DE3416268C2 - Stromverstärkungseinrichtung - Google Patents

Stromverstärkungseinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Stromverstärkungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Feldeffekttransistor- Signalumwandlungsschaltung unter Verrwendung einer solchen Stromverstärkungseinrichtung gemäß Anspruch 8.
Bei einem Stromspiegel handelt es sich um einen Stromverstärker, der bei hoher Impedanz einen Ausgangs­ strom proportional zu einem Eingangsstrom liefert. Der Ausgangsstrom wird in typischer Weise zum Betreiben einer Last bei hoher Verstärkung benutzt. Ein einfacher Strom­ spiegel besteht im allgemeinen aus einem Transistorpaar mit einem einzelnen Eingangs- und einem einzelnen Ausgangs­ transistor, deren Gateelektroden zusammengeschaltet und mit einem Eingangsspannungsanschluß an der Drainelektrode des Eingangstransistors verbunden sind. Die Sourceelektro­ den der Transistoren liegen an einem Bezugsspannungsan­ schluß, der für beide gemeinsam ist. Die Drain- und die Gateelektrode des Eingangstransistors sind mit einer Stromquelle verbunden, die einen Ruhebezugsstrom liefert. Da die Gateelektroden des Eingangs- und des Ausgangs­ transistors zusammengeschaltet sind, entsteht ein ent­ sprechender Ausgangsstrom im Stromweg des Ausgangstransi­ stors. Im allgemeinen sind der Eingangs- und der Ausgangs­ transistor identisch, und es ergibt sich eine Stromver­ stärkung von im wesentlichen Eins. Solche Stromspiegel werden üblicherweise als aktive Lasten in Verstärker­ stufen mit hoher Verstärkung verwendet.
Es gibt im Augenblick zwei sich widersprechende Entwicklungsrichtungen bei MOS-Schaltungen. Eine Entwick­ lungsrichtung geht zu MOS-(Metall-Oxid-Silicium)-Bautei­ len mit kürzerer Stromweg-Kanallänge zur Anpassung an höhere Signalfrequenzen. Die andere Entwicklungsrichtung geht zu niedrigeren Versorgungsspannungen zur Verringerung des Stromverbrauchs, so daß eine größere Zahl von Bautei­ len in einer einzigen Schaltung auf einem Halbleiter­ plättchen zusammengefaßt werden kann. Der Konflikt ergibt sich daraus, daß dann, wenn die Kanallänge für die Bau­ teile eines Stromspiegels verringert wird, deren Trans­ konduktanz ansteigt, daß aber ihr Ausgangsleitwert noch schneller ansteigt. Die sich ergebende, niedrigere Strom­ spiegel-Ausgangsimpedanz hat zu kombinierten Anordnungen von zwei oder mehreren Stromspiegeln geführt, bei denen die Ausgangstransistoren in Reihe geschaltet sind. Diese benötigen jedoch eine höhere Versorgungsspannung zur Erzielung einer erhöhten Ausgangsimpedanz, da jeder der Ausgangstransistoren eine Drain-Source-Spannung erfordert, die für einen Betrieb in der Sättigung ausreicht.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine kurze Stromweg-Kanallänge in Verbindung mit einer niedrigen Versorgungsspannung der Ausgangstransistoren zu realisieren. Die Lösung hierfür ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Verwendung der Erfindung in einer Feldeffekttransistor-Signalumwandlungsschaltung ist Gegenstand der Ansprüche 8 bis 13.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein zusammengesetzter Stromspiegel wenigstens zwei Eingangs- und Ausgangstransistorpaare. Die Eingangs­ transistoren führen auf ihren Stromwegen getrennte und gleiche Ströme, besitzen aber unterschiedliche Stromweg­ geometrien. Die Geometrien der Eingangstransistoren ste­ hen so zueinander in Beziehung, daß sich Gatevorspannun­ gen ergeben, die die Drain-Sourcespannungen VDS der Aus­ gangstransistoren optimieren. Bei einer Dualpaarkombina­ tion mit MOS-Bauteilen hat einer der Eingangstransistoren ein Verhältnis W/L für die Stromweg-Kanalbreite-zu-Länge, das wenigstens etwa viermal größer als das des anderen Eingangstransistors ist.
