專利名稱：恒流電路和使用此恒流電路的系統(tǒng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生多個(gè)恒定電流并且輸出所產(chǎn)生的恒定電流的恒流電路、以及使用此恒流電路的系統(tǒng)電源；并且本發(fā)明特別涉及一種恒流電路，其產(chǎn)生在作為系統(tǒng)電源的一部分的多個(gè)恒壓電路中提供的誤差放大電路、短路保護(hù)電路等所必需的每個(gè)高度精確的偏置電流，并且提供所產(chǎn)生的偏置電流；并且本發(fā)明還涉及使用此恒流電路的系統(tǒng)電源。
背景技術(shù)：
近來，電子儀器的功能數(shù)量已經(jīng)增大，并且這些功能所必需的其電源的特性已經(jīng)變得各種各樣；因此，電子儀器需要很多種電源。因而，如圖8所示，正在使用所謂的系統(tǒng)電源，其中，將多個(gè)恒壓電路REGX1到REGXn(n是整數(shù)，其中n＞1)集成在一個(gè)芯片上，將電力從恒壓電路REGX1到REGXn提供給對(duì)應(yīng)的負(fù)載Lo1到Lon，并且由控制電路(未示出)來總體控制恒壓電路REGX1到REGXn的每一個(gè)。
圖9是示出圖8所示的恒壓電路REGX1到REGXn之一的電路示例的圖。由于恒壓電路REGX1到REGXn的每一個(gè)具有相同的結(jié)構(gòu)，因此在圖9中，示出任意恒壓電路REGXk(k＝1至n)。
恒壓電路REGXk由參考電壓產(chǎn)生電路REFk、誤差放大電路APk、用于控制輸出電壓的晶體管PBk、以及用于檢測(cè)輸出電壓的電阻器RXk和RYk組成，并且將所產(chǎn)生的輸出電壓Vok輸出到對(duì)應(yīng)的負(fù)載Lok。
參考電壓產(chǎn)生電路REFk由耗盡型NMOS晶體管NAk和增強(qiáng)型NMOS晶體管NBk(在下文中，將增強(qiáng)型NMOS晶體管簡(jiǎn)稱為NMOS晶體管，并且將增強(qiáng)型PMOS晶體管簡(jiǎn)稱為PMOS晶體管)組成。在耗盡型NMOS晶體管NAk中，漏極連接到電源Vdd，并且柵極和源極相連接；因此，當(dāng)耗盡型NMOS晶體管NAk的柵極和源極之間的電壓Vgs等于0時(shí)，耗盡型NMOS晶體管NAk的漏極電流變?yōu)楹愣娏鳌?br> NMOS晶體管NBk的漏極連接到耗盡型NMOS晶體管NAk的源極，并且，在NMOS晶體管NBk中，源極連接到地電壓，并且柵極連接到漏極。因此，NMOS晶體管NBk的漏極電流變?yōu)榈扔诤谋M型NMOS晶體管NAk的、成為恒定電流的漏極電流。由此，NMOS晶體管NBk的柵極電壓由耗盡型NMOS晶體管NAk的漏極電流確定，并且這一電壓成為從參考電壓產(chǎn)生電路REFk輸出的參考電壓Vrefk。
誤差放大電路APk控制用于控制輸出電壓的晶體管PBk的操作，使得電壓VXk成為參考電壓Vrefk，所述電壓VXk是由用于檢測(cè)輸出電壓的電阻器RXk和RYk分壓的輸出電壓Vok。
在系統(tǒng)電源中，在20個(gè)或更多恒壓電路形成于一個(gè)芯片上的情況下，如果在每個(gè)恒壓電路中提供偏置電流設(shè)置電路和參考電壓產(chǎn)生電路，則存在半導(dǎo)體芯片的整個(gè)面積變大的問題。為了解決這一問題，公開了一種用于向很多模擬基本電路提供偏置電流的偏置電流源電路(例如，參考專利文件1)，其中，PMOS晶體管和NMOS晶體管串聯(lián)連接在電源電壓和地電壓之間，電源電壓被此串聯(lián)電路分壓，并且很多NMOS晶體管和PMOS晶體管的柵極連接到此分壓后的電壓。
日本公開專利申請(qǐng)第8-321731號(hào)。
然而，MOS晶體管的特性由于其制造工藝的變化和在一個(gè)晶片中的芯片位置的差異而改變。因此，存在對(duì)于NMOS晶體管NCk和NDk以及對(duì)于PMOS晶體管PEk的偏置電流值顯著離散(disperse)的問題，其中所述NMOS晶體管NCk和NDk是圖9中的誤差放大電路APk的差分對(duì)，所述PMOS晶體管PEk是誤差放大電路APk的輸出級(jí)。此外，在耗盡型NMOS晶體管NAk的0偏置時(shí)的漏極電流的離散度(dispersion)達(dá)-50％至+100％。另外，在使用溫度范圍(-30℃至85℃)內(nèi)，溫度特性的離散度是±20至30％。由于這些原因，將從參考電壓產(chǎn)生電路REFk輸出的參考電壓Vrefk以及NMOS晶體管NBk的漏極電流由于制造工藝和溫度的變化而顯著改變。另外，參考電壓產(chǎn)生電路REFk的特性被改變，并且參考電壓Vrefk也被改變。這些是問題。由于參考電壓Vrefk的改變直接影響輸出電壓Vok的改變，因此需要通過微調(diào)等調(diào)整用于檢測(cè)輸出電壓的電阻器RXk和RYk之間的電阻比率。
在系統(tǒng)電源中，存在這樣的情況，其中，在一個(gè)芯片上提供20個(gè)或更多恒壓電路，并且當(dāng)在每個(gè)恒壓電路中包括的誤差放大電路的偏置電流值和恒流負(fù)載的值顯著離散時(shí)，出現(xiàn)系統(tǒng)電源的電流消耗超過其規(guī)格的問題。此外，由于通過偏置電流值改變了誤差放大電路的相位補(bǔ)償量，因此出現(xiàn)沒有執(zhí)行最合適的相位補(bǔ)償?shù)膯栴}。另外，由于偏置電流的改變引起諸如紋波消除比、輸入電壓響應(yīng)特性和輸出電壓響應(yīng)特性的恒壓電路所需的各種特性的改變，因此偏置電流有必要處于預(yù)定的電流值范圍內(nèi)，以便獲得其規(guī)格中的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決相關(guān)技術(shù)的上述問題中的一個(gè)或多個(gè)，并且提供一種恒流電路以及使用此恒流電路的系統(tǒng)電源，所述恒流電路可以通過減小由制造工藝的改變和溫度的改變引起的變化，來產(chǎn)生多個(gè)高度精確的恒定電流，并且作為偏置電流來提供它們。