专利名称：自启动低压操作电流镜电路的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，具体地说，是一种自启动低压操作电流镜电路。
背景技术：
电流镜作为偏置单元或负载元件已经在模拟电路中获得广泛应用。电流镜遵循的原理是如果两个相同MOS管的栅-源电压相等，那么沟道电流也应相等。在偏置电路的设计中，采用电流镜技术可以获得较好的性能，如对电源电压及工作温度的变化不敏感；采用电流镜设计偏置电流通常比采用电阻更节省芯片面积，尤其是当要求偏置电流很小的时候；作为负载元件，电流镜可以产生很大的电阻，从而获得较高的电压增益。
简单的电流镜只需使用二个MOS晶体管即可实现。考虑沟道长度调制效应，当输出和输入电压不同时，尤其是当使用最小长度晶体管以通过减小宽度来减小电流源输出电流时，得到的镜像电流产生了极大的偏差。为了抑制沟道长度调制的影响，可以使用共源共栅电流源。这种结构可以使底部晶体管免受输出电压变化的影响。然而这种精度的获得是以共栅晶体管消耗额外的电压余度为代价的。
低压共源共栅电流镜可以避免精度和余度之间的矛盾。这种电路实际上是输入输出短接的共源共栅结构。如图1(a)所示。为了保证m1、m2晶体管饱和，偏置电压Vb必须满足VGs2+(VGS1-VTH1)≤Vb≤VGS1+VTH2(式中VGsN表示第N个晶体管的栅源电压，VTHN表示第N个晶体管的阈值电压，以下同)。如果m2、m4尺寸选择合理，使其过驱动电压始终小于一个阈值电压，偏置电压Vb便可选择最小值VGs2+(VGS1-VTH1)。在A、B节点电压相等的情况下，共源共栅电流源m3-m4消耗的电压余度最小(m3与m4的过驱动电压之和)，而且可以精确的镜像输入电流。
我们还必须产生偏置电压Vb。图1(a)显示了一个例子，使VA＝VGS1-VTH1式中VA表示节点A的电压)，其Vb必须等于(或稍大于)VGs2+(VGS1-VTH1)。则偏压电阻压降应该在VGs2-VTH1＜Vb-Vx＜VTH2范围内。由于工艺的原因，偏压电阻值很难做精确，另外由于电阻受温度影响较大，给电路带来额外的噪声，因此在高精度电路设计里，采用电阻做偏压并不是理想的选择。
低压共源共栅结构可以用源随器来偏置。如图1(b)所示，该想法是插入一个源跟随器使得m4的栅电压相对于VN下移。然而，这一结构中VDS2≠VDS3(式中VDSN表示晶体管N的漏源电压，以下同)，引入了极大的不匹配。而且如果考虑晶体管m2，m4，m5的衬偏效益，就很难保证晶体管m4工作在饱和区。因此寻求一种偏置简单而有效的低压共源共栅的电路镜有其必要性。
目前，大多数电流镜都是三端口电路。公共的一端是接到电源端(或地端)，并且输入电流源接到输入端，理想的输出电流等于输入电流乘以电流增益。假如增益为一，则输入电流就镜像到输出端。例如，假如电流是n型晶体管电流输入，则得到n型晶体管的电流输出。事实上在很多模拟电路设计时，需要同时得到n型和p型的电流输出。因此需要在传统三端口电流镜的基础上增加将n型电流转换为p型电流的电路。
正因如此，发明人有鉴于已知技术的缺点，经过试验与研究，开发出本发明“自启动低压操作电流镜电路”。
发明内容
本发明的一目的在于设计一种新的结构来产生低压共源共栅电流镜共栅晶体管的偏置电压。本发明的另一目的在于设计一种简单而精确的结构，用以接收一输入电流并产生一相同于和一不同于该输入的输出电流。
为了实现上面所述目的，本发明一种自启动低压操作电流镜电路，包括一第一低压共源共栅支路，一第二低压共源共栅支路，一第一偏置电压支路，一第二偏置电压支路，两种类型的输出支路，一启动晶体管及一关闭晶体管。其特征在于，其中包括一第一低压共源共栅支路，接受输入侧电流；一第二低压共源共栅支路，将电流类型进行转换；一第一偏置电压支路，给第一低压共源共栅支路提供偏置电压；一第二偏置电压支路，给第二低压共源共栅支路提供偏置电压；一PMOS输出电流支路，提供p型输出电流；一NMOS输出电流支路，提供n型输出电流；一启动晶体管，启动该电流镜电路；一关闭晶体管，关闭该电流镜电路，以节省功耗；上述电路依次连接。
本发明适合于给定一种输入类型的参考电流，产生和该类型相同或不同的输出电流。
图1(a)是一已知使用电阻产生偏置电压的电流镜示意图；图1(b)是一已知使用源极跟随电平移位器产生偏置电压的电流镜示意图；图2是NMOS输入双输出自启动低压电流镜电路图；图3是PMOS输入双输出自启动低压电流镜电路图；图4是NMOS输入p型电流输出自启动低压电流镜电路图。
具体实施例方式
