管M7的漏極連接于第五晶體管M5的漏極；具體實現(xiàn)時，包括用于調(diào)控所述第五輔助電流源電流的第十一晶體管M11，所述第十一晶體管Mll的柵極連接于所述控制電源電壓端頭Vb，所述第十一晶體管Mll的源極連接于第一電源電壓端頭VIN，第十一晶體管Mll的漏極連接于第六晶體管M6的漏極，第六晶體管M6的源極連接于第二電源電壓端頭VSS，第一電源電壓接頭VIN、第十一晶體管Mil、第六晶體管M6、第二電源電壓端頭VSS所在的支路形成第五輔助電流源通路，第七晶體管M7的漏極與第五晶體管M5的漏極相連接，第七晶體管M7的源極與第二電源電壓端頭VSS相連，第i^一晶體管Ml I、第六晶體管M6和第七晶體管M7構(gòu)成輔助電流鏡使第五晶體管M5工作于放大區(qū)。所述第一晶體管Ml、第二晶體管M2、第三晶體管M3、第四晶體管M4、第六晶體管M6、第七晶體管M7為N溝道MOS場效應(yīng)晶體管,第五晶體管M5、第八晶體管M8、第九晶體管M9、第十晶體管M10、第i^一晶體管Mll為P溝道MOS場效應(yīng)晶體管。本實用新型的工作原理在于第一晶體管Ml和第二晶體管M2構(gòu)成一對電流鏡，其中第一晶體管Ml是決定參考電流的MOS場效應(yīng)晶體管，而第二晶體管M2是決定輸出電流的MOS場效應(yīng)晶體管。本實施例將所述電流鏡用于一個恒流LED驅(qū)動的應(yīng)用場合，即在所述輸出支路的所述負載為一個發(fā)光二極管。第三晶體管M3，第四晶體管M4，第五晶體管M5和第七晶體管M7共同構(gòu)成一個差分放大器，其中，第四晶體管M4的源端(圖2中的節(jié)點A(Vcath))是所述差分放大器的反相輸入端，第三晶體管M3的源端(圖2中的節(jié)點B(Vtrack))是差分放大器的同相輸入端，而第五晶體管M5的漏端則是輸出端。而第六晶體管M6，第8晶體管M8，第九晶體管M9，第十晶體管M10，第i^一晶體管Mll均用于輔助電流鏡工作。本實用新型電流鏡的具體工作過程如下所述差分放大器的反相輸入端和同相輸入端檢測到電流鏡的第一晶體管Ml的漏源電壓Vtrack和第二晶體管M2的漏源電壓Vcath之間的誤差，然后所述誤差通過所述差分放大器放大后，從所述差分放大器的輸出端送到Ml和M2的柵極，所述放大器的輸出端即第五晶體管M5的漏端(節(jié)點D)，以此來迫使Vcath和Vtrack的誤差為零。這樣，就得到了一個精度極高的電流鏡不僅電流鏡的第一晶體管Ml和第二晶體管M2的柵極電壓完全一致，而且第一晶體管Ml的漏源電壓Vtrack和第二晶體管M2的漏源電壓Vcath也完全一致，從而保證了輸出電流和參考電流之間嚴格的比例關(guān)系。相比于現(xiàn)有技術(shù)(圖I中所示電流鏡)，本實用新型的所述差分放大器為兩級放大，第一級為第三晶體管M3和第四晶體管M4組成的差分放大器，第二級為第五晶體管M5和第七晶體管M7組成的共柵放大器，本實用新型的兩極運放的增益為60-80dB，而圖I中的電流鏡僅由晶體管T5、T6構(gòu)成一級差分放大器，其增益在40dB左右，可見本實用新型的具有兩級放大功能的差分放大器相比現(xiàn)有技術(shù)提高了增益。由于本實用新型電流鏡采用了一種增益更高的差分放大器，因此，在保證電流鏡輸出電流和參考電流之間嚴格的比例關(guān)系的要求下，本實用新型電流鏡第一晶體管Ml和第二晶體管M2的漏源電壓的下限可以比圖I中電流鏡的晶體管Tl、T2的漏源電壓的下限更低。具體原因在于對于美國專利提出得電流鏡(圖I所示電流鏡)，電流鏡晶體管Tl和T2的漏源電壓越低，相應(yīng)的，所述晶體管Tl和T2工作在越深的線性區(qū)，這時它們的輸出電阻非常小，這就使得由差分放大器和電流鏡所共同構(gòu)成的環(huán)路的開環(huán)增益變得很小，從而消弱了對晶體管Tl和T2的漏源電壓的調(diào)整能力，即難以使晶體管Tl和T2的漏源電壓保持一致，從而必然帶來輸出電流和參考電流之間的比例偏離預(yù)定的設(shè)計值。而本實用新型提出的電流鏡提高了差分放大器本身的增益，從而提高了環(huán)路的開環(huán)增益，因此具有更強的將第一晶體管Ml和第二晶體管M2的漏源電壓調(diào)整一致的能力。同時值得特別指出的是，一般的共柵放大器需要一個專門的偏置電路給柵極提供電位，本實用新型直接把電流鏡輸出端的第二晶體管M2的漏極和共柵放大器第五晶體管M5的柵極相連，即Vcath作為第五晶體管M5的柵極電位，這樣最大程度地簡化了電路。應(yīng)當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本實用 新型，但不以任何方式限制本實用新型。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型專利的保護范圍當中。
