專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高電流源鏡像電路匹配度的方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流源領(lǐng)域，尤其涉及一種提高電流源鏡像電路匹配度的方法和 電路。
背景技術(shù)：
圖1示出了在CM0S集成電路中電流源輸出的電流源鏡^(象電路。如圖l所示， 該電路由兩個(gè)共源-共柵的晶體管連接而成，基準(zhǔn)電流被鏡像到各個(gè)電流源輸出。 由于CMOS器件的匹配性能較差，因此輸出電流和輸入電流之間存在較大的失配。
在CMOS工藝中，電阻的匹配性能比CMOS器件的匹配性能優(yōu)越很多，因此用 電阻作匹配元件可以得到爭(zhēng)支好的電流匹配性能。圖2示出了采用電阻作匹配元件的 一種電路，該電路在大電流輸出情況下的輸出、輸入電流匹配性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于圖1 所示的電路。
在圖2所示的電路中，電阻R1連接運(yùn)算放大器21的同相輸入端，電阻R2連 接反相輸入端。M0S管22的源極連接電阻R2,兩者連接組成射極跟隨器。M0S管 22的柵極連接運(yùn)算放大器21的輸出端，漏極連接輸出電流源Iout。但是運(yùn)算放大 器21的失調(diào)電壓也會(huì)導(dǎo)致最后輸出、輸入電流的失配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供了一種提高電流源鏡像電路匹配度的 方法和電路，大大提高了輸出和輸入之間的電流匹配程度。
本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明描述了一種提高電流源鏡像電路匹配度的方法， 用于減小運(yùn)算放大器失調(diào)導(dǎo)致的輸出電流源的失配，包括
產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)；
于每個(gè)周期的第一階段，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)為1、第二時(shí)鐘信號(hào)為0時(shí)，運(yùn)算放 大器的同相輸入端連接第 一 匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第二匹配電
阻，運(yùn)算放大器的同相輸出端連接該輸出電流源；
于每個(gè)周期的第二階段，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)為0、第二時(shí)鐘信號(hào)為1時(shí)，運(yùn)算放
大器的同相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第一匹配電 阻，運(yùn)算放大器的反相輸出端連接該輸出電流源。
上述的提高電流源鏡像電路匹配度的方法，其中，該運(yùn)算放大器的兩輸入端 與該兩個(gè)匹配電阻的切換以及該運(yùn)算放大器的兩輸出端與該輸出電流源的切換均 通過(guò)該時(shí)鐘信號(hào)控制斬波開(kāi)關(guān)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。
另外，本發(fā)明還描述了一種提高電流源鏡像電路匹配度的電路，用于減小運(yùn)
算放大器失調(diào)導(dǎo)致的輸出電流源的失配，包括
一時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)； 一運(yùn)算放大器，具有同相輸入端、反相輸入端、同相輸出端和反相輸出端， 該運(yùn)算放大器包括
位于輸入端的第一晶體管放大器級(jí)； 位于輸出端的共源-共柵的第二晶體管放大器級(jí)； 兩匹配電阻，設(shè)置在該運(yùn)算放大器的輸入端和接地端之間，包括
第一匹配電阻，其第一端接地，第二端連接該運(yùn)算放大器的同相輸入端； 第二匹配電阻，其第一端接地，第二端連接該運(yùn)算^:大器的反相輸入端； 兩輸入端斬波開(kāi)關(guān)，設(shè)置在該運(yùn)算放大器的輸入端和該兩匹配電阻之間，包
括
第一輸入端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接第一匹配電阻，第二端連接該運(yùn)算 放大器的同相輸入端和反相輸入端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，該第一輸入端 斬波開(kāi)關(guān)在該兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)的控制下使該第一匹配電阻在該運(yùn)算放大器的 同相、反相輸入端之間作切換；
第二輸入端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接第二匹配電阻，第二端連接該運(yùn)算
放大器的同相輸入端和反相輸入端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，該第二輸入端 斬波開(kāi)關(guān)在該兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)的控制下使該第二匹配電阻在該運(yùn)算放大器的 同相、反相輸入端之間切換；
