DE3024422A1 - Monolithic integrated image current circuit - has five transistors to produce image ratio of up to 0.999 - Google Patents

Abstract

This integrated image current circuit achieves an image ratio of up to 0.999 with an operating voltage of about one volt by using five transistors one of which is connected as a diode and, with another, acts as current sink. Two transistors (T1,T2) have their base joined and connected to the collector of a third transistor (T3) the base of which is linked to a fourth (T5) connected as a diode and joined to the fifth transistor (T4) whose emitter is connected to the supply (+Ub). The emitter areas of the third (T3) and fourth (T5) transistor are chosen so that the base current of the fourth (T5) is greater than that of the third transistor.

Description

StromspiegelschaltungCurrent mirror circuit

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Stromspiegelschaltung für niedrige Betrlebsspannungen mit einem ersten und einem zweiten Transistor vom ersten Leitungstyp, deren Emitter, die mit einem Betriebsspannung führenden Punkt verbunden sind und deren Basen miteinander gleichstromgekoppelt sind und deren Kollektoren mit einem Ausgangsanschluß bzw. einem Eingangsanschluß gleichstromgekoppelt sind.The invention relates to a monolithically integrated current mirror circuit for low operating voltages with a first and a second transistor from first type of conduction, the emitter of which is connected to an operating voltage leading point are connected and their bases are DC coupled to one another and their collectors are DC coupled to an output port and an input port, respectively.

Eine Stromspiegelschaltung dieser Art ist z.B. aus Valvo-Berichte, Band XIX (1974) 3, 107-114, insbesondere Bild 1, bekannt.A current mirror circuit of this type is e.g. from Valvo reports, Volume XIX (1974) 3, 107-114, especially Figure 1, is known.

Von allen bisher bekannten monolithisch integrierten Stromspiegelschaltungen mit PNP-Transistoren, die einen definierten Strom liefern, läßt sich für niedrige Bestriebsspannungen (0,7 bis 1,2 Volt) nur eine Schaltung verwenden, die aus zwei lateralen PNP-Transistoren besteht, deren Basen miteinander verbunden sind und von denen einer als Diode geschaltet ist.Of all previously known monolithically integrated current mirror circuits with PNP transistors, which deliver a defined current, can be used for low Operating voltages (0.7 to 1.2 volts) only use one circuit made up of two lateral PNP transistors, the bases of which are connected to each other and of one of which is connected as a diode.

Diese Stromspiegelschaltung hat, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird, aufgrund der niedrigen Vorwärtsstromverstärkung (Bp) der als Lateraltransistoren ausgebildeten PNP-Transistoren und deren Abhängigkeit von Betriebsspannungsschwankungen ein sehr schlechtes Spiegelverhältnis.This current mirror circuit has, as explained in more detail below is used as lateral transistors due to the low forward current gain (Bp) formed PNP transistors and their dependence on operating voltage fluctuations a very bad mirror ratio.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromspiegelschaltung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie mit Betriebsspannungen in der Größenordnung von 1 Volt, also nur wenig größer als eine Basis-Emittw-Spannung,betrieben werden kann und ein gutes Spiegelverhältnis aufweist.The invention is based on the object of a current mirror circuit of the type mentioned in such a way that they can be operated with operating voltages in of the order of magnitude of 1 volt, i.e. only slightly greater than a base Emittw voltage and has a good mirror ratio.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen dritten Transistor vom zweiten Leitungstyp, dessen Kollektor mit den Basen des ersten und des zweiten Transistors verbunden und dessen Emitter mit Masse verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitungstyp, dessen Emitter mit dem Betriebsspannung führenden Punkt, dessen Basis mit dem Eingangsanschluß und dessen Kollektor mit der Basis des dritten Transistors verbunden ist.According to the invention, this object is achieved by a third transistor of the second conductivity type, whose collector with the bases of the first and the second Transistor connected and whose emitter is connected to ground, and a fourth Transistor of the first conductivity type, the emitter of which is connected to the operating voltage Point, its base with the input connection and its collector with the base of the third transistor is connected.

Mit einer solchen Stromspiegelschaltung lassen sich Spiegelverhältnisse bis zu 0,999 erreichen.With such a current mirror circuit, mirror ratios can be achieved reach up to 0.999.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Two embodiments of the invention are based on the following the accompanying drawings explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 eine Stromspiegelschaltung für niedrige Betriebsspannungen nach dem Stand der Technik, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Stromspiegelschaltung nach der Erfindung, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stromspiegelschaltung nach der Erfindung.1 shows a current mirror circuit for low operating voltages according to the prior art, FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a current mirror circuit according to the invention, Fig. 3 shows a second embodiment of a current mirror circuit according to the invention.

Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Stromspiegelschaltung mit PNP-Transistoren für niedrige Betriebsspannungen (etwa 0,7 Volt bis 1,2 Volt, d.h. in der Größenordnung einer Emitter-Basis-Spannung). Diese Schaltung besteht aus zwei, als Lateraltransistoren ausgebildeten PNP-Transistoren T1 und T2, deren Basen miteinander verbunden sind. Der Transistor T1 ist, durch eine Verbindung zwischen Basis und Kollektor, als Diode geschaltet.Fig. 1 shows a known current mirror circuit with PNP transistors for low operating voltages (about 0.7 volts to 1.2 volts, i.e. in the order of magnitude an emitter-base voltage). This circuit consists of two, as lateral transistors formed PNP transistors T1 and T2, the bases of which are connected to one another. The transistor T1 is, through a connection between base and collector, as a diode switched.

Das Spiegelverhältnis dieser Schaltung, d.h. das Verhältnis zwischen dem an der Eingangsklemme E fließenden Bezugsstrom 1 und dem an der Ausgangsklemme A geref lieferten Strom IC2 ist sehr schlecht. Gründe dafür sind die niedrige Vorwärtsstromverstärkung Bp der lateralen PNP-Transistoren und deren Abhängigkeit von Schwankungen der Betriebsspannung UB.The mirror ratio of this circuit, i.e. the ratio between the reference current 1 flowing at the input terminal E and that at the output terminal A ref supplied current IC2 is very bad. The reasons for this are the low forward current gain Bp of the lateral PNP transistors and their dependence on fluctuations in the operating voltage UB.

In monolithisch integrierten Schaltungen haben alle PNP-Transistoren (und ebenfalls alle NPN-Transistoren) annänernd gleiche Parameter. Durch die Wahl des Flächenfaktors, d.h. die Größe der Emitterfläche, lassen sich dann in Stromspiegelschaltungen verhältnisgleiche Ströme einstellen.In monolithic integrated circuits all have PNP transistors (and also all NPN transistors) approximately the same parameters. By choice the area factor, i.e. the size of the emitter area, can then be used in current mirror circuits Set proportional currents.

Führt man ein: Ap = Flächenfaktor der PNP-Tranistoren Bp = Vorwärtsstromverstärkung der PNP-Transistoren so gilt IB2 = IB1 Ap und es läßt sich das Spiegelverhältnis errechnen zu: Damit ergibt sich mit einem Flächenfaktor Ap = 1 für eine Vorwärtsstromverstärkung Bp = 3 ein Spiegelfaktor von S1 = 0,60 und für eine Vorwärtsstromverstärkung von Bp = 15 ein Spiegelfaktor von S2 = 0,88.If one introduces: Ap = area factor of the PNP transistors Bp = forward current gain of the PNP transistors, then IB2 = IB1 Ap and the mirror ratio can be determined calculate to: With an area factor Ap = 1, this results in a mirror factor of S1 = 0.60 for a forward current gain Bp = 3 and a mirror factor of S2 = 0.88 for a forward current gain of Bp = 15.

Diese Spiegelfaktoren sind also verhältnismäßig niedrig.These mirror factors are therefore relatively low.

Fig. 2 zeigt nun eine Schaltung gemäß der Erfindung, die ebenfalls nur eine Betriebsspannung in der Größenordnung einer Basis-Emitter-Spannung braucht, die aber einen wesentlich besseren Spiegelfaktor aufweist. In diese Schaltung sind ein weiterPNP-Transistor T4 und zwei NPN-Transistoren T3 und T5 eingefügt. Die beiden NPN-Transistoren T3 und T5 bilden eine NPN-Stromsenke, die den Basisstrom der beiden PNP-Transistoren T1 und T2 aufnimmt. Die Regelung, d.h. die Einstellung des Spiegelverhältnisses, erfolgt durch den PNP-Transistor T3. Dadurch wird das Spiegelverhältnis nur durch den Basisstrom des Transistors T3 beeinflußt.Fig. 2 now shows a circuit according to the invention, which also only needs an operating voltage in the order of magnitude of a base-emitter voltage, but which has a much better mirror factor. In this circuit are another PNP transistor T4 and two NPN transistors T3 and T5 are inserted. The two NPN transistors T3 and T5 form an NPN current sink that carries the base current of the two PNP transistors T1 and T2 receives. The regulation, i.e. the setting of the mirror ratio, takes place through the PNP transistor T3. This just gets the mirror ratio through affects the base current of the transistor T3.

Dieser Strom läßt sich besonders klein halten, wenn die Flächenfaktoren der Transistoren T3 und T5 so gewählt sind, daß der Basisstrom IB5 des Transistors B5 T5 größer als der Basis strom 1 des Transistors T3 B3 ist.This current can be kept particularly small if the area factors of the transistors T3 and T5 are chosen so that the base current IB5 of the transistor B5 T5 is greater than the base current 1 of the transistor T3 B3.