Wenn beide Transistoren mit ihrer minimal er­ forderlichen Spannung VDS arbeiten, ist es möglich, für eine gegebene Versorgungsspannung einen größeren Spannungs­ ausschlag an einem Ausgangsanschluß zu erhalten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 das Schaltbild eines zusammmengesetzten Stromspiegels nach der Erfindung;
Fig. 2 das Schaltbild eines weiteren Strom­ spiegels nach der Erfindung;
Fig. 3 das Schaltbild eines Komplementär-MOS- Operationsverstärkers mit einer diffe­ rentiellen Eingangsstufe, die einen zusammengesetzten Stromspiegel nach der Erfindung beinhaltet.
Der Stromspiegel 10 in Fig. 1 enthält ein obe­ res Eingangs- und Ausgangspaar von Transistoren 12, 14 und ein unteres Eingangs- und Ausgangspaar von Transisto­ ren 16, 18. Alle Transistoren 12, 14, 16, 18 sind N-Kanal- MOS-Bauteile vom Anreicherungstyp. Die Gateelektroden der oberen Transistoren 12, 14 sind zusammengeschaltet und zur Bildung einer Kaskode-Anordnung mit der Drain­ elektrode des oberen Eingangstransistors 12 verbunden. Die Gateelektroden der unteren Transistoren 16, 18 sind miteinander und mit der Drainelektrode des unteren Ein­ gangstransistors 16 verbunden. Der Stromweg des oberen Eingangstransistors 12 liegt zwischen einer oberen Ein­ gangstromquelle 20 und einem Bezugspunkt 22, während der Stromweg des unteren Eingangstransistors 16 in Reihe zwischen einer unteren Eingangsstromquelle 24 und dem Bezugspunkt 22 geschaltet ist. Die Stromwege der Ausgangs­ transistoren 14, 18 sind in Reihe zwischen den Bezugs­ punkt 22 und einen Ausgangspunkt geschaltet, der positiv mit Bezug auf die Spannung des Bezugspunktes 22 ist. Der Eingangstransistor 16 und beide Ausgangstransistoren 14, 18 sind hinsichtlich ihrer Geometrieund demgemäß ihrer Betriebseigenschaften im wesentlichen gleich. Ins­ besondere besitzen sie das gleiche Verhältnis W/L für die Stromweg-Kanalbreite-zu-Länge. Der obere Eingangs­ transistor 12 hat jedoch ein Kanalbreiten-zu-Längen- Verhältnis von 1/4 W/L. Die Breite W des Stromkanals eines MOS-Transistors ist die wirksame physikalische Breite der Source- und der Drainelektrode. Die Länge L des Kanals eines MOS-Transistors ist der kürzeste physi­ kalische Abstand zwischen der Source- und der Drainelek­ trode entlang des Stromkanals. Wie die nachfolgende Er­ läuterung zeigt, ermöglicht die 1/4 W/L-Geometrie des oberen Eingangstransistors 12 eine Einstellung der Ruhe­ vorspannungen an den Gate-Punkten auf Werte, die sowohl den oberen als auch den unteren Ausgangstransistor 14, 18 in den gesättigten Betrieb bringen.
Die Stromquellen 20, 24 sind so ausgebildet, daß im Ruhezustand gleiche Bezugsströme Iref. über die Stromwege der Eingangstransistoren 12, 16 fließen. Da MOS-Transistoren Bauteile mit quadratischer Kennlinie sind, steht ihr Drainstrom zu ihrer Gate-Sourcespannung in Form eines Polynomausdrucks in Beziehung, der sich durch Ausschaltung von Ausdrücken praktisch unbedeutender Größe wie folgt vereinfachen läßt:
Dabei sind
ID der Drain-Sourcestrom oder der Strom auf dem Stromweg,
W/L das Verhältnis der Kanalbreite-zu-Länge,
VGS die Gate-Sourcespannung und
VT die Schwellwertspannung des Bauteils.
Die quadratische Beziehung gilt für MOS-Bautei­ le nur, wenn sie in der Sättigung arbeiten, d. h. für Bauteile, für die gilt:
VDS VGS-VT. (2)
Der Betrag, um den die Gate-Sourcespannung VGS die Schwellwertspannung VT übersteigt, wird als die Ein-Spannung VON des Baauteils bezeichnet. Für einen Be­ trieb in der Sättigung gilt dann VDS<VON.
Der Bezugsstrom aus der Stromquelle 24 und das Verhältnis W/L des Transistors 16 ergeben:
so daß die Ruhespannung an der Drain- und der Gateeletro­ de des unteren Eingangstransistors 16 gleich VT+VON ist.