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種產(chǎn)生多個(gè)恒定電流并且輸出所產(chǎn)生的恒定電流的恒流電路。該恒流電路包括第一晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；第一pn結(jié)元件，向其提供從第一晶體管輸出的電流；第二晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；第一串聯(lián)電路，其中，第一電阻器和第二pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第二晶體管輸出的電流被提供給該第一串聯(lián)電路；控制電路，其控制第一和第二晶體管的操作，使得第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓等于第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓；以及比例電流產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的多個(gè)電流。第一電阻器連接到由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差，比例電流產(chǎn)生電路由用于產(chǎn)生比例電流的多個(gè)晶體管組成，其中從控制電路輸出到第二晶體管的控制信號(hào)被輸入到所述多個(gè)晶體管的控制電極，并且，在用于產(chǎn)生比例電流的每個(gè)晶體管中產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流。
具體地說，控制電路是運(yùn)算放大電路，第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓以及第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓被分別輸入到所述運(yùn)算放大電路的對(duì)應(yīng)輸入端，并且第一和第二晶體管以及用于產(chǎn)生比例電流的晶體管的操作由該運(yùn)算放大電路控制。
此外，第一電阻器具有抵消由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差的溫度特性的溫度特性。
此外，恒流電路還包括第三晶體管，其產(chǎn)生與從控制電路輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；以及第二串聯(lián)電路，其中，第二電阻器和第三pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第三晶體管輸出的電流被提供給該第二串聯(lián)電路。將第三晶體管與第二電阻器的連接點(diǎn)的電壓作為預(yù)定的參考電壓輸出。
此外，分別設(shè)置第一和第二電阻器的每個(gè)電阻值和每個(gè)溫度系數(shù)，使得抵消由在第三pn結(jié)元件的兩端的電壓的溫度特性引起的參考電壓的變化。
此外，第一和第二晶體管是其源極互相連接并且柵極互相連接的MOS晶體管，并且用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一和第二晶體管的源極、并且其柵極連接到第一和第二晶體管的柵極的MOS晶體管。
此外，第一到第三晶體管是其源極互相連接并且柵極互相連接的MOS晶體管，并且用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一到第三晶體管的源極、并且其柵極連接到第一到第三晶體管的柵極的MOS晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種系統(tǒng)電源，其提供產(chǎn)生預(yù)定電壓并將所產(chǎn)生的電壓輸出到對(duì)應(yīng)的負(fù)載的多個(gè)恒壓電路。該系統(tǒng)電源包括產(chǎn)生多個(gè)恒定電流并將所產(chǎn)生的恒定電流作為偏置電流輸出到對(duì)應(yīng)的恒壓電路的恒流電路。該恒流電路包括第一晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；第一pn結(jié)元件，向其提供從第一晶體管輸出的電流；第二晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；第一串聯(lián)電路，其中，第一電阻器和第二pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第二晶體管輸出的電流被提供給該第一串聯(lián)電路；控制電路，控制第一和第二晶體管的操作，使得第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓等于第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓；以及比例電流產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的多個(gè)電流。第一電阻器連接到由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差，比例電流產(chǎn)生電路由用于產(chǎn)生比例電流的多個(gè)晶體管組成，其中從控制電路輸出到第二晶體管的控制信號(hào)被輸入到所述多個(gè)晶體管的控制電極，并且，在用于產(chǎn)生比例電流的每個(gè)晶體管中產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流。
