CN113467568B - 一种电流调控的模拟电流分配器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电流调控的模拟电流分配器，具体包括两个改进的CCCⅡ电路，分别为第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路，第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路的电压信号端口X均连接参考电压V_REF，第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z‑均连接参考电流I_REF，模拟电流分配器还可以包括多个改进的CCCⅡ电路，以实现多路输出，本发明提出的模拟电流分配器的输出电流大小总和等于输入的参考电流，并且输出电流的比例可以由其他输入参考电流比例调控，能够调控更为精细的输出电流，可以用于更为精细的电流信号(uA级以下)处理。

Description

一种电流调控的模拟电流分配器

技术领域

本发明涉及模拟集成电路领域，特别是一种电流调控的模拟电流分配器。

背景技术

电流分配器是一种可以将一路电流信号转换成两路或多路电流信号的模拟集成电路，因为其输出电流信号可微调，因此是控制、仪表和通信***的常用模块。与电压分配器相比，电流分配电路具有带宽大、精度高、功耗低、线性度好、电路简单、动态范围宽等优点，得到了广泛的应用。现有的模拟电流分配器输出的电流信号主要是微安(uA)级别及以上，无法应用于处理更加精细的电流信号(uA级以下)，因此，亟需一种可以处理更加精细的电流信号的新型的电流分配器。

发明内容

为了处理更加精细的电流信号，本发明提出一种电流调控的模拟电流分配器。

为此，本发明提出的电流调控的模拟电流分配器包括两个改进的CCCⅡ(电流控制第二代电流传输器)电路，分别为第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路，所述CCCⅡ电路共有5个端口：1)电流信号端口I_IN；2)电流信号端口Y；3)电压信号端口X；4)电流信号端口Z+；5)电流信号端口Z-，所述第一CCCⅡ电路和所述第二CCCⅡ电路的电压信号端口X均连接参考电压V_REF，所述第一CCCⅡ电路和所述第二CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z-均连接参考电流I_REF。

进一步地，所述改进的CCCⅡ电路引入漏极稳压电路结构和电容结构。

进一步地，所述改进的CCCⅡ电路只需要采用正电源进行供电，无需负电源。

进一步地，所述模拟电流分配器的输出电流具体如下：

其中，I_IN1表示所述第一CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN的输入电流，I_IN2表示所述第二CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN的输入电流，I_IOUT1表示所述第一CCCⅡ电路的电流信号端口Z+的输出电流，I_IOUT2表示所述第二CCCⅡ电路的电流信号端口Z+的输出电流，I_REF表示参考电流。

进一步地，对输出电流的公式进行进一步处理可得如下公式：

I_OUT1+I_OUT2＝I_REF

在给定I_REF情况下，通过调节I_IN1与I_IN2的电流大小比例，可以在输出电流总和不变的情况下，调节输出电流比例。

进一步地，在给定I_IN1和I_IN2的情况下，输出电流I_OUT1与I_OUT2随着I_REF线性变化，所述模拟电流分配器可做电流乘法器运用。

本发明提出的电流调控的模拟电流分配器包括多个改进的CCCⅡ电路，所述CCCⅡ电路共有5个端口：1)电流信号端口I_IN；2)电流信号端口Y；3)电压信号端口X；4)电流信号端口Z+；5)电流信号端口Z-，每个CCCⅡ电路的电压信号端口X相连并输入参考电压V_REF，将每个CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z-相连并输入参考电流I_REF。

进一步地，所述改进的CCCⅡ电路引入漏极稳压电路结构和电容结构。

进一步地，所述改进的CCCⅡ电路只需要采用正电源进行供电，无需负电源。

进一步地，所述CCCⅡ电路的输出电流具有如下公式：

其中，I_INi表示第i个CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN的输入电流，I_OUTi表示第i个CCCⅡ电路的电流信号端口Z+的输出电流，I_REF表示参考电流。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