權(quán)利要求1.一種改進的電流鏡，包含 一個參考支路，其包含第一電流源和第一晶體管； 一個輸出支路，其包含一個負載和第二晶體管； 第一晶體管的柵極和第二晶體管的柵極相互連接并受控于第一電流源； 一個使第一晶體管的漏極電壓跟蹤第二晶體管的漏極電壓的反饋支路，所述反饋支路包含第三晶體管，其串聯(lián)在第一電流源和第一晶體管之間；第四晶體管，其串聯(lián)在第二輔助電流源和第二晶體管之間； 第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極相互連接且受控于第二輔助電流源； 其特征在于， 所述第三晶體管串聯(lián)在第一電流源和第一晶體管之間是指，第三晶體管的源極連接于第一晶體管的漏極，第三晶體管的漏極連接于第一電流源；所述第四晶體管串聯(lián)在第二輔助電流源和第二晶體管之間是指，第四晶體管的源極連接于第二晶體管的漏極，第四晶體管的漏極連接于第二輔助電流源， 還包含第五晶體管和第三輔助電流源，第五晶體管的柵極連接于第四晶體管的源極，第五晶體管的源極連接于第三晶體管的漏極，第五晶體管的漏極與第一晶體管的柵極和第二晶體管的柵極相連，第三輔助電流源的一端與第五晶體管的漏極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改進的電流鏡，其特征在于，還包括第四輔助電流源，其一端連接于第一晶體管的漏極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改進的電流鏡，其特征在于，還包括實現(xiàn)第三輔助電流源的輔助電流鏡，所述第三輔助電流源的輸出電流為所述輔助電流鏡的輸出支路提供的輸出電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種改進的電流鏡，其特征在于，所述輔助電流鏡包含 輔助電流鏡參考支路，其包含第五輔助電流源和第六晶體管； 輔助電流鏡輸出支路，其包含第七晶體管； 所述第六晶體管的柵極和第七晶體管的柵極相互連接，且受控于第五輔助電流源； 所述第七晶體管的漏極連接于第五晶體管的漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改進的電流鏡，其特征在于，所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管為N溝道MOS場效應(yīng)晶體管,第五晶體管為P溝道MOS場效應(yīng)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改進的電流鏡，其特征在于，所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第六晶體管、第七晶體管為N溝道MOS場效應(yīng)晶體管，第五晶體管為P溝道MOS場效應(yīng)晶體管。
專利摘要一種改進的電流鏡，包含一個參考支路，其包含第一電流源和第一晶體管；一個輸出支路，其包含一個負載和第二晶體管；第一晶體管的柵極和第二晶體管的柵極相互連接并受控于第一電流源；一個使第一晶體管的漏極電壓跟蹤第二晶體管的漏極電壓的反饋支路，所述反饋支路包含第三晶體管，其串聯(lián)在第一電流源和第一晶體管之間；第四晶體管，其串聯(lián)在第二輔助電流源和第二晶體管之間；第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極相互連接且受控于第二輔助電流源；還包含第五晶體管和第三輔助電流源。本實用新型電流鏡的第一晶體管的漏源電壓和第二晶體管的漏源電壓的下限可以比現(xiàn)有技術(shù)中電流鏡(圖1所示)的晶體管T1、T2的漏源電壓的下限更低。
文檔編號G05F3/26GK202362694SQ20112040347
公開日2012年8月1日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者唐婭, 郝躍國 申請人:唐婭, 郝躍國