CN104133518A - 一种抗干扰的电流镜像电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种能够有效抑制干扰的电流镜像电路，基本电路包括两个晶体管M1，M2，偏置电流源I_IN以及两个低通滤波器LPF1、LPF2，第一低通滤波器LPF1包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1位于第一晶体管M1、第二晶体管M2的栅极之间，第一电容C1位于第二晶体管M2的栅极和第一端之间，所述第二低通滤波器LPF2包括第二电阻R2和第二电容C2，第二电阻R2位于第一晶体管M1的栅极和第二端之间，第二电容C2位于第一晶体管M1的栅极和第一端之间。本发明的结构可以有效滤除噪声，适用于高精度要求的集成电路领域。

Description

一种抗干扰的电流镜像电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及一种具有干扰抑制滤波功能的镜像电流源。

背景技术

各种镜像电流源在集成电路领域广泛使用，基本的电流镜像电路包括一个电流镜像输入晶体管/场效应管M1，一个电流镜像输出晶体管/场效应管M2，每个晶体管都包括第一端、第二端以及栅极端子，M1的栅极与M2的栅极相连，M1的第一端与电源电压端相连，第二端与栅极端子相连，M2的第一端与电源电压端相连，第二端产生镜像电流输出信号。第一端、第二端均可配置为源极端和漏极端中任意一个，公开号为CN101375499A，CN101252131A的专利文件均披露了类似的电流镜像电路。

在上述文件介绍的电流镜像电路中，当输入端包括噪声尤其是高频信号时，噪声会传导到输出端，引起不期望的高频振荡，在图1所述的电流镜像电路中，M1为镜像输入MOS管，M2为镜像输出MOS管，M1，M2的第一端配置为源极端，第二端配置为漏极端，因此M1，M2的源极与电压端相连，偏置电流源I_IN位于M1的漏极与接地端之间，根据MOS管饱和区电流公式：

$I_{\mathrm{DS}}=\frac{1}{2}K\frac{W}{L}{(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}^2---\left(1\right)$

其中，K＝μC_ox，μ为电子迁移率，C_ox为单位氧化层电容，W/L为沟道绝缘层宽长比，V_TH为开启电压。由于两管对称配置，M1和M2的开启电压相等，因此输出电流的大小为：

$I_{\mathrm{OUT}}=I_{\mathrm{IN}}\frac{W_2/L_2}{W_1/L_1}---\left(2\right)$

由公式(2)可知，输出电流I_OUT与输入电流I_IN呈沟道绝缘层宽长比的倍数相关的镜像关系。传统的电流镜像源由于非理想输入、输出电阻等影响而存在噪声，影响输出信号的精度。为了抑制噪声，通常在图1中A端和B端之间***一个低通滤波器LPF1，图1中此滤波器是一阶滤波，滤波器的设计不局限于图中的结构，根据实际情况也可以采用多阶滤波，A点的噪声经过低通滤波器LPF1之后大量衰减，B点可以得到较理想的信号，理想情况为V_B＝V_A，然后通过M2产生去噪后的镜像电流输出信号。

$I_{\mathrm{DS}}=\frac{1}{2}\mathrm{KW}/L\·{(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}^2=\frac{1}{2}\mathrm{KW}/L\·(V_{\mathrm{GS}}^2-2V_{\mathrm{GS}}{V}_{\mathrm{TH}}+V_{\mathrm{TH}}^2)---\left(3\right)$

由公式(3)可知，MOS管的源漏电流与V_GS成非线性关系，因此会导致上图中的输出电流与输入电流的比例产生误差，此误差大小与噪声相关。因此，现有的抗干扰滤波设计仍不能有效地去除噪声，不能适用于对电流噪声和精度有较高要求的电路设计领域。

发明内容

因此，为了进一步提高电流镜像电路的抗干扰能力，本发明提供一种具有新型低通滤波器结构的电流镜像电路。电路包括了两个晶体管M1，M2，偏置电流源I_IN以及两个低通滤波器LPF1、LPF2，低通滤波器LPF2、LPF1位于M1的栅极和M2的栅极之间。本发明提出的电路可以有效滤除噪声，适用于精度要求较高的集成电路设计领域。

附图说明

图1为现有的抗干扰电流镜像电路原理图。

图2为本发明提出的新型抗干扰电流镜像电路。

最佳实施方式

本发明的优选实施方案可以参考图2所示的镜像电路，基本电路包括两个配对的第一、第二场效应管M1、M2，偏置电流源I_IN以及第一、第二低通滤波器LPF1、LPF2，第一、第二场效应管M1、M2的源极都与电源电压端相连，第一场效应管M1的漏极与偏置电流源I_IN的一端连接，偏置电流源I_IN的另一端接地，第二、第一低通滤波器LPF2、LPF1位于第一场效应管M1的栅极和第二场效应管M2的栅极之间，第一低通滤波器LPF1包括第一电阻R1和第一电容C1，R1位于第一场效应管M1、第二场效应管M2的栅极之间，C1的一端与M2的栅极相连，另一端与电源电压端相连，第二低通滤波器LPF2包括第二电阻R2和第二电容C2，R2一端与第一场效应管M1的栅极相连，另一端与第一场效应管M1的漏极相连，C2一端与第一场效应管M1的栅极相连，另一端与电源电压端相连。

通过电路中的两个低通滤波器LPF1、LPF2，位于第一场效应管M1的栅极的A端的漏源电压噪声得到有效滤除，通过LPF1的进一步滤噪，在第二场效应管M2的栅极即图2中的B端，可以得到一个噪声含量小的高精度输出电流信号。滤波电阻及电容R1，C1，R2，C2的取值可以根据电路的设计要求通过仿真计算得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明所公开的方案。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离发明精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明不会被限制于本文所示的实施例，而是与本文所公开的原理特点一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种电流镜像电路，包括第一晶体管M1、第二晶体管M2，偏置电流源I_IN以及第一、第二低通滤波器LPF1、LPF2，第一、第二晶体管M1、M2的第一端都与电源电压端相连，第一晶体管M1的第二端与偏置电流源I_IN的一端连接，偏置电流源I_IN的另一端接地，第二、第一低通滤波器LPF2、LPF1位于第一晶体管M1的栅极和第二晶体管M2的栅极之间。

2.如权利要求1所述的电流镜像电路，所述第一低通滤波器LPF1包括第一电阻R1和第一电容C1，R1位于第一晶体管M1、第二晶体管M2的栅极之间，第一电容C1的一端与第二晶体管M2的栅极相连，另一端与第二晶体管M2的第一端相连，所述第二低通滤波器LPF2包括第二电阻R2和第二电容C2，第二电阻R2一端与第一晶体管M1的栅极相连，另一端与第一晶体管M1的第二端相连，第二电容C2一端与第一晶体管M1的栅极相连，另一端与第一晶体管M1的第一端相连。

3.如权利要求2所述的电流镜像电路，其中第一、第二晶体管M1、M2的第一端配置为源极端子，第二端配置为漏极端子。