现在将参考附图来描述本发明的优选施例。图2是根据本发明实施例的一种自启动NMOS输入双输出的电流镜的电路图。整个电路由NMOS低压共源共栅支路201、PMOS低压共源共栅支路203、第一偏置电压支路204、第二偏置电压支路202、PMOS输出电流支路205、NMOS输出电流支路206、启动NMOS晶体管m3、关闭NMOS晶体管m4组成。而NMOS低压共源共栅支路201由晶体管m1、m2串接组成；PMOS低压共源共栅支路203由晶体管m8、m9、m10、m11串接组成；第一偏置电压的支路204由m12、m13、m14串接组成；第二偏置电压的支路202由m5、m6、m7串接组成；PMOS输出电流支路205由m15、m16串接组成；NMOS输出电流支路206由m17、m18串接组成。
自启动低压电流镜电路在晶体管m4关闭(即输入信号Pwrb电压为低)，及输入参考电流Iref的情况下开始工作。首先参考电流流入晶体管m1的漏端。假如晶体管m1的栅极电压为低，则启动管m3导通，m1栅极电压提升，同时，由于晶体管m2的栅极由于接m1的漏极，栅极电压为高，晶体管m1、m2导通。迫使m1的漏极电压下降，当VGS3-VTH3＜VDS3时，晶体管m3关闭，完成自启动。
自启动完成过程中，共源晶体管m2、m7、m11、m18的栅源电压相同，只要其漏源电压也相同，则参考电流便可以镜像到晶体管m7、m11、m18所在的各支路。偏置电压支路202的p型晶体管m5由于是二极管接法，该支路可以导通。偏置电压支路202给p型共源共栅电流镜的共栅晶体管m9、m13、m16提供偏置电压，使其PMOS低压共源共栅支路203、偏置电压的支路204、PMOS输出电流支路205导通。由于偏置电压204支路的n型晶体管也是二极管接法，该支路也和偏置电压支路202一样，反过来给n型共源共栅电流镜的共栅晶体管m1、m6、m10、m17提供稳定的偏置电压。
从图2可以看出NMOS低压共源共栅支路201、PMOS低压共源共栅支路203、第一偏置电压支路204、第二偏置电压支路202总共四个支路组成一个回路。如果共栅晶体管m1栅极电压Vcn为低，则由于晶体管m1、m6、m10、m17关闭，其所在各支路也将关闭。如果共栅晶体管m1栅极电压Vcn为高，则由于晶体管m1、m6、m10、m17所在各支路将导通。也就是说，该电路在参考电流输入后，存在两个平衡点，即电路存在“简并”偏置点。启动NMOS晶体管m3的存在可以摆脱“简并”偏置点。
那么启动管m3是否在电路工作时是否一定关闭？使启动晶体管m3关闭必须有VVn-VVcn＜Vth3， 即VGS2-Vth3＜VVcn，使m1饱和必须有VVcn-Vth1＜VVn(＝VGS2)，使m2饱和必须有VVn-Vth2＜VVcn-VGS1。因此VGS1+VGS2-Vth2＜VVcn＜VGS2+Vth1。在m1、m2饱和状态时总有VGS2-Vth3＜VGS1+VGS2-Vth2，也即是晶体管m3此时已经关闭，电路正常工作，不受启动晶体管m3的影响。
偏置支路电流的大小及偏置晶体管的尺寸是如何选取的呢？使m1、m2饱和，则VGS1+VGS2-Vth2＜VGS＜VGS2+Vth1。如果选取VVcn等于或稍大于VGS1+VGS2-Vth2，则共源共栅电流源m17、m18消耗的电压余度最小(m17、m18的过驱动电压之和)。同理，选取VVcp等于或稍小于|VGS9|+|VGS8|-|Vth8|，m15、m16消耗的电压余度为两个过驱动电压。偏置电压Vcn和VVcp由偏置晶体管m14和m5提供。调整m14和m5的栅长使其栅源电压满足VVcn和VVcp的要求。为节省功耗，偏置电压支路202和204可以选取较小的镜像电流，同时关闭晶体管m4可以在电流镜不工作时关闭该电流镜，达到进一步减小功耗的目的。
图3是根据本发明另一实施例的自启动PMOS输入双输出的电流镜的电路图。整个电路由PMOS低压共源共栅支路301、NMOS低压共源共栅支路303、偏置电压的支路302、偏置电压的支路304、PMOS输出电流支路305、NMOS输出电流支路306、启动PMOS晶体管m4、关闭PMOS晶体管组成。而PMOS低压共源共栅支路301由晶体管m1、m2串接组成；NMOS低压共源共栅支路303由晶体管m8、m9、m10、m11串接组成；第一偏置电压的支路304由m12、m13、m14串接组成；第二偏置电压的支路302由m5、m6、m7串接组成；PMOS输出电流支路305由m15、m16串接组成；NMOS输出电流支路306由m17、m18串接组成。
该施例工作原理与图2电路的工作原理相同。晶体管m2的漏极接收输入参考电流。晶体管m3关闭，自启动晶体管m4使电流镜进入稳的工作点，然后自动关闭。PMOS共栅极电压Vcp及NMOS共栅极电压Vcn分别由偏置晶体管m12和m7提供。在选择合适的偏置晶体管尺寸后，PMOS输出电流支路305、NMOS输出电流支路306分别只消耗2个晶体管的过驱动电压。