可以通过控制输入I_REF的大小，来控制输出电流的大小总和，通过较小的输入电流I_IN，调控较大的输出电流I_OUT，反之也可以通过较大的输入电流I_IN来调控更为精细的输出电流I_OUT，可以用于更为精细的电流信号(mA级以下)处理。

在本发明的一些实施例中，还具有如下有益效果：

1)改进的CCCⅡ电路结构解决了传统结构中1:1电流镜的镜像电流无法很好的跟随主电流，镜像电流因负载变化呈非线性变化的问题，并且解决了传统电流分配器无法控制更为精细的微小电流信号(uA级以下电流)的缺点；

2)改进的CCCⅡ电路结构只需要采用正电源进行供电，无需负电源，有效地减少了电路成本，更易于电路实现。

附图说明

图1是本发明实施例附模拟电流分配器的结构图；

图2是本发明实施例附传统的CCCⅡ电路结构图；

图3是本发明实施例附改进的CCCⅡ电路结构图；

图4是本发明实施例附实现多路输出的模拟电流分配器的结构图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明实施例提出的电流调控的模拟电流分配器由两个改进后的正负输出的第二代电流控制输送电路(second generation current controlled conveyors,CCCⅡ)组成，改进的CCCⅡ电路共有5个端口：1)电流信号端口I_IN；2)电流信号端口Y；3)电压信号端口X；4)电流信号端口Z+；5)电流信号端口Z-，如图1所示，电流调控的模拟电流分配器具体包括第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路，第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路的电压信号端口X均连接参考电压V_REF，第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z-均连接参考电流I_REF，第一CCCⅡ电路的电流信号端口Z+输出电流I_IOUT1，第二CCCⅡ电路的电流信号端口Z+输出电流I_IOUT2。

图2显示的是传统的CCCⅡ电路结构，图3显示的是改进的CCCⅡ电路结构，通过比较可以看出，相比于传统结构，改进的CCCⅡ电路结构引入漏极稳压电路结构(图3中虚线框出的包含差分放大器的结构)以及引入电容结构(图3中虚线框出的接地电容)，有效的解决了传统结构中1:1电流镜(图2中虚线框出的结构)镜像电流无法很好的跟随主电流，镜像电流因负载变化呈非线性变化的问题，以及解决了传统电流分配器无法控制更为精细的微小电流信号(uA级以下电流)的缺点。

从供电角度上，传统的CCCⅡ电路的供电电源是需要正电源以及负电源同时进行供电，负电源产生的负电压需要额外的电路去进行产生，大大增加了电路成本，而本发明提出的改进的CCCⅡ电路结构只需要采用正电源进行供电，无需负电源，有效地减少了电路成本，更易于电路实现。

本发明的电流调控的模拟电流分配器工作原理如下：

由于本发明的电路结构由CCCⅡ电路组成，CCCⅡ电路的输入输出的电压电流关系式如下：

V_X＝V_Y+I_XR_X (1)

I_Y＝0 (2)

I_Z＝±I_X (3)

其中：V_X为X端电压，V_Y为Y端电压，I_X为X端电流，I_Y为Y端电流，I_Z为Z端电流，其中正负号表示电流方向，V_T是与温度相关的电压值，根据图1的连接关系，可以推导出：

I₁+I₂＝I_REF (5)

其中I₁为第一CCCⅡ电路的电流信号端口Z-的输入电流，I₂为第二CCCⅡ电路的电流信号端口Z-的输入电流。

由(3)式可以推出，I₁与I_OUT1相等，I₂与I_OUT2相等，因此，可以得到以下结论：

由结论(7)可知，在给定I_REF情况下，通过调节I_IN1与I_IN2的电流总和以及I_IN1与I_IN2的电流大小比例，可以在输出电流总和不变的情况下，调节输出电流比例：

I_OUT1+I_OUT2＝I_REF (9)