具體地說，在系統(tǒng)電源中，控制電路是運(yùn)算放大電路，第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓以及第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓分別被輸入到所述運(yùn)算放大電路的對(duì)應(yīng)輸入端，并且第一和第二晶體管以及用于產(chǎn)生比例電流的晶體管的操作由該運(yùn)算放大電路控制。
此外，在系統(tǒng)電源中，第一電阻器具有抵消由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差的溫度特性的溫度特性。
此外，在系統(tǒng)電源中，恒流電路還包括第三晶體管，其產(chǎn)生與從控制電路輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；以及第二串聯(lián)電路，其中，第二電阻器和第三pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第三晶體管輸出的電流被提供給該第二串聯(lián)電路。將第三晶體管與第二電阻器的連接點(diǎn)的電壓作為預(yù)定的參考電壓提供給所述恒壓電路中的至少一個(gè)。
此外，在系統(tǒng)電源中，分別設(shè)置第一和第二電阻器的每個(gè)電阻值和每個(gè)溫度系數(shù)，使得抵消由在第三pn結(jié)元件的兩端的電壓的溫度特性引起的參考電壓的變化。
此外，在系統(tǒng)電源中，第一和第二晶體管是其源極互相連接并且其柵極互相連接的MOS晶體管，并且用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一和第二晶體管的源極、并且其柵極連接到第一和第二晶體管的柵極的MOS晶體管。
此外，在系統(tǒng)電源中，第一到第三晶體管是其源極互相連接并且其柵極互相連接的MOS晶體管，并且用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一到第三晶體管的源極、并且其柵極連接到第一到第三晶體管的柵極的MOS晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的恒流電路，第一電阻器連接到由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差；并且用于產(chǎn)生比例電流的所述多個(gè)晶體管產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流，其中，從控制電路輸出到第二晶體管的控制信號(hào)被輸入到所述多個(gè)晶體管的控制電極。由于這一原因，可以通過減小由制造工藝的改變和溫度的改變引起的變化來產(chǎn)生和提供多個(gè)高度精確的恒定電流。此外，在提供產(chǎn)生預(yù)定的恒定電壓并將所產(chǎn)生的恒定電壓輸出到對(duì)應(yīng)的負(fù)載的多個(gè)恒壓電路的系統(tǒng)電源中，為了產(chǎn)生預(yù)定的多個(gè)恒定電流并將所產(chǎn)生的恒定電流作為偏置電流提供給對(duì)應(yīng)的負(fù)載，而使用此恒流電路；因此，可以使恒壓電路的性能的離散度較小，并且可以產(chǎn)生高度精確的恒定電壓，并將其提供給負(fù)載。
此外，恒流電路還包括第三晶體管，其產(chǎn)生與從控制電路輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；以及第二串聯(lián)電路，其中，第二電阻器和第三pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第三晶體管輸出的電流被提供給該第二串聯(lián)電路，使得將第三晶體管與第二電阻器的連接點(diǎn)的電壓作為預(yù)定的參考電壓輸出。因此，沒有必要額外提供用于產(chǎn)生參考電壓的電路。具體地說，通過在提供產(chǎn)生預(yù)定電壓并將其提供給對(duì)應(yīng)負(fù)載的多個(gè)恒壓電路的系統(tǒng)電源中使用這種恒流電路，在每個(gè)恒壓電路中提供的參考電壓產(chǎn)生電路不是必需的，并且與傳統(tǒng)電路相比，可以獲得其溫度特性極好并且離散度較低的高度精確的參考電壓。因此，不需要用于調(diào)整恒壓電路的輸出電壓的微調(diào)，并且可以使系統(tǒng)電源的芯片面積較小。
根據(jù)參考附圖給出的、對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的恒流電路的結(jié)構(gòu)示例的圖；圖2是示出使用圖1所示的恒流電路1的系統(tǒng)電源的示例的圖；圖3是示出圖2所示的運(yùn)算放大電路AMPk的電路示例的圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的恒流電路的另一結(jié)構(gòu)示例的圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的恒流電路的另一結(jié)構(gòu)示例的圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的恒流電路的結(jié)構(gòu)示例的圖；圖7是示出使用圖6所示的恒流電路1a的系統(tǒng)電源的示例的圖；圖8是示出系統(tǒng)電源示例的圖；以及圖9是示出圖8所示的恒壓電路REGX1到REGXn之一的電路示例的圖。