兩輸出端斬波開(kāi)關(guān)，在該兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)的控制下切換該同相輸出端和反 相輸出端的連接關(guān)系，包括第 一輸出端斬波開(kāi)關(guān)，其第 一端連接該第二晶體管放大器級(jí)共同的柵極， 第二端連接該運(yùn)算放大器的同相、反相輸出端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器；
第二輸出端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接該輸出電流源，第二端連接該運(yùn)算放
大器的同相、反相輸出端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。
上述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其中，所述電路還包括 一MOS管，設(shè)置在該第二輸出端斬波開(kāi)關(guān)與該輸出電流源之間，其源極與一
匹配電阻相連共同組成射極跟隨器，其漏極連接該輸出電流源，其柵極連接該第二
輸出端斬波開(kāi)關(guān)的第一端。
上述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其中，該第一晶體管放大器級(jí)由兩
個(gè)共源極的晶體管組成，該兩個(gè)晶體管的柵極分別作為該運(yùn)算放大器的同相輸入端
和反相輸入端。
上述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其中，該第二晶體管放大器級(jí)連接 在一電壓源和該第一晶體管放大器級(jí)之間，由共源-共柵的兩個(gè)晶體管組成，該兩 個(gè)晶體管的源極共同連接至該電壓源，漏極分別連接該第一晶體管放大器級(jí)的兩個(gè) 晶體管的漏極，并分別作為該運(yùn)算放大器的同相輸出端和反相輸出端。
上述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其中，所述輸入端斬波開(kāi)關(guān)和輸 出端斬波開(kāi)關(guān)均是雙刀雙擲開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，有如下的有益效果本發(fā)明通過(guò)周期性地切換運(yùn)算放 大器的兩個(gè)輸入端和兩個(gè)匹配電阻的連接關(guān)系，切換輸出端的連接關(guān)系，可以將運(yùn) 算放大器的失調(diào)電壓周期性的分別調(diào)配到兩個(gè)匹配電阻上，從單個(gè)周期內(nèi)看運(yùn)算放 大器的失調(diào)電壓沒(méi)有任何變化，但是從長(zhǎng)時(shí)間的平均效果看，運(yùn)算放大器的失調(diào)電 壓被平均分布在兩個(gè)匹配電阻上，兩個(gè)電阻上的電壓從長(zhǎng)時(shí)間看是一致的，輸出電 流和輸入電流的匹配度大大提高了 。


圖1是現(xiàn)有的電流源鏡像電路的原理圖。
圖2是現(xiàn)有的以電阻作為匹配元件的電流源鏡像電路的原理圖。
圖3是本發(fā)明的提高電流源鏡像電路匹配度方法的較佳實(shí)施例的流程圖。
圖4是本發(fā)明的非交疊時(shí)鐘信號(hào)的示意圖。 圖5是本發(fā)明的提高電流源鏡像電路匹配度的電路的較佳實(shí)施例的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖3示出了本發(fā)明提高電流源鏡像電路匹配度方法的流程。下面是對(duì)該流程 的詳纟田描述。
步驟S1:產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)。該時(shí)鐘信號(hào)如圖4所示， 信號(hào)PH1和PH2沒(méi)有同時(shí)為"1"的時(shí)刻，當(dāng)信號(hào)PH1的下降沿過(guò)后，信號(hào)PH2的 上升沿才到達(dá)，同樣當(dāng)信號(hào)PH2的下降沿過(guò)后，信號(hào)PH1的上升沿才到達(dá)。
步驟S2:于每個(gè)周期的第一階段，將失調(diào)電壓分配到第一匹配電阻上。當(dāng)信 號(hào)PH1為'T， 、 PH2為"0"時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第一匹配電阻，運(yùn) 算放大器的反相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn)算放大器的同相輸出端連接輸出電流 源用作輸出。
步驟S3:于每個(gè)周期的第二階段，將失調(diào)電壓分配到第二匹配電阻上。當(dāng)信 號(hào)PH1為"0" 、 PH2為'T，時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn) 算放大器的反相輸入端連接第一匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸出端連接輸出電流 源用作輸出。
上述步驟2和3中，運(yùn)算放大器的輸入端與匹配電阻的切換，運(yùn)算放大器的 輸出端和輸出電流源的切換均可以通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)控制斬波開(kāi)關(guān)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。