因此,可做电流分配器运用。

由结论(7)可知，在给定I_IN1和I_IN2情况下，输出电流I_OUT1与I_OUT2随着I_REF线性变化，可做电流乘法器运用。

本发明同时提出可以实现多路输出的模拟电流分配器，如图4所示，多路输出的模拟电流分配器由n个改进的CCCⅡ电路组成，将每个CCCⅡ电路的X电压信号端口相连并输入参考电压V_REF，将每个CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z-相连并输入参考电流I_REF；第i个CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN输入电流I_INi，电流信号端口Z+输出电流I_OUTi。

根据(1)(2)(3)(4)(5)(6)式可以推导出如下结论：

∑_nI_OUTi＝I_REF (11)

由此可以进一步得到结论：

所以，模拟电流分配器可以做多路电流分配器运用。

本发明的优点在于，可以通过控制输入I_REF的大小，来控制输出电流的大小总和，通过较小的输入电流I_IN，调控较大的输出电流I_OUT，反之也可以通过较大的输入电流I_IN来调控更为精细的输出电流I_OUT，可以用于更为精细的电流信号处理。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明设计结构及原理的前提下对本发明方案所作的等同变化都视作本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电流调控的模拟电流分配器，其特征在于,具体包括两个改进的CCCⅡ电路，分别为第一CCCⅡ电路和第二CCCⅡ电路，所述CCCⅡ电路包括：电流信号端口I_IN、电流信号端口Y、电压信号端口X、电流信号端口Z+、电流信号端口Z-，所述第一CCCⅡ电路和所述第二CCCⅡ电路的电压信号端口X均连接参考电压V_REF，所述第一CCCⅡ电路和所述第二CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z-均连接参考电流I_REF；所述改进的CCCⅡ电路引入漏极稳压电路结构和电容结构；所述漏极稳压电路结构包括差分放大器和MOS管，所述电容结构是接地电容。

2.根据权利要求1所述的电流调控的模拟电流分配器，其特征在于，所述改进的CCCⅡ电路只需要采用正电源进行供电，无需负电源。

3.根据权利要求1所述的电流调控的模拟电流分配器，其特征在于，所述模拟电流分配器的输出电流具体如下：

其中，I_IN1表示所述第一CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN的输入电流，I_IN2表示所述第二CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN的输入电流，I_IOUT1表示所述第一CCCⅡ电路的电流信号端口Z+的输出电流，I_IOUT2表示所述第二CCCⅡ电路的电流信号端口Z+的输出电流，I_REF表示参考电流。

4.根据权利要求3所述的电流调控的模拟电流分配器，其特征在于，对输出电流的公式进行进一步处理可得如下公式：

I_OUT1+I_OUT2＝IR_EF

在给定I_REF情况下，通过调节I_IN1与I_IN2的电流大小比例，可以在输出电流总和不变的情况下，调节输出电流比例。

5.根据权利要求3所述的电流调控的模拟电流分配器，其特征在于，在给定I_IN1和I_IN2的情况下，输出电流I_OUT1与I_OUT2随着I_REF线性变化，所述模拟电流分配器可做电流乘法器运用。

6.一种电流调控的模拟电流分配器，其特征在于,具体包括多个改进的CCCⅡ电路，所述CCCⅡ电路包括电流信号端口I_IN、电流信号端口Y、电压信号端口X、电流信号端口Z+、电流信号端口Z-，每个CCCⅡ电路的电压信号端口X相连并输入参考电压V_REF，将每个CCCⅡ电路的电流信号端口Y和电流信号端口Z-相连并输入参考电流I_REF，所述改进的CCCⅡ电路引入漏极稳压电路结构和电容结构；所述漏极稳压电路结构包括差分放大器和MOS管，所述电容结构是接地电容。

7.根据权利要求6所述的电流调控的模拟电流分配器，其特征在于，所述改进的CCCⅡ电路只需要采用正电源进行供电，无需负电源。

8.根据权利要求6所述的电流调控的模拟电流分配器，其特征在于，所述CCCⅡ电路的输出电流具有如下公式：

其中，I_INi表示第i个CCCⅡ电路的电流信号端口I_IN的输入电流，I_OUTi表示第i个CCCⅡ电路的电流信号端口Z+的输出电流，I_REF表示参考电流。

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