Es ergibt sich dann, daß unter diesen Bedingungen die Drain-Sourcespannung für den unteren Ausgangstransistor 18 VON übersteigen muß. Schreitet man auf die gleiche Weise für den oberen Eingangstransistor 12 weiter, so findet man für diesen Transistor eine Gatespannung von VT+2VON. Daraus ergibt sich, daß der obere Ausgangs­ transistor 14 unter der Voraussetzung, daß seine Drain­ spannung nur die Spannung 2VON übersteigt, in der Sätti­ gung ist. Man erkennt, daß aufgrund der 1/4 W/L-Geometrie des oberen Eingangstransistors 12 mit Bezug auff die W/L- Geometrie des unteren Eingangstransistors 16 die Gate­ spannungen der Stromspiegel so bestimmt sind, daß im Ruhezustand beide Ausgangstransistoren 14, 18 mit ihrer VON-Spannung arbeiten können, die gerade für die Sättigung ausreicht. Dies ist in hohem Maße wünschenswert, da damit die Ausgangsspannung für die Anwendung bei einem Gegen­ takt-Eintaktwandler einen Spannungsausschlag innerhalb der Schwellenspannung VT der Spannung am Bezugspunkt 22 haben kann.
Der Stromspiegel 30 in Fig. 2 stellt eine Abwandlung des Stromspiegels 10 in Fig. 1 dar und hat entsprechende Bauteile, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Stromspiegel 30 enthält zusätzlich zu den vier Transistoren 12, 14, 16, 18 einen fünften ausgleichenden Transistor 32, der zwischen die Drain­ elektrode des unteren Eingangstransistors 16 und die Stromquelle 24 geschaltet ist. Die Gateelektrode des unteren Eingangstransistors 16 ist mit der Drainelektrode des Ausgleichstransistors 32 verbunden. Dessen Gateelek­ trode ist mit den Gateelektroden des oberen Eingangs- und Ausgangstransistors 12, 14 verbunden. Das Vorhanden­ sein des Ausgleichstransistors 32 stellt sicher, daß die Spannung VDS des unteren Eingangstransistors 16 gleich der Spannung VDS des Transistors 18 ist, so daß Stromver­ setzungen im Stromspiegel 30 im wesentlichen ausgeschal­ tet sind.
In Fig. 3 ist ein CMOS-(Komplementär-MOS)-Opera­ tionsverstärker 34 mit einem Stromspiegel nach der Erfin­ dung gezeigt. Der Verstärker 34 besitzt einen negativen Versorgungsspannungspunkt 36 und einen positiven Versor­ gungsspannungspunkt 38. Alle Transistoren sind MOS-Bau­ teile vom Anreicherungstyp. Ein negativer N-Kanal-Diffe­ rentialeingangstransistor 40 und ein positiver N-Kanal- Differentialeingangstransistor 42 sind mit ihren Source­ elektroden an die Drainelektrode eines Stromquellentran­ sistors 44 angeschlossen, dessen Sourceelektrode an dem negativen Versorgungsspannungsknoten 36 liegt. Die Gate­ elektrode des Stromquellentransistors 44 ist mit einer Vorspannung Vbias verbunden. Die Gateelektrode des nega­ tiven Eingangstransistors 40 bildet einen invertierenden Eingangsanschluß (-). Die Gateelektrode des positiven Eingangstransistors 42 bildet einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+). Die Drainelektrode des positiven Eingangstransistors 42 liegt an der Sourceelektrode eines Trenntransistors 48. Ein zusammengesetzter P-Kanal-Strom­ spiegel bildet eine aktive Last für die Eingangsstufe des Verstärkers 34. Man beachte, daß der P-Kanal-Strom­ spiegel einen Aufbau besitzt, der im Vergleich zu den N-Kanal-Stromspiegeln 10, 30 gemäß Fig. 1 und 2 aufgrund der entgegengesetzten Kanalpolarität der Bauteile inver­ tiert erscheint. Die Stromwege von zwei P-Kanal-Transi­ storen 50, 52 sind in Reihe zwischen den positiven Ver­ sorgungsspannungspunkt 38, der hier einem Bezugsspannungs­ punkt entspricht, und die Drainelektrode des Trenntransi­ stors 48 geschaltet. die Gateelektrode des Transistors 50 ist mit der Gateelektrode eines P-Kanal-Eingangstran­ sistors 54 verbunden. Der Eingangstransistor 54, ein P-Kanal-Ausgleichstransistor 56 und ein N-Kanal-Trenn­ transistor 58 sind mit ihren Stromwegen zur Bildung eines ersten Eingangsstromzweiges in Reihe zwischen den positi­ ven Versorgungsspannungspunkt 38 und die Drainelektrode des negativen Eingangstransistors 40 geschaltet. Die Stromwege eines Eingangstransistors 60 und eines als Diode geschalteten N-Kanal-Trenntransistors 62 liegen in Reihe zwischen dem positiven Versorgungsspannungspunkt 38 und der Drainelektrode des negativen Eingangstransi­ stors 40, um den zweiten Eingangsstromzweig zu bilden. Die Drainelektrode des Ausgleichstransistors 56 ist mit den Gateelektroden der Transistoren 54, 50 verbunden. Die Gateelektroden des Ausgleichstransistors 56 und der Trenntransistoren 48, 58, 62 sind alle mit den Gateelek­ troden der Transistoren 60, 52 verbunden.
