专利名称：低电压操作电流镜的利记博彩app
技术领域：
本发明为一种电流镜，尤指一种低电压操作电流镜。
背景技术：
电流镜是一种常用的模拟电路，用以产生一相同于输入电流的输出电流。一般简单的电流镜只需使用二个MOS晶体管即可完成，然而如果仅使用二个MOS晶体管来制作电流镜，电流镜易受外界干扰，当外界电压变动较大时，其输出电流也变的较不稳定。为了克服上述问题，使用四个MOS晶体管来制作电流镜为一常用做法。
请参阅图1(a)，是已知一使用四个MOS晶体管所制作的电流镜示意图，其包含一第一晶体管N1、一第二晶体管N2、一第三晶体管N3、一第四晶体管N4、一电阻R、一输入电流源Iin、一第一电源端Vss、及一第二电源端Vdd。其中该第一晶体管N1的源极和该第二晶体管N2的源极连接于该第二电源端Vss，该第一晶体管N1的栅极、该第二晶体管N2的栅极、及该第三晶体管N3的汲极连接于该电阻R的第一端，该第四晶体管N4的源极连接于该第二晶体管N2的汲极，该第三晶体管M3的栅极、该第四晶体管N4的栅极，及该电阻R的第二端连接于该输入电流源Iin，而该输入电流源Iin连接于该第二电源端Vdd。
至于该第三晶体管N3的源极连接于该第一晶体管N1的汲极，该第一晶体管N1的基体、该第二晶体管N2的基体、该第三晶体管N3基体、及该第四晶体管N4的基体连接于该第一电源端Vss。透过图1(a)电路，即可于输出端(第四晶体管N4的汲极)获得一相同于输入电流源Iin的输出电流Iout。
请参阅图1(b)，其为已知另一使用四个MOS晶体管所制作的电流镜示意图，其同样包含一第一晶体管N1、一第二晶体管N2、一第三晶体管N3、一第四晶体管N4、一电阻R、一输入电流源Iin、一第一电源端Vss、及一第二电源端Vdd。与图1(a)不同之处在于，该第三晶体管N3的基体连接于该第三晶体管N3的源极，而该第四晶体管N4的基体连接于该第四晶体管N4的源极，故其操作电压较图1(a)低。
图1(a)及图1(b)所示电流源虽然可以产生比较大的输出阻抗，进而使输出电流Iout较不会因为外界电压变动而受到干扰。但使用四个MOS晶体管的方式，势必会提高系统的操作电压，在一般操作电压(例如5V)下没有问题，但因为现今的信息产品为了省电，皆希望于低电压(例如3.3V以下)下操作，故降低系统的操作电压有其必要性。
正因如此，申请人有鉴于已知技术的缺点，经过试验与研究，发明出本发明“低电压操作电流镜”。
发明内容
本发明的另一目的为提供一种低电压操作电流镜，用以接收一输入电流并产生一相同于该输入电流的输出电流，其包含一电阻，其第一端是接收该输入电流；一第一晶体管，其基体连接于其汲极；一第二晶体管，其基体连接于该第一晶体管的基体；一第三晶体管，其基体连接于该第一晶体管的基体；以及一第四晶体管，其汲极产生该输出电流。
根据上述构想，其中该电流镜更包含一第一电源端。
根据上述构想，其中该第一电源端为一接地端。
根据上述构想，其中该第一晶体管的栅极连接于该电阻的第二端以接收一第一偏压。
根据上述构想，其中该第一晶体管的源极连接于该第一电源端。
根据上述构想，其中该第二晶体管的栅极连接于该第一晶体管的栅极。
根据上述构想，其中该第二晶体管的源极连接于该第一电源端。
根据上述构想，其中该第三晶体管的栅极连接于该电阻的第一端以接收一第二偏压。
根据上述构想，其中该第三晶体管的源极连接于该第一晶体管的汲极。
根据上述构想，其中该第三晶体管的汲极连接于该电阻的第二端。
根据上述构想，其中该第四晶体管的栅极连接于该第三晶体管的栅极。
根据上述构想，其中该第四晶体管的源极连接于该第二晶体管的汲极。
根据上述构想，其中该第四晶体管的基体连接于其源极。
根据上述构想，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为N型金氧半导体晶体管。
根据上述构想，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为P型金属氧化半导体晶体管。
本发明又一目的为提供一种低电压操作电流镜，用以接收一输入电流并产生一相同于该输入电流的输出电流，其包含一第一电源端；一电阻，其第一端接收该输入电流；一第一晶体管，其栅极连接于该电阻的第二端以接收一第一偏压，其源极连接于该第一电源端，而其基体连接于其汲极；一第二晶体管，其栅极连接于该第一晶体管的栅极，其源极连接于该第一电源端，而其基体连接于该第一晶体管的基体；一第三晶体管，其栅极连接于该电阻的第一端以接收一第二偏压，其源极连接于该第一晶体管的汲极，其基体连接于该第一晶体管的基体，而其汲极连接于该电阻的第二端；以及一第四晶体管，其栅极连接于该第三晶体管的栅极，其源极连接于该第二晶体管的汲极，其基体连接于其源极，而其汲极产生该输出电流。