具體實(shí)施例方式
接下來，基于在所述圖中示出的實(shí)施例，詳細(xì)解釋本發(fā)明。
第一實(shí)施例圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的恒流電路的結(jié)構(gòu)示例的圖。
在圖1中，恒流電路1產(chǎn)生多個(gè)預(yù)定的恒定電流io1到ion(n是整數(shù)，其中n＞1)，并且輸出所產(chǎn)生的恒定電流；并且，恒流電路1由產(chǎn)生預(yù)定參考電流的參考電流產(chǎn)生電路2以及比例電流產(chǎn)生電路3組成，所述比例電流產(chǎn)生電路3產(chǎn)生與在參考電流產(chǎn)生電路2產(chǎn)生的參考電流成比例的所述多個(gè)預(yù)定的恒定電流io1到ion，并且輸出所產(chǎn)生的恒定電流。
參考電流產(chǎn)生電路2由運(yùn)算放大電路AMP、兩個(gè)pnp晶體管Q1和Q2、電阻器R1和兩個(gè)PMOS晶體管M1和M2組成。在電源電壓Vdd和地電壓之間，PMOS晶體管M1和pnp晶體管Q1串聯(lián)連接，并且PMOS晶體管M2、電阻器R1和pnp晶體管Q2串聯(lián)連接。PMOS晶體管M1與pnp晶體管Q1的連接點(diǎn)連接到運(yùn)算放大電路AMP的反相輸入端，并且PMOS晶體管M2與電阻器R1的連接點(diǎn)連接到運(yùn)算放大電路AMP的非反相輸入端。PMOS晶體管M1和M2的柵極連接到運(yùn)算放大電路AMP的輸出端，并且pnp晶體管Q1和Q2的基極連接到地電壓。將PMOS晶體管M1的漏極電流定義為i1，將PMOS晶體管M2的漏極電流定義為i2，并且漏極電流i2是參考電流。
比例電流產(chǎn)生電路3由PMOS晶體管MA1到MAn組成。PMOS晶體管MA1到MAn的源極連接到電源電壓Vdd，并且PMOS晶體管MA1到MAn的柵極連接到運(yùn)算放大電路AMP的輸出端。恒定電流io1到ion分別從PMOS晶體管MA1到MAn的漏極輸出。在此實(shí)施例中，PMOS晶體管M1是第一晶體管，PMOS晶體管M2是第二晶體管，pnp晶體管Q1是第一pn結(jié)元件，pnp晶體管Q2是第二pn結(jié)元件，并且電阻器R1是第一電阻器。此外，由電阻器R1和pnp晶體管Q2構(gòu)成的串聯(lián)電路是第一串聯(lián)電路，運(yùn)算放大電路AMP是控制電路，并且PMOS晶體管MA1到MAn的每一個(gè)是用于產(chǎn)生比例電流的晶體管。
在此結(jié)構(gòu)中，PMOS晶體管M1的漏極電流i1是pnp晶體管Q1的發(fā)射極電流，并且PMOS晶體管M2的漏極電流i2是pnp晶體管Q2的發(fā)射極電流。PMOS晶體管M1和M2具有相同的特性，并且如圖1所示，當(dāng)柵極和源極之間的電壓相同時(shí)，相同的漏極電流流動(dòng)。
由于PMOS晶體管M1和M2的漏極的每一個(gè)連接到運(yùn)算放大電路AMP的對(duì)應(yīng)輸入端，因此控制PMOS晶體管M1和M2的柵極電壓，使得PMOS晶體管M1和M2的漏極電壓由于運(yùn)算放大電路AMP的控制而變?yōu)橄嗤碾妷骸?br> 結(jié)果，pnp晶體管Q1的基極和發(fā)射極之間的電壓Vbe1變?yōu)榈扔陔娮杵鱎1上的壓降加上pnp晶體管Q2的基極和發(fā)射極之間的電壓Vbe2。pnp晶體管Q2的元件尺寸大于pnp晶體管Q1的元件尺寸，因此當(dāng)提供相同的發(fā)射極電流時(shí)，pnp晶體管Q2的基極和發(fā)射極之間的電壓Vbe2變得低于pnp晶體管Q1的基極和發(fā)射極之間的電壓Vbe1。
當(dāng)用等式來示出上述關(guān)系時(shí)，獲得下面的等式(1)。在下面的等式中，R1是電阻器R1的電阻值。
Vbe1＝Vbe2+i2×R1...(1)i2＝(1/R1)×(Vbe1-Vbe2)當(dāng)ΔVbe＝Vbe1-Vbe2時(shí)，獲得以下等式(2)。
i2＝(1/R1)×ΔVbe...(2)由等式(2)，可以理解PMOS晶體管M2的漏極電流i2的值由pnp晶體管Q1和pnp晶體管Q2之間的元件尺寸差和電阻器R1的電阻值確定。
由于ΔVbe的溫度系數(shù)為正，因此通過選擇電阻器R1的溫度系數(shù)以抵消ΔVbe的溫度系數(shù)，PMOS晶體管M2的漏極電流i2的溫度系數(shù)可以非常小。在制造時(shí)電阻器R1的離散度在電阻值方面大約為±5％，并且在溫度系數(shù)(-30℃至85℃)方面大約為±5％。由于上述變化范圍是參考電流i2的離散度，因此與傳統(tǒng)技術(shù)中相比，可以以高精度設(shè)置參考電流。
將分別從比例電流產(chǎn)生電路3的PMOS晶體管MA1到MAn輸出的恒定電流io1到ion不一定相同，并且可以通過相應(yīng)的PMOS晶體管MA1到MAn的元件尺寸而被任意設(shè)置。
圖2是示出使用圖1所示的恒流電路1的系統(tǒng)電源的示例的圖。
在圖2中，系統(tǒng)電源10提供產(chǎn)生預(yù)定的恒定電壓Vo1到Von并將其分別輸出到負(fù)載Lo1到Lon的多個(gè)恒壓電路REG1到REGn、以及恒流電路1。由于恒壓電路REG1到REGn的每一個(gè)具有相同的電路結(jié)構(gòu)，因此在圖2中，僅示出了任意恒壓電路REGk(k＝1至n)的內(nèi)部電路示例，并且其它恒壓電路與恒壓電流REGk相同；因此，省略其內(nèi)部電路。下面，作為示例來解釋恒壓電路REGk。