Die Drainelektrode des Stromspiegel-Ausgangs­ transistors 52 bildet einen Ausgangspunkt der Eingangs­ stufe des Verstärkers 34 und ist mit der Gateelektrode eines P-Kanal-Ausgangstransistors 64 verbunden, dessen Stromweg in Reihe mit einem N-Kanal-Stromquellentransi­ stor 66 zwischen den positiven Versorgungsspannungsknoten 38 und den negativen Versorgungsspannungsknoten 36 ge­ schaltet ist. Ein Kondensator 70 liegt zwischen der Gate­ elektrode des Ausgangstransistors 64 und einer Seite von parallelen, als Widerstand geschalteten, komplemen­ tären MOS-Bauteilen 72, 74, deren andere Seite mit den Drainelektroden der Ausgangstransistoren 64, 66 verbunden ist. Der Kondensator 70 und die Widerstandsbauteile 72, 74 bilden zusammen ein Frequenzkompensationsnetzwerk. die Drainelektroden der Ausgangstransistoren 64, 66 sind Teil des Ausgangspunktes des Verstärkers 34.
Das Verhältnis W/L des Eingangstransistors 54 und des Ausgleichstransistors 56 ist gleich. Das Brei­ ten-zu-Längen-Verhältnis W¹/L¹ der Trenntransistoren 48, 58, 62 steht zueinander in Beziehung, aber nicht notwendigerweise zum Verhältnis W/L der Transistoren 50, 52, 54, 56, 60 des Stromspiegels. Die Transistoren 58, 62 teilen den Ruhestrom gleichmäßig auf die beiden Eingangszweige des Stromspiegels auf. Der Transistor 60, der 1/4 des Wertes W/L für den Transistor 54 hat, stellt den Vorspannungswert der Transistoren 52, 56 auf einen Wert von VT+2 VON unterhalb der Versorgungsspannung VDD ein. Die Transistoren 50 und 52 haben den doppelten Wert W/L wie der Transistor 54, um zu bewirken, daß die Drainströme der Transistoren 40 und 42 nominell gleich sind. Die Transistoren 50, 54 sind auf die Grenze der Sättigung vorgespannt, so daß sich der Bereich hoher Verstärkung für die Eingangsstufe oberhalb von VDD-VT erstrecken kann. Eine stark erhöhte Spannungsverstärkung der Eingangsstufe ist kombiniert mit einem einfachen Aufbau der zweiten Stufe.
Die Stromspiegelschaltungen 10 und 30 in Fig. 1 und 2 sind so ausgelegt, daß sie zur Vereinfachung der Beschreibung und Vermeidung einer unnötigen Kompliziert­ heit eine Stromverstärkung von Eins besitzen. Sie lassen sich leicht in bekannter Weise entsprechend den Verfahren für einfache Stromspiegel so abändern, daß sie eine von Eins abweichende Stromverstärkung besitzen. Dies wird im Prinzip durch Veränderung des relativen Breiten-zu-Längen- Verhältnisses des Eingangs- und des Ausgangstransistors eines gegebenen Paares entsprechend der gewünschten Ver­ stärkung erreicht. Der Stromspiegel im Verstärker 34 gemäß Fig. 3 hat beispielsweise die doppelte Verstärkung wie die Stromspiegel 10 und 30.
