CN201134057Y - 一种用Self-cascode实现的电流镜启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种用Self－cascode实现的电流镜启动电路，包括电流产生回路、镜向回路和启动回路，所述启动回路包括以自偏置共源共栅方式连接的第3场效应管(M11)和第1场效应管(M9)，所述镜向回路包括串联的第3场效应管(M11)和第2场效应管(M10)，其中第3场效应管(M11)与第1场效应管(M9)以共栅方式连接，并且第1场效应管(M9)与第2场效应管(M10)以共源共漏方式连接。本实用新型的有益效果在于，使用共源共栅结构改善了镜向电流的镜向精度及电源抑制性能，并采用self－cascode结构实现电流镜的启动，免去了额外的偏置电路或复杂的启动电路。

Description

一种用Self-cascode实现的电流镜启动电路

技术领域

本发明涉及模拟集成电路，特别涉及一种用Self-cascode实现的电流镜电路。

背景技术

图1为现有的一种电流镜电路示意图，如图1所示，M0～M5、R1、Q0～Q2及Iptat电流源启动电路构成Iptat电流源，产生参考电流I0，经由M11进行镜向后输出镜向电流I1。M11的输出负载为二极管连接(Diode connected)的NMOS管M12，由于M11的沟道长度调制效应的影响，M11的随电流变化的漏源电压V_DS11可能不等于或接近M0的漏源电压V_DS0，从而M11的输出电流I1不能被精确的镜向，导致电源抑制性能较差。作为参考，图2为图1所示电路的实际电路图。

实用新型内容

本实用新型的目的在于抑制场效应管的沟道长度调制效应对于电流镜电路的影响，改善该电路的电流镜向精度。

为此，本实用新型提出一种用Self-cascode实现的电流镜启动电路，包括电流产生回路、镜向回路和启动回路，所述启动回路包括以自偏置共源共栅方式连接的第3场效应管和第1场效应管，所述镜向回路包括串联的第3场效应管和第2场效应管，其中第3场效应管与第1场效应管以共栅方式连接，并且第1场效应管与第2场效应管以共源共漏方式连接。

所述第1～3场效应管为P型场效应管。

所述第3场效应管与第1场效应管具有相同的沟道长度和宽度。

所述第1场效应管与接地之间串联有第4场效应管，所述镜向回路还包括串联于直流电源与接地之间的第5～7场效应管，其中第2场效应管与第6场效应管以共栅方式连接、第4场效应管与第5场效应管以共栅方式连接，第3场效应管与第7场效应管以共源方式连接。

所述第2场效应管与第6场效应管具有相同的沟道长度和宽度，第4场效应管与第5场效应管具有相同的沟道长度和宽度，第3场效应管与第7场效应管具有相同的沟道长度和宽度。

本实用新型的有益效果在于，使用共源共栅结构改善了镜向电流的镜向精度及电源抑制性能，并采用self-cascode结构实现电流镜的启动，免去了额外的偏置电路或复杂的启动电路。

附图说明

图1为现有的电流镜电路示意图；

图2为图1所示电路的实际电路图；

图3为本实用新型的采用self-cascode结构实现的电流镜电路示意图；

图4为图3所示电路的实际电路图；

图5为图3所示电路启动后简化电路；

图6为图3所示电路启动后电流镜的等效电路；

图7为图1和图3所示电路的电流镜向比及电源抑制性能仿真比较结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

图3为本实用新型的采用self-cascode结构实现的电流镜电路示意图，图4为图3所示电路的实际电路图。

如图3所示，本实用新型的电流镜电路是在图1所示的现有电流镜电路中的M11和M12之间串接入一个PMOS管M10，从而由M0、M11和M10组成共源共栅电流镜，并以Vb2节点电压作为M10的栅极偏置电压；另外在M0和M10之间接入M9，以M9和M11构成的self-cascode(自偏置共源共栅)结构作为该电流镜电路的启动电路。

M9作为启动器件，以防止由M0、M10～M20构成的共源共栅电流镜电路达到简并点(I₁＝0，I₂＝0，V_b2≈V_DD)从而使得电路自锁而不能正常工作。

图5为图3所示电路启动后简化电路。本实用新型的设计中使得M₉＝M₁₁，则M9、M11构成self-cadcode结构，等效于宽长比为的单个PMOS管M₁₁′，即： $\frac{{W_{11}}^{\′}}{{L_{11}}^{\′}}=\frac{1}{2}\left(\frac{W_{11}}{L_{11}}\right),$ 则启动电流 ${I_1}^{\′}=\frac{1}{2}\·I_0,$ 该启动电流可使Vb2离开简并点，并在M10～M15构成的电路中形成正反馈，具体过程如下：