恒壓電路REGk由產(chǎn)生預(yù)定的參考電壓Vrk并將其輸出的參考電壓產(chǎn)生電路Gk、誤差放大電路AMPk、用于控制輸出電壓的晶體管MBk、以及用于檢測(cè)輸出電壓的電阻器RAk和RBk組成；并且恒壓電路REGk將所產(chǎn)生的輸出電壓Vok輸出到連接到輸出端OUTk的負(fù)載Lok。
用于控制輸出電壓的晶體管MBk連接在電源電壓Vdd和輸出端OUTk之間，并且電阻器RAk和RBk串聯(lián)連接在輸出端OUTk和地電壓之間。通過利用電阻器RAk和RBk將輸出電壓Vok分壓而產(chǎn)生的分壓后的電壓Vdk被輸入到運(yùn)算放大電路AMPk的反相輸入端，并且參考電壓Vrk被輸入到運(yùn)算放大電路AMPk的非反相輸入端。運(yùn)算放大電路AMPk的輸出端連接到用于控制輸出電壓的晶體管MBk的柵極，并且運(yùn)算放大電路AMPk控制用于控制輸出電壓的晶體管MBk的操作，使得分壓后的電壓Vdk變?yōu)閰⒖茧妷篤rk。
將恒定電流iok作為偏置電流從恒流電路1提供給運(yùn)算放大電路AMPk。
圖3是示出運(yùn)算放大電路AMPk的電路示例的圖。
在圖3中，運(yùn)算放大電路AMPk由PMOS晶體管MCk到MEk以及NMOS晶體管MFk到MJk組成。PMOS晶體管MCk和MDk形成電流反射鏡電路，并且成為作為差分對(duì)的NMOS晶體管MFk和MGk的負(fù)載。在PMOS晶體管MCk和MDk中，每個(gè)源極連接到電源電壓Vdd，每個(gè)柵極連接到另一個(gè)柵極，并且其連接點(diǎn)連接到PMOS晶體管MCk的漏極。
NMOS晶體管MFk的漏極連接到PMOS晶體管MCk的漏極，并且NMOS晶體管MGk的漏極連接到PMOS晶體管MDk的漏極。NMOS晶體管MFk的柵極是運(yùn)算放大電路AMPk的非反相輸入端，并且將參考電壓Vrk輸入到該柵極。此外，NMOS晶體管MGk的柵極是運(yùn)算放大電路AMPk的反相輸入端，并且將分壓后的電壓Vdk輸入到該柵極。NMOS晶體管MFk和MGk的每個(gè)源極連接到另一個(gè)源極，并且NMOS晶體管MIk連接在它們的連接點(diǎn)和地電壓之間。
這里，NMOS晶體管MHk到MJk形成電流反射鏡電路，NMOS晶體管MHk至MJk的每個(gè)柵極連接到其它柵極，并且它們的連接點(diǎn)連接到NMOS晶體管MHk的漏極，并且，將來自恒流電路1的恒定電流iok輸入到該漏極。
此外，PMOS晶體管MEk和NMOS晶體管MJk串聯(lián)連接在電源電壓Vdd和地電壓之間，并且PMOS晶體管MDk與NMOS晶體管MGk的連接點(diǎn)連接到PMOS晶體管MEk的柵極。此外，PMOS晶體管MEk與NMOS晶體管MJk的連接點(diǎn)是運(yùn)算放大電路AMPk的輸出端，并且連接到用于控制輸出電壓的晶體管MBk的柵極。
在這一結(jié)構(gòu)中，PMOS晶體管MCk和MDk以及NMOS晶體管MFk、MGk和MIk形成差分放大級(jí)；并且通過NMOS晶體管MHk和MIk的電流反射鏡電路，將與恒定電流iok成比例的電流作為偏置電流提供給作為差分對(duì)的NMOS晶體管MFk和MGk。此外，PMOS晶體管MEk和NMOS晶體管MJk形成放大級(jí)，并且通過NMOS晶體管MHk和MJk的電流反射鏡電路，將與恒定電流iok成比例的電流作為偏置電流提供給PMOS晶體管MEk。以這一方式，將來自恒流電路1的恒定電流iok作為偏置電流提供給運(yùn)算放大電路AMPk。
這里，在圖1中，作為示例示出了通過使用PMOS晶體管和pnp晶體管來形成恒流電路1的情況；然而，可以通過使用NMOS晶體管和npn晶體管來形成恒流電路1；在此情況中，在圖1中示出的結(jié)構(gòu)變?yōu)樵趫D4中示出的結(jié)構(gòu)。在圖4中，與圖1中示出的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件相對(duì)應(yīng)的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件具有相同的參考標(biāo)號(hào)。此外，在圖1中，pnp晶體管Q1和Q2的基極連接到地電壓；然而，如圖5所示，可以使用每一個(gè)的基極和集電極相連接的npn晶體管，而不是使用pnp晶體管Q1和Q2。其中，同樣在圖5中，與圖1中示出的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件相對(duì)應(yīng)的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件具有相同的參考標(biāo)號(hào)。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的恒流電路中，運(yùn)算放大電路AMP控制MOS晶體管M1和M2的操作，使得將負(fù)反饋施加到分別從MOS晶體管M1和M2流出的電流i1和i2之一的變化上，并且該變化被消除。通過使在電阻器R1中流動(dòng)的恒定電流成為參考電流，其操作由運(yùn)算放大電路AMP控制的MOS晶體管MA1到MAn中的每一個(gè)分別產(chǎn)生與參考電流成比例的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流，其中所述電阻器R1連接到由在雙極型晶體管Q1和Q2中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差，分別從MOS晶體管M1和M2向所述雙極型晶體管Q1和Q2提供電流。由于這一原因，恒流電路可以通過減少由制造工藝的改變和溫度的改變引起的變化來產(chǎn)生多個(gè)精確的恒定電流，并且作為偏置電流來提供所產(chǎn)生的電流。