根据上述构想，其中该第一电源端为一接地端。
根据上述构想，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为N型金属氧化半导体晶体管。
根据上述构想，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为P型金属氧化半导体晶体管。
图1(a)是已知一使用四个MOS晶体管所制作的电流镜示意图。
图1(b)是已知另一使用四个MOS晶体管所制作的电流镜示意图。
图2(a)是本发明一较佳实施例的电流镜示意图。
图2(b)是本发明另一较佳实施例的电流镜示意图。
图3是图1(b)及图2(a)上一特定点的输入电流与量测电压对照比较图。
图4是图1(b)及图2(a)上另一特定点的输入电流与量测电压对照比较图。
图5是图1(b)及图2(a)的输入电流与输出电流对照比较图。
具体实施例方式
在低电压操作的应用电路中，降低组成电流镜MOS晶体管的栅极偏压是很重要的。因为栅极偏压一但降低，则操作电压自然也会降低。因此，本发明提出一种电流镜结构，由提供比源极偏压高的基体偏压，以降低临界电压(Threshold Voltage，Vth)，进而降低栅极偏压。
请参阅图2(a)，是本发明一较佳实施例的电流镜示意图，该电流镜用以接收一输入电流Iin并产生一相同于该输入电流的输出电流Iout，其包含一第一晶体管N1、一第二晶体管N2、一第三晶体管N3、一第四晶体管N4、一电阻R、一输入电流源Iin、一第一电源端Vss、及一第二电源端Vdd。
上述电阻R的第一端接收该输入电流Iin；该第一晶体管N1的栅极连接于该电阻R的第二端以接收一第一偏压，源极连接于该第一电源端Vss，而基体连接于其汲极；该第二晶体管N2的栅极连接于该第一晶体管N1的栅极，源极连接于该第一电源端Vss，而基体连接于该第一晶体管N1的基体；该第三晶体管N3的栅极连接于该电阻R的第一端以接收一第二偏压，源极连接于该第一晶体管N1的汲极，基体连接于该第一晶体管N1的基体，而汲极连接于该电阻R的第二端；而该第四晶体管N4的栅极连接于该第三晶体管N3的栅极，源极连接于该第二晶体管N2的汲极，基体连接于其源极，而其汲极产生该输出电流Iout。其中该第一电源端Vss为一接地端。而该第一晶体管N1、该第二晶体管N2、该第三晶体管N3、及该第四晶体管N4为N型金属氧化半导体晶体管。
由于基板效应的关系，临界电压可以下列式子表示Vth=Vth0+γ(VSB+|2φF|-2φF)]]>在本发明中，该第三晶体管N3的基体连接于其源极，因此该第三晶体管N3的临界电压等于Vth0。而该第四晶体管N4的基体同样连接于其源极，因此该第四晶体管N4的临界电压也等于Vth0。
而该第一晶体管N1的临界电压可以下列式子表示Vth,N1=Vth0+γ(VSD,N1+|2φF|-2φF)]]>因为该第一晶体管N1的源汲极偏压(VSD，N1)为负值，故其临界电压(Vth，N1)小于Cth0(一般为0.7V)。根据相同原理，该第二晶体管N2的源汲极偏压(VSD，N2)同样为负值，故其临界电压(Vth，N2)也小于Vth0，且该第二晶体管N2的临界电压相等于该第一晶体管N1的临界电压，因此，该第一晶体管N1及该第二晶体管N2的栅极偏压可以下列式子表示Vg,N1=Vg,N2=Vth0+γ(VSD,N1+|2φF|-2φF)+2IinμnCox(LW)N1]]>由上式可知，因为TSD，N1＜0，所以γ(VSD,N1+|2φF|-2φF]]>为负值，因此该第一晶体管N1及该第二晶体管N2的栅极偏压得以降低，进而降低系统的操作电压。
本发明的另一较佳实施例如图2(b)所示，其同样包含一第一晶体管P1、一第二晶体管P2、一第三晶体管P3、一第四晶体管P4、一电阻R、一输入电流源Iin、一第一电源端Vss、及一第二电源端Vdd。与图2(a)不同之处在于，该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为P型金属氧化半导体晶体管。
今将图1(b)及图2(a)中的各个组件调整为适合10uA的输入电流Iin，并将R设为40KΩ，量测图1(b)及图2(a)上的V1B及V1A的电压变化，其结果如第三图所示。仿真方法为将输入电流Iin由0uA变化到40uA进行观察，由图可知，V1A的节点电压值被限制在MOS晶体管的临界电压(0.7V)下，当输入电流Iin大于18uA，图2(a)的该第一晶体管N1及该第二晶体管N2已无法维持正常运作，此时电流会经由汲极流到基体而引起闩锁(latch-up)。然而，在本发明希望的输入电流为10uA时，V1A为0.3V，这并不会使该第一晶体管N1及该第二晶体管N2失效。