上式中，启动电流I₁′使得流经M15和M14的电流I₂不为零，从而Vb2从约等于VDD减少，导致M11的漏源电压的绝对值|V_DS11|升高，使得I₁′增大并相应地使得I₂也增加，这又使得Vb2继续减少。该反馈过程不断循环一直到M9截止，M11开始进入饱和区，启动过程完成。

图6为图3所示电路启动后电流镜的等效电路。设计M10，使得电流镜启动后，M9截止，M11工作在饱和区，即：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{ds}11}<V_{\mathrm{gs}11}-V_{\mathrm{thp}}<0\\ V_{\mathrm{ds}11}=V_{\mathrm{gs}15}+V_{\mathrm{gs}14}-V_{\mathrm{gs}10}\end{array}\right.---\left(\mathrm{Eq}1\right)$

由于M₉＝M₁₁，只要由Iptat电流源(M0～M5、R1、Q0～Q2及启动电路)能启动，则V_gs11-V_thp＜0，因此，只需保证V_ds11＜V_gs11-V_thp。由Eq1，即有：

V_gs15+V_gs14-V_gs10＜V_gs11-V_thp    (Eq2)

因此只要V_gs15≈V_gs11且V_gs14≈V_gs10，则Eq2恒成立(V_thp＜0)。即，M₁₂＝M₁₃，则I₁＝I₂，设计M₁₀＝M₁₄，M₁₅＝M₁₁，可使Eq1成立，且：

V_gs9＝V_b1-V_x

＝V_DD+V_gs11-(V_DD+V_gs15+V_gs14-V_gs10)

＝V_gs11-V_gs15+V_gs14-V_gs10

≈0

则V_gs9-V_thp＞0，M9截止，即电路启动后M9截止，M0、M10～M20构成的共源其栅电流镜可正常工作。

经仿真，改进后的本实用新型的电流镜电路中，M0、M11和M10组成的电流镜电路可正常启动，电流镜电路的镜向精度及电源抑制性可得到显著改善。

图7为图1和图3所示电路的电流镜向比及电源抑制性能仿真比较结果示意图，其中图7下图的图示为电源电压由2.7V增加到5.5V，上图的图示为图1和图3所示电路在上述电压变化下的电流镜向比I1/I0的变化图。

如图所示，改进后的电流镜向比在电压为2.7V～5.5V的范围内均近似于1.0，其变化范围在0.998～1.002，而改进前的电流镜向比则由1.023增至1.137，相比之下，本实用新型的电流镜电路具有较高的电流镜向精度及电源抑制性能。

本实用新型的电流镜电路在贝岭股份有限公司的双通道小功率AB类音频功放中已得到成功应用。

本实用新型不局限于上述特定实施例子，在不背离本实用新型精神及其实质情况下，熟悉本领域技术人员可根据本实用新型作出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本实用新型所附权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1、一种用Self-cascode实现的电流镜启动电路，包括电流产生回路和镜向回路，其特征在于，还包括启动回路，其中：

所述启动回路包括以自偏置共源共栅方式连接的第3场效应管(M11)和第1场效应管(M9)，所述镜向回路包括串联的第3场效应管(M11)和第2场效应管(M10)，其中第3场效应管(M11)与第1场效应管(M9)以共栅方式连接，并且第1场效应管(M9)与第2场效应管(M10)以共源共漏方式连接。

2、如权利要求1所述的电流镜电路，其特征在于，所述第1～3场效应管(M9-M11)为P型场效应管。

3、如权利要求2所述的电流镜电路，其特征在于，所述第3场效应管(M11)与第1场效应管(M9)具有相同的沟道长度和宽度。

4、如权利要求1所述的电流镜电路，其特征在于，所述第1场效应管(M9)与接地之间串联有第4场效应管(M12)，所述镜向回路还包括串联于直流电源与接地之间的第5～7场效应管(M13～15)，其中第2场效应管(M10)与第6场效应管(M14)以共栅方式连接、第4场效应管(M12)与第5场效应管(M13)以共栅方式连接，第3场效应管(M11)与第7场效应管(M15)以共源方式连接。

5、如权利要求4所述的电流镜电路，其特征在于，所述第2场效应管(M10)与第6场效应管(M14)具有相同的沟道长度和宽度，第4场效应管(M12)与第5场效应管(M13)具有相同的沟道长度和宽度，第3场效应管(M11)与第7场效应管(M15)具有相同的沟道长度和宽度。

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