Führt man die Größen AN = Flächenfaktor der NPN-Transistoren BN = Vorwärtsstromverstärkung der NPN-Transistoren ein, so ergibt sich mit den Annahmen In3 = IB5 AN B3 B5 N und , sowie ein Stromspiegelfaktor Geht man von Flächenfaktoren Ap = 1 und AN = 2 aus und nimmt man eine Stromverstärkung BN = 60 an, so ergibt sich für eine Vorwärtsstromverstärkung Bp der PNP-Transistoren von 3 ein Spiegelfaktor von S2 = 0,895 und für eine Vorwärtsstromverstärkung von Bp= 15 ein Spiegelfaktor S2 = 0,995.If one introduces the quantities AN = area factor of the NPN transistors BN = forward current gain of the NPN transistors, then with the assumptions In3 = IB5 AN B3 B5 N and , as a current mirror factor Assuming area factors Ap = 1 and AN = 2 and assuming a current gain BN = 60, the result for a forward current gain Bp of the PNP transistors of 3 is a mirror factor of S2 = 0.895 and for a forward current gain of Bp = 15 Mirror factor S2 = 0.995.

Dies sind Werte, die wesentlich besser sind als die oben berechneten Werte einer Schaltung nach dem Stand der Technik.These are values that are much better than those calculated above Values of a circuit according to the prior art.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromspiegelschaltung nach der Erfindung, das sich aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 praktisch durch Weglassen des Transistors T5 ergibt. Diese Schaltung hat eine wesentlich höhere Verstärkung in der mit dem Transistor T4 gebildeten Regelschleife und damit ein noch besseres Spiegelverhältnis als die Schaltung nach Fig. 2.3 shows a further exemplary embodiment of a current mirror circuit according to the invention, which results from the embodiment of FIG. 2 in practice Omission of the transistor T5 results. This circuit has a much higher one Amplification in the control loop formed with the transistor T4 and thus a even better mirror ratio than the circuit according to FIG. 2.

Für diese Schaltung ergibt sich mit den oben gemachten Annahmen ein Spiegelverhältnis von Nimmt man ein Flächenverhältnis Ap = 1 und eine Vorwärtsstromverstärkung der PNP-Transistoren von Bp = 60 an, so ergibt sich für eine Vorwärtsstromverstärkung der PNP-Transistoren von Bp = 3 ein Spiegelfaktor von S3 = 0,996 und für eine Vorwärtsstromverstärkung von Bp = 15 ein Spiegelfaktor von S3 = 0,999.With the assumptions made above, this results in a mirror ratio of Assuming an area ratio Ap = 1 and a forward current gain of the PNP transistors of Bp = 60, a mirror factor of S3 = 0.996 results for a forward current gain of the PNP transistors of Bp = 3 and a mirror factor of S3 = 0.996 for a forward current gain of Bp = 15 of S3 = 0.999.

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Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: Monolithisch integrierte Stromspiegelschaltung für niedrige Betriebs spannungen mit einem ersten und einem zweiten Transistor vom ersten Leitungstyp, deren Emitter, die mit einem Betriebsspannung führenden Punkt verbunden sind, und deren Basen miteinander gleichstromgekoppelt sind und deren Kollektoren mit einem Ausgangsanschluß bzw. einem Eingangsanschluß gleichstromgekoppelt sind, gekennzeichnet durch einen dritten Transistor (T3) vom zweiten Leitungstyp, dessen Kollektor mit den Basen des ersten und des zweiten Transistors (T1, T2) verbunden und dessen Emitter mit Masse verbunden ist, und einen vierten Transistor (T4) vom ersten Leitungstyp, dessen Emitter mit dem Betriebs spannung führenden Punkt (B), dessen Basis mit dem Eingangsanschluß (E) und dessen Kollektor mit der Basis des dritten Transistors (T3) verbunden ist.PATENT CLAIMS: Monolithically integrated current mirror circuit for low operating voltages with a first and a second transistor from the first Conductor type, the emitter of which is connected to a point carrying operating voltage are, and their bases are DC-coupled to one another and their collectors are DC-coupled to an output terminal or an input terminal, characterized by a third transistor (T3) of the second conductivity type, whose Collector connected to the bases of the first and the second transistor (T1, T2) and the emitter of which is connected to ground, and a fourth transistor (T4) from first type of conduction, the emitter of which is connected to the point (B) carrying the operating voltage, its base with the input connection (E) and its collector with the base of the third transistor (T3) is connected. 2. Stromspiegelschaltung nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors (T3) eine Diode gleichsinnig parallelgeschaltet ist.2. Current mirror circuit according to Claim 1, characterized in that that the base-emitter path of the third transistor (T3) is a diode in the same direction is connected in parallel. 3. Stromspiegelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode durch die Basis-Emitter-Strecke eines fünften Transistors (T5) vom ersten Leitungstyp gebildet ist.3. Current mirror circuit according to claim 2, characterized in that that the diode through the base-emitter path of a fifth transistor (T5) from first line type is formed. 4. Stromspiegelschaltung qach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterflächen des dritten und des fünften Transistors so gewählt sind, daß der Basisstrom des fünften Transistors (T5) größer als der Basisstrom des dritten Transistors (T3) ist.4. current mirror circuit qach claim 3, characterized in that that the emitter areas of the third and the fifth transistor are chosen so, that the base current of the fifth transistor (T5) is greater than the base current of the third Transistor (T3) is. 5. Stromspiegelschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren vom ersten Leitungstyp PiNP-Transistoren sind.5. Current mirror circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transistors of the first conductivity type are PiNP transistors.