Für den Fachmann ist klar, daß jede der oben beschriebenen Schaltungen mit Transistoren realisiert werden kann, die einen Stromkanal entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie die dargestellten Transistoren besitzen, indem die Polaritäten der Stromversorgungen und Bezugsspannungen umgeschaltet werden. Darüberhinaus können in beiden Fällen die Transistoren vom Anreiche­ rungstyp oder vom Verarmungstyp sein oder Kombinationen beider Typen darstellen.
Die Erfindung läßt sich mit allen Bauteilen mit quadratischer Kennlinie verwirklichen, d. h. Bautei­ len, für den der über den Stromweg fließende Strom pro­ portional zum Quadrat der minimalen Spannung VON über dem Stromweg zur Erzielung einer Sättigung von Majoritäts­ ladungsträgern auf dem Stromweg ist. Zu solchen Bauteilen zählen die verschiedenen FET-Bauteile, insbesondere Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, beispiels­ weise MOS-Transistoren. Die verschiedenen N-Kanal- und P-Kanal-MOS-Bauteile vom Anreicherungstyp oder vom Ver­ armungstyp können allein oder gemischt zur Bildung einer Anordnung nach der Erfindung verwendet werden. Im allge­ meinen wird daher das Breiten-zu-Längen-Verhältnis des Strom-kanals im Eingangstransistor mit dem größeren Ver­ hältnis proportional zum Breiten-zu-Längen-Verhältnis für die Stromkanäle der Ausgangstransistoren gemacht, da der Eingangsbezugsstrom proportional zum entsprechen­ den Ausgangsstrom ist.
Bei den dargestellten drei Ausführungsbeispielen sind zwar nur zwei Stromspiegel-Ausgangstransistoren vorhanden, aber es können je nach Wunsch weitere hinzuge­ fügt und entsprechend zusätzlichen Eingangszweigen zuge­ ordnet werden, wobei die Eingangstransistoren das jeweils richtige Verhältnis W/L besitzen, um ihren Ausgangstran­ sistor auf VDS=VON vorzuspannen. Beispielsweise würde der Stromweg eines dritten, zum Stromspiegel gemäß Fig. 1 hinzugefügten Ausgangstransistors zwischen die Source­ elektrode des unteren Ausgangstransistors 18 und den Bezugspunkt 22 geschaltet. Ein zugeordneter Eingangstran­ sistor in einem dritten Eingangsstromzweig würde ein Verhältnis 1/9 W/L haben. Ein einem vierten Ausgangs­ transistor zugeordneter Eingangstransistor würde einen Wert 1/16 W/L besitzen usw. Aus praktischen Gründen nähert sich jedoch die Verwendung von drei oder mehr Ausgangstransistoren schnell einem Punkt, an dem keine Vorteile mehr erreicht werden. Die Ausgangsspannung kann sich nur so dicht der Versorgungsspannung nähern, wie es der Summe der Spannungen VON der Ausgangstransistoren entspricht. Die Vorteile eines Betriebs bei niedriger Versorgungsspannung werden schnell durch eine Kombination ausgeglichen, die zu viele Ausgangstransistoren enthält.