此外，由于將由本發(fā)明第一實(shí)施例中的恒流電路產(chǎn)生的恒定電流作為偏置電流提供給系統(tǒng)電源10所具有的對(duì)應(yīng)恒壓電路REG1到REGn，因此可以使每個(gè)恒壓電路的性能的離散度較小，整個(gè)系統(tǒng)電源的電流消耗的離散度變小，并且每個(gè)誤差放大電路的相位補(bǔ)償變得穩(wěn)定。此外，可以實(shí)現(xiàn)恒壓電路將需要的各種特性(例如紋波消除比、輸入電壓響應(yīng)特性和輸出電壓響應(yīng)特性)的穩(wěn)定。
第二實(shí)施例在上述第一實(shí)施例中，分別在恒壓電路REG1到REGn中提供參考電壓產(chǎn)生電路G1到Gn；然而，當(dāng)恒壓電路REG1到REGn中的一些具有相同的參考電壓時(shí)，恒流電路1有可能產(chǎn)生該參考電壓，并將該電壓提供給恒壓電路REG1到REGn中的若干個(gè)；這被應(yīng)用于第二實(shí)施例。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的恒流電路的結(jié)構(gòu)示例的圖。在圖6中，與在圖1中示出的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件相同或相似的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件具有相同的參考標(biāo)號(hào)，并且省略相同的解釋；僅僅解釋與圖1所示的內(nèi)容不同的內(nèi)容。此外，在圖6中，示出了在每個(gè)恒壓電路中參考電壓相同的示例。
在圖6中，與圖1所示的內(nèi)容不同的內(nèi)容如下。也就是說，提供參考電壓產(chǎn)生電路4，其由通過運(yùn)算放大電路AMP控制其操作的PMOS晶體管M3、pnp晶體管Q3和電阻器R2構(gòu)成。由于這一原因，圖1所示的恒流電路1改變?yōu)楹懔麟娐?a。
在圖6中，恒流電路1a產(chǎn)生多個(gè)預(yù)定的恒定電流io1到ion以及預(yù)定的參考電壓Vr，并且輸出所產(chǎn)生的電流和電壓。恒流電路1a由參考電流產(chǎn)生電路2、比例電流產(chǎn)生電路3、以及產(chǎn)生預(yù)定的參考電壓Vr并輸出所產(chǎn)生的電壓的參考電壓產(chǎn)生電路4組成。
參考電壓產(chǎn)生電路4由PMOS晶體管M3、pnp晶體管Q3和電阻器R2組成；PMOS晶體管M3、電阻器R2和pnp晶體管Q3串聯(lián)連接在電源電壓Vdd和地電壓之間。PMOS晶體管M3的柵極連接到運(yùn)算放大電路AMP的輸出端，并且pnp晶體管Q3的基極連接到地電壓。從PMOS晶體管M3與電阻器R2的連接點(diǎn)輸出參考電壓Vr。其中，PMOS晶體管M3是第三晶體管，電阻器R2是第二電阻器，pnp晶體管Q3是第三pn結(jié)元件，并且由電阻器R2和pnp晶體管Q3構(gòu)成的串聯(lián)電路是第二串聯(lián)電路。
在這一結(jié)構(gòu)中，在下面的等式(3)中示出參考電壓Vr。在下面的等式(3)中，將pnp晶體管Q3的基極和發(fā)射極之間的電壓定義為Vbe3，將電阻器R2的電阻值定義為R2，并且將要從PMOS晶體管M3輸出的電流定義為i3。
Vr＝Vbe3+i3×R2＝Vbe3+R2/R1×ΔVbe...(3)在上面的等式(3)中，基極和發(fā)射極之間的電壓Vbe3具有負(fù)溫度系數(shù)，而ΔVbe具有正溫度系數(shù)。由于這一原因，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇R2/R1的值和溫度系數(shù)而使參考電壓Vr的溫度系數(shù)非常小。
圖7是示出使用圖6所示的恒流電路1a的系統(tǒng)電源的示例的圖。在圖7中，與圖2中示出的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件相同或相似的每個(gè)結(jié)構(gòu)元件具有相同的參考標(biāo)號(hào)，并且省略相同的解釋；僅僅解釋與圖2中示出的內(nèi)容不同的內(nèi)容。
在圖7中，與圖2中示出的內(nèi)容不同的內(nèi)容如下。也就是說，從圖2中示出的恒壓電路REG1到REGn中去除參考電壓產(chǎn)生電路G1到Gn，并且將來自恒流電路1a的參考電壓Vr輸入到運(yùn)算放大電路AMP1到AMPn的每個(gè)非反相輸入端。因此，在圖7中，圖2所示的恒壓電路REG1到REGn改變?yōu)楹銐弘娐稲EGa1到REGan，圖2所示的恒流電路1改變?yōu)楹懔麟娐?a，并且圖2所示的系統(tǒng)電源10改變?yōu)橄到y(tǒng)電源10a。
如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例的恒流電路在第一實(shí)施例的恒流電路中提供產(chǎn)生預(yù)定的參考電壓Vr、并輸出所產(chǎn)生的電壓的參考電壓產(chǎn)生電路4。由于這一原因，在第二實(shí)施例中，可以獲得與第一實(shí)施例的效果相似的效果。此外，在具有多個(gè)恒壓電路的系統(tǒng)電源中，可以從恒流電路提供每個(gè)恒壓電路所必需的參考電壓，并且沒有必要每個(gè)恒壓電路都提供參考電壓產(chǎn)生電路；因此，用于形成參考電壓產(chǎn)生電路的面積變得沒有必要；并且可以獲得其中電壓的離散度較小并且溫度特性極好的高度精確的參考電壓。因此，不需要用于調(diào)整恒壓電路的輸出電壓的微調(diào)，并且可以使系統(tǒng)電源的芯片面積較小。