接着，量测图1(b)及图2(a)上的V2B及V2A的电压变化，其结果如图4所示。由图可知，当输入电流Iin为10uA时，V2A比V1A低了150mV，这表示说如果将MOS晶体管的VSB设定为-0.3V时，由于基板效应(body effect)的关系，可以将原本的临界电压由0.75V降至0.6V，进而使操作电压降低0.15V，如此对低电压操作的系统而言，相当实用。
请参阅图5，是图1(b)及图2(a)的输入电流与输出电流对照比较图。由图可知，当输入电流Iin大于18uA时，图2(a)的电流已有一部份流入基体之内。
综上所述，本发明的电路结构可使用于输入电流变化不大时，由降低晶体管的临界电压来降低晶体管的栅极偏压，使得系统的操作电压跟着降低，有效改善已知的技术缺失，因此具有产业价值，进而达成本发明的目的。
本发明由本技术领域的技术人员稍做改动，都不脱离权利要求书所保护的范围。
权利要求
1.一种低电压操作的电流镜，用以接收一输入电流并产生一相同于该输入电流之输出电流，其包含一电阻，其第一端接收该输入电流；一第一晶体管，其基体连接于其汲极；一第二晶体管，其基体连接于该第一晶体管的基体；一第三晶体管，其基体连接于该第一晶体管的基体；以及一第四晶体管，其汲极产生该输出电流。
2.如权利要求1所述的一种低电压操作的电流镜，更包含一第一电源端，该第一电源端为一接地端。
3.如权利要求1所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一晶体管的栅极连接于该电阻的第二端以接收一第一偏压。
4.如权利要求2或3所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一晶体管源极连接于该第一电源端；该第二晶体管的栅极连接于该第一晶体管的栅极；该第二晶体管的源极连接于该第一电源端；该第三晶体管的栅极连接于该电阻的第一端以接收一第二偏压；该第三晶体管的源极连接于该第一晶体管的汲极；该第三晶体管的汲极连接于该电阻的第二端；该第四晶体管的栅极连接于该第三晶体管的栅极；该第四晶体管的源极连接于该第二晶体管的汲极；该第四晶体管基体连接于其源极。
5.如权利要求1所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为N型金属氧化半导体晶体管。
6.如权利要求1所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为P型金属氧化半导体晶体管。
7.一种低电压操作的电流镜，用以接收一输入电流并产生一相同于该输入电流之输出电流，其包含一第一电源端；一电阻，其第一端接收该输入电流；一第一晶体管，其栅极连接于该电阻的第二端以接收一第一偏压，其源极连接于该第一电源端，而其基体连接于其汲极；一第二晶体管，其栅极连接于该第一晶体管的栅极，其源极连接于该第一电源端，而其基体连接于该第一晶体管的基体；一第三晶体管，其栅极连接于该电阻的第一端以接收一第二偏压，其源极连接于该第一晶体管的汲极，其基体连接于该第一晶体管的基体，而其汲极连接于该电阻的第二端；以及一第四晶体管，其栅极连接于该第三晶体管的栅极，其源极连接于该第二晶体管的汲极，其基体连接于其源极，而其汲极产生该输出电流。
8.如权利要求7所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一电源端为一接地端。
9.如权利要求7所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为N型金属氧化半导体晶体管。
10.如权利要求7所述的一种低电压操作的电流镜，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、及该第四晶体管为P型金属氧化半导体晶体管。
全文摘要
本发明为一种低电压操作的电流镜，用以接收一输入电流并产生一相同于该输入电流的输出电流，其包含一电阻，其第一端接收该输入电流；一第一晶体管，其基体连接于其汲极；一第二晶体管，其基体连接于该第一晶体管的基体；一第三晶体管，其基体连接于该第一晶体管的基体；以及一第四晶体管，其汲极产生该输出电流。
文档编号G05F3/08GK1641509SQ200410000430
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者吴立德 申请人:华邦电子股份有限公司