Claims (13)

1. Stromverstärkungseinrichtung mit einem Eingangsstromtransistor, dessen Steuerelektrode mit der Steuerelektrode eines Ausgangsstromtransistors und einem Eingangsstromweg verbunden ist, mit einer Einrichtung zur Lieferung eines Eingangsstroms an den Stromweg des Eingangstransistors und mit einer Einrichtung zur Liefe­ rung eines Ausgangsstroms an den Stromweg des Ausgangstran­ sistors, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Ausgangstransistor (18) vorgesehen ist, dessen Stromweg in Reihe mit dem Stromweg des Ausgangs­ transistors (14) geschaltet ist, ferner ein weiterer Ein­ gangstransistor (16), dessen Steuerelektrode mit einem von den Stromliefereinrichtungen (20, 24) gespeisten Ein­ gangsstromweg und der Steuerelektrode des weiteren Ausgangs­ transistors verbunden ist, und ein von den Stromlieferein­ richtungen gespeister Stromweg,
daß die Eingangstransistoren (12, 16) Bauteile sind, für die der über ihren Stromweg fließende Strom proportional dem Quadrat der für einen Betrieb im Sättigungsbereich minimal erforderlichen Spannung über dem Stromweg multi­ pliziert mit einem Faktor ist, der von der Geometrie der Eingangstransistoren abhängt, und
daß wenigstens einer der Eingangstransistoren (12) eine von der Geometrie eines anderen Eingangstransistors (16) verschiedene Geometrie besitzt, wodurch der eine und der andere Eingangstransistor für einen gegebenen Eingangs­ strom auf ihren Stromwegen unterschiedliche Vorspannungen an den Steuerelektroden der ihnen jeweils zugeordneten Ausgangstransistoren erzeugen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangstransistoren Feldeffekttransistoren mit einer Source-, einer Gate- und einer Drainelektrode sind und daß der konstante Faktor proportional dem Verhältnis der Stromweg-Kanalbreite zu dessen Länge ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingangstransistor (12) ein Verhältnis der Stromweg-Kanalbreite-zu-Länge von nicht mehr als im wesentlichen ein Viertel dieses Verhältnisses für den anderen Eingangstransistor (16) besitzt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromlieferungseinrichtung (20, 24) so ausgelegt ist, daß sie einen Eingangsstrom gleicher Höhe auf dem Stromweg jedes Eingangstransistors erzeugen kann.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangstransistoren Feldeffekttransistoren mit einer Source-, einer Gate- und einer Drainelektrode sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Feldeffekttransi­ stor (32), dessen Stromweg zwischen eine Seite des Strom­ weges des anderen Eingangstransistors (16) und den Punkt geschaltet ist, an dem die Gateelektrode des anderen Eingangstransistors mit dem Eingangsstromweg des anderen Eingangstransistors verbunden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Feldeffekt­ transistor (32) ein Verhältnis der Stromwegbreite-zu- Länge besitzt, das im wesentlichen gleich dem des anderen Eingangstransistors (16) ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Feldeffekttransistor-Signalumwandlungsschaltung gemäß nachfolgender Verschaltung verwendet wird:
die Gateelektroden eines ersten und zweiten differentiellen Eingangstransistors (40, 42) werden als Eingangsanschlüsse verwendet, die Sourceelektroden des ersten und zweiten Eingangstransistors (40, 42) werden mit einer Stromquelle verbunden,
der Stromweg eines Ausgleichstransistors (56) ist zwischen die eine Seite des Stromwegs des anderen Eingangstransistors (54) und dem Punkt, an dem die Gateelektrode des anderen Eingangstransistors (54) mit dem Eingangsstromweg des anderen Eingangstransistors verbunden ist, geschaltet,
ein erster Trenntransistor (58) ist mit seinem Stromweg in Reihe zwischen den Stromweg des Ausgleichstransistors (56) und die Drainelektrode des ersten differentiellen Eingangstransistors (40) geschaltet,
ein zweiter Trenntransistor (62) ist mit seinem Stromweg in Reihe zwischen den Stromweg des einen Eingangstransistors (60) und die Drainelektrode des ersten differentiellen Eingangstransistors (40) geschaltet,
ein dritter Trenntransistor (48) ist mit seinem Stromweg in Reihe zwischen die Stromwege der Ausgangstransistoren (50, 52) und die Drainelektrode des zweiten differentiellen Eingangstransistors (42) geschaltet,
die Gateelektroden des Ausgleichstransistors (56), der Trenntransistoren (58, 62, 48), des einen Eingangstransistors (60) und des dem einen Eingangstransistor zugeordneten Ausgangstransistors (52) sind alle miteinander und mit der Drainelektrode des zweiten Trenntransistors (62) verbunden, und
das Halbleitermaterial der Trenntransistoren (58, 62, 48) ist mit den Sourceelektroden der differentiellen Eingangstransistoren (40, 42) verbunden.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Trenntransistor (58, 62) im wesentlichen das gleiche Verhältnis der Stromweg- Kanalbreite-zu-Länge besitzen.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stromweg-Kanalbreite-zu-Länge für die Ausgangstransistoren (50, 52) im wesentlichen gleich ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stromweg-Kanalbreite-zu-Länge für die Ausgangstransistoren (50, 52) im wesentlichen doppelt so groß wie das des anderen Eingangstransistors (54) ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichstransistor (56), die Eingangstransistoren (54, 60) und die Ausgangstransistoren (50, 52) Stromwege eines Leitfähigkeitstyps und die Trenntransistoren (58, 62, 48) sowie die differentiellen Eingangstransistoren (40, 42) Stromwege eines anderen Leitfähigkeitstyps besitzen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch einen Eingangstransistor (60) zugeordneten Ausgangstransistors (52) angeschaltet ist.