在第一和第二實(shí)施例中，為了能夠容易地理解所述解釋，解釋了每個(gè)恒壓電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)的情況；然而，本發(fā)明不限于此。例如，每個(gè)恒壓電路不必具有相同的電路結(jié)構(gòu)，并且形成可以將偏置電流提供給多個(gè)恒壓電路的結(jié)構(gòu)就足夠了。此外，在第二實(shí)施例中，為了能夠容易地理解所述解釋，解釋了在恒壓電壓REGa1到REGan中使用的所有參考電壓都相同的情況；然而，本發(fā)明不限于此，并且可以應(yīng)用于至少一個(gè)恒壓電路使用來自恒流電路1a的參考電壓Vr的情況。
盡管在上面參考出于說明的目的而選擇的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)清楚本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是可以在不背離本發(fā)明的基本思想和范圍的情況下，由本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行很多修改。
本專利申請(qǐng)基于2004年10月8日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)第2004-296479號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生多個(gè)恒定電流并輸出所產(chǎn)生的恒定電流的恒流電路，包括第一晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；第一pn結(jié)元件，向其提供從第一晶體管輸出的電流；第二晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；第一串聯(lián)電路，其中，第一電阻器和第二pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第二晶體管輸出的電流被提供給該第一串聯(lián)電路；控制電路，其控制第一和第二晶體管的操作，使得第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓等于第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓；以及比例電流產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的多個(gè)電流；其中第一電阻器連接到由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差，比例電流產(chǎn)生電路由用于產(chǎn)生比例電流的多個(gè)晶體管組成，其中從控制電路輸出到第二晶體管的控制信號(hào)被輸入到所述多個(gè)晶體管的控制電極，并且在用于產(chǎn)生比例電流的每個(gè)晶體管中產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的電流，并輸出所產(chǎn)生的電流。
2.如權(quán)利要求1所述的恒流電路，其中控制電路是運(yùn)算放大電路，第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓以及第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓被分別輸入到所述運(yùn)算放大電路的對(duì)應(yīng)輸入端，并且第一和第二晶體管以及用于產(chǎn)生比例電流的晶體管的操作由該運(yùn)算放大電路控制。
3.如權(quán)利要求1所述的恒流電路，其中第一電阻器具有抵消由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差的溫度特性的溫度特性。
4.如權(quán)利要求1所述的恒流電路，還包括第三晶體管，其產(chǎn)生與從控制電路輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；以及第二串聯(lián)電路，其中，第二電阻器和第三pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第三晶體管輸出的電流被提供給該第二串聯(lián)電路；其中將第三晶體管與第二電阻器的連接點(diǎn)的電壓作為預(yù)定的參考電壓輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的恒流電路，其中分別設(shè)置第一和第二電阻器的每個(gè)電阻值和每個(gè)溫度系數(shù)，使得抵消由在第三pn結(jié)元件的兩端的電壓的溫度特性引起的參考電壓的變化。
6.如權(quán)利要求1所述的恒流電路，其中第一和第二晶體管是其源極互相連接并且其柵極互相連接的MOS晶體管，并且，用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一和第二晶體管的源極、并且其柵極連接到第一和第二晶體管的柵極的MOS晶體管。