图4是NMOS输入p型电流输出自启动低压电流镜电路，电路结构与图2基本相同，只不过是少了一路输出电路支路。工作原理也与图2一样。
权利要求
1.一种自启动的低压操作电流镜电路，用以接受一输入电流，产生一种相同于和一种不同于该输入电流类型的输出电流，其特征在于，其中包括一第一低压共源共栅支路，一第二低压共源共栅支路，一第一偏置电压支路，一第二偏置电压支路，两种类型的输出支路，一启动晶体管及一关闭晶体管，一第一低压共源共栅支路，接受输入侧电流；一第二低压共源共栅支路，将电流类型进行转换；一第一偏置电压支路，给第一低压共源共栅支路提供偏置电压；一第二偏置电压支路，给第二低压共源共栅支路提供偏置电压；一PMOS输出电流支路，提供p型输出电流；一NMOS输出电流支路，提供n型输出电流；一启动晶体管，启动该电流镜电路；一关闭晶体管，关闭该电流镜电路；上述电路依次连接。
2.按照权利要求1所述的自启动的低压操作电流镜电路，其特征在于一NMOS低压共源共栅支路，接受输入侧电流；一PMOS低压共源共栅支路，将n型电流转换为p型；一第一偏置电压的支路，给NMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管提供偏置电压；一第二偏置电压的支路，给PMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管提供偏置电压；一PMOS输出电流支路，提供p型输出电流；一NMOS输出电流支路，提供n型输出电流；一启动NMOS晶体管，启动该电流镜电路；一关闭NMOS晶体管，关闭该电流镜电路；上述电路依次连接。
3.按照权利要求1所述的自启动的低压操作电流镜电路，其特征在于接收一类型的输入电流，提供两种类型的输出电流；第一偏置电压支路、第二偏置电压支路分别给NMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管、PMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管提供偏置电压；由于电流类型需要转换，该电路结构存在“简并”偏置点，需要一启动NMOS晶体管摆脱偏置点，一关闭NMOS晶体管，关闭整个电流镜电路。
4.按照权利要求1所述的自启动的低压操作电流镜电路，其特征在于一PMOS低压共源共栅支路，接受输入侧电流；一NMOS低压共源共栅支路，将p型电流转换为n型；一第一偏置电压的支路，给PMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管提供偏置电压；一第二偏置电压的支路，给NMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管提供偏置电压；一NMOS输出电流支路，提供n型输出电流；一PMOS输出电流支路，提供p型输出电流；一启动PMOS晶体管，启动该电流镜电路；一关闭PMOS晶体管，关闭整个电流镜电路；上述电路依次连接。
5.按照权利要求4所述的自启动的低压操作电流镜电路，其特征在于接收一类型的输入电流，提供两种类型的输出电流；第一偏置电压支路、第二偏置电压支路分别给PMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管、NMOS低压共源共栅支路的共栅晶体管提供偏置电压；在产生第一偏置电压支路、第二偏置电压支路时，存在“简并”偏置点，需要一启动PMOS晶体管摆脱偏置点；一关闭PMOS晶体管，关闭整个电流镜电路。
6.如权利要求2或4所述的自启动的低压操作电流镜电路，其特征在于可以只输出n型输出电流，或者p型输出电流的一种类型的电流。
全文摘要
本发明为一种自启动的低压操作电流镜电路，用以接收一输入电流，产生一种相同于和一种不同于该输入电流类型的输出电流。其特征在于，其中包括一第一低压共源共栅支路，接收输入侧电流；一第二低压共源共栅支路，将电流类型进行转换；一第一偏置电压支路，给第一低压共源共栅支路提供偏置电压；一第二偏置电压支路，给第二低压共源共栅支路提供偏置电压；一PMOS输出电流支路，提供p型输出电流；一NMOS输出电流支路，提供n型输出电流；一启动晶体管，启动该电流镜电路；一关闭晶体管，关闭该电流镜电路。
文档编号H03F3/343GK101083453SQ200610012050
公开日2007年12月5日 申请日期2006年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者郭书苞, 赵冰, 仇玉林, 叶青 申请人:中国科学院微电子研究所