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GB (1) GB2139839B (de)
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8302731A (nl) * 1983-08-02 1985-03-01 Philips Nv Halfgeleiderinrichting.
US4550284A (en) * 1984-05-16 1985-10-29 At&T Bell Laboratories MOS Cascode current mirror
US4618815A (en) * 1985-02-11 1986-10-21 At&T Bell Laboratories Mixed threshold current mirror
US4677323A (en) * 1985-07-22 1987-06-30 American Telephone & Telegraph Co., At&T Bell Laboratories Field-effect transistor current switching circuit
NL8503394A (nl) * 1985-12-10 1987-07-01 Philips Nv Stroomaftastschakeling voor een vermogenshalfgeleiderinrichting, in het bijzonder geintegreerde intelligente vermogenshalfgeleiderschakelaar voor met name automobieltoepassingen.
EP0308000B1 (de) * 1987-09-14 1991-05-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Verstärkerschaltung
GB2214018A (en) * 1987-12-23 1989-08-23 Philips Electronic Associated Current mirror circuit arrangement
US4818929A (en) * 1988-07-01 1989-04-04 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Fully differential analog comparator
GB2225885A (en) * 1988-12-08 1990-06-13 Philips Electronic Associated Integrator circuit
US4983929A (en) * 1989-09-27 1991-01-08 Analog Devices, Inc. Cascode current mirror
EP0613072B1 (de) * 1993-02-12 1997-06-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Integrierte Schaltung mit einem Kaskadestromspiegel
KR100299597B1 (ko) * 1993-02-12 2001-10-22 요트.게.아. 롤페즈 캐스코드전류미러가포함된집적회로
DE4329867C1 (de) * 1993-09-03 1994-09-15 Siemens Ag Stromspiegel
JP3593396B2 (ja) * 1995-11-17 2004-11-24 富士通株式会社 電流出力回路
US5867067A (en) * 1997-01-29 1999-02-02 Lucent Technologies Inc. Critically-biased MOS current mirror
JP3510100B2 (ja) * 1998-02-18 2004-03-22 富士通株式会社 カレントミラー回路および該カレントミラー回路を有する半導体集積回路
US6414552B1 (en) * 2001-11-16 2002-07-02 Dialog Semiconductor Gmbh Operational transconductance amplifier with a non-linear current mirror for improved slew rate
US20050062539A1 (en) * 2003-09-23 2005-03-24 Chunyan Wang Method and apparatus for current amplification
CN100359808C (zh) * 2004-04-21 2008-01-02 厦门优迅高速芯片有限公司 高速电流模式逻辑电路
US7639081B2 (en) * 2007-02-06 2009-12-29 Texas Instuments Incorporated Biasing scheme for low-voltage MOS cascode current mirrors
US20100327844A1 (en) * 2009-06-23 2010-12-30 Qualcomm Incorporated Current mirror, devices including same, and methods of operation thereof
JP2012004627A (ja) * 2010-06-14 2012-01-05 Toshiba Corp カレントミラー回路
JP6229369B2 (ja) * 2013-08-21 2017-11-15 三菱電機株式会社 電力増幅器
US10845839B1 (en) * 2019-09-13 2020-11-24 Analog Devices, Inc. Current mirror arrangements with double-base current circulators

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3887881A (en) * 1974-01-24 1975-06-03 American Micro Syst Low voltage CMOS amplifier
US3936725A (en) * 1974-08-15 1976-02-03 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Current mirrors
IT1099381B (it) * 1978-01-09 1985-09-18 Rca Corp Specchi di corrente a transistori mos, con scarichi allungati
US4264874A (en) * 1978-01-25 1981-04-28 Harris Corporation Low voltage CMOS amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59212009A (ja) 1984-11-30
JPH0616571B2 (ja) 1994-03-02
NL8401520A (nl) 1984-12-03
GB8411126D0 (en) 1984-06-06
CA1205878A (en) 1986-06-10
DE3416268A1 (de) 1984-11-15
GB2139839B (en) 1986-05-14
US4477782A (en) 1984-10-16
GB2139839A (en) 1984-11-14

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