7.如權(quán)利要求4所述的恒流電路，其中第一到第三晶體管是其源極互相連接并且其柵極互相連接的MOS晶體管，并且，用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一到第三晶體管的源極、并且其柵極連接到第一到第三晶體管的柵極的MOS晶體管。
8.一種系統(tǒng)電源，其提供產(chǎn)生預(yù)定電壓并將所產(chǎn)生的電壓輸出到對(duì)應(yīng)負(fù)載的多個(gè)恒壓電路，該系統(tǒng)電源包括恒流電路，其產(chǎn)生多個(gè)恒定電流，并將所產(chǎn)生的恒定電流作為偏置電流輸出到對(duì)應(yīng)的恒壓電路；其中該恒流電路包括第一晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并輸出所產(chǎn)生的電流；第一pn結(jié)元件，向其提供從第一晶體管輸出的電流；第二晶體管，其產(chǎn)生與輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并輸出所產(chǎn)生的電流；第一串聯(lián)電路，其中，第一電阻器和第二pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第二晶體管輸出的電流被提供給該第一串聯(lián)電路；控制電路，其控制第一和第二晶體管的操作，使得第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓等于第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓；以及比例電流產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的多個(gè)電流；其中，第一電阻器連接到由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差，比例電流產(chǎn)生電路由用于產(chǎn)生比例電流的多個(gè)晶體管組成，其中從控制電路輸出到第二晶體管的控制信號(hào)被輸入到所述多個(gè)晶體管的控制電極，并且在用于產(chǎn)生比例電流的每個(gè)晶體管中產(chǎn)生與在第一電阻器中流動(dòng)的電流成比例的電流，并輸出所產(chǎn)生的電流。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)電源，其中控制電路是運(yùn)算放大電路，第二晶體管與第一電阻器的連接點(diǎn)的電壓以及第一晶體管與第一pn結(jié)元件的連接點(diǎn)的電壓被分別輸入到所述運(yùn)算放大電路的對(duì)應(yīng)輸入端，并且第一和第二晶體管以及用于產(chǎn)生比例電流的晶體管的操作由該運(yùn)算放大電路控制。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)電源，其中第一電阻器具有抵消由在第一和第二pn結(jié)元件中流動(dòng)的電流密度的差產(chǎn)生的電勢(shì)差的溫度特性的溫度特性。
11.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)電源，其中恒流電路還包括第三晶體管，其產(chǎn)生與從控制電路輸入到控制電極的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出所產(chǎn)生的電流；以及第二串聯(lián)電路，其中，第二電阻器和第三pn結(jié)元件串聯(lián)連接，并且從第三晶體管輸出的電流被提供給該第二串聯(lián)電路；其中，將第三晶體管與第二電阻器的連接點(diǎn)的電壓作為預(yù)定的參考電壓提供給所述恒壓電路中的至少一個(gè)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)電源，其中分別設(shè)置第一和第二電阻器的每個(gè)電阻值和每個(gè)溫度系數(shù)，使得抵消由在第三pn結(jié)元件兩端的電壓的溫度特性引起的參考電壓的變化。
13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)電源，其中第一和第二晶體管是其源極互相連接并且其柵極互相連接的MOS晶體管，并且，用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一和第二晶體管的源極、并且其柵極連接到第一和第二晶體管的柵極的MOS晶體管。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)電源，其中第一到第三晶體管是其源極互相連接并且其柵極互相連接的MOS晶體管，并且，用于產(chǎn)生比例電流的晶體管是其源極連接到第一到第三晶體管的源極、并且其柵極連接到第一到第三晶體管的柵極的MOS晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種恒流電路，其產(chǎn)生對(duì)于運(yùn)算放大電路的穩(wěn)定電流，以便減小由制造工藝和溫度引起的變化。其包括參考電流電路，所述參考電流電路包括兩個(gè)PMOS晶體管(M1、M2)、兩個(gè)PNP晶體管(Q1、Q2)、控制PMOS晶體管的漏極電壓的運(yùn)算放大電路(AMP)、以及電阻器(R1)。
文檔編號(hào)H03F3/347GK1906557SQ200580001808
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者野田一平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光