圖5示出了提高電流源鏡像電路匹配度的電路。請(qǐng)參見(jiàn)圖5,該電路包含5 部分電流匹配電阻51、運(yùn)算放大器52、運(yùn)放輸入端斬波開(kāi)關(guān)53A、 53B、運(yùn)放輸 出端斬波開(kāi)關(guān)54A、 54B、射極跟隨器55以及時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器(未圖示)。
時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)，圖4是該信號(hào)的一 種示例。
電流匹配電阻51由電阻Rl和R2組成，電阻Rl的一端連接輸入端斬波開(kāi)關(guān) Sl、 S2的一端于N1點(diǎn)，電阻R1的另一端連接地線(xiàn)。電阻R2的一端連接輸入端斬 波開(kāi)關(guān)S3、 S4的一端于N2點(diǎn)，電阻R2的另一端連接地線(xiàn)。
運(yùn)算放大器52包括位于輸入端的第一晶體管放大器級(jí)和位于輸出端的第二晶 體管放大器級(jí)。其中第一晶體管放大器級(jí)由M0S元件M1、 M2組成，M0S元件M1和
M2的源極和尾電流II相連于N3點(diǎn)，M0S元件Ml的柵極是運(yùn)算放大器52的同相輸 入端INP, M0S元件M2的柵極是運(yùn)算放大器52的反相輸入端I麗。第二晶體管放 大器級(jí)由M0S元件M3、 M4組成，M0S元件M3和M4的4冊(cè)才及相連于N4點(diǎn)，它們的源 極和電源vdd相連，M0S元件M3的漏極和Ml的漏極相連組成運(yùn)放的反相輸出端 0UTN， M0S元件M4的漏才及和M2的漏極相連組成運(yùn)放的同相輸出端0UTP。
運(yùn)放輸入端斬波開(kāi)關(guān)53A由雙刀雙擲的開(kāi)關(guān)Sl、 S2組成，運(yùn)放輸入端斬波開(kāi) 關(guān)5 3B由雙刀雙擲的開(kāi)關(guān)S3、 S4組成。開(kāi)關(guān)S1、 S2的一端和電阻R1的一端相連 于N1點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S3、 S4的一端和電阻R2的一端相連于N2點(diǎn)。開(kāi)關(guān)S1和S3的另一 端連接運(yùn)算放大器52的同相輸入端INP,開(kāi)關(guān)S2和S4的另一端連接運(yùn)算放大器 52的反相輸入端I麗。開(kāi)關(guān)Sl-S4的控制端連接時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，其中開(kāi)關(guān)Sl 和S4的控制端連接時(shí)鐘信號(hào)PH1，開(kāi)關(guān)S2和S3的控制端連接時(shí)鐘信號(hào)PH2。
運(yùn)放輸出端斬波開(kāi)關(guān)54A由雙刀雙擲的開(kāi)關(guān)S5、 S6組成，運(yùn)放輸入端斬波開(kāi) 關(guān)54B由雙刀雙擲的開(kāi)關(guān)S7、 S8組成。開(kāi)關(guān)S5和S6的一端連^J妄射極跟隨器的輸 入端N5,開(kāi)關(guān)S7和S8的一端連接M0S元件M3、 M4的共^^及于N4點(diǎn)。開(kāi)關(guān)S5和 S7的另一端連接運(yùn)算放大器52的反相輸出端0UTN,開(kāi)關(guān)S6和S8的另一端連接預(yù) 算放大器52的同相輸出端0UTP。開(kāi)關(guān)S5-S8的控制端連接時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，其 中開(kāi)關(guān)S5和S8的控制端連接時(shí)鐘信號(hào)PH2,開(kāi)關(guān)S6和S7的控制端連接時(shí)鐘信號(hào) PH1。
射才及《艮隨器55由M0S元件M5和電阻R2組成，M0S元件M5的源才及連接電阻 R2于N2點(diǎn)，漏極作為電流源的輸出，柵極作為射極跟隨器的輸入端N5。
上述的斬波開(kāi)關(guān)S1-S8，在控制信號(hào)為"1"時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，在控制信號(hào)為"0" 時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
下面描述該電路的工作過(guò)程。當(dāng)信號(hào)PH1為'T' 、 PH2為"0"時(shí)，在運(yùn)算放 大器52的輸入端，開(kāi)關(guān)S1和S4導(dǎo)通，S2和S3斷開(kāi)，此時(shí)電阻R1通過(guò)開(kāi)關(guān)S1 連接運(yùn)算放大器52的同相輸入端INP,電阻R2通過(guò)開(kāi)關(guān)S4連接運(yùn)算放大器52的 反相輸入端I麗。同時(shí)，在運(yùn)算放大器52的輸出端，開(kāi)關(guān)S7和S6導(dǎo)通，S5和S8 斷開(kāi)，此時(shí)M0S元件M3的漏極通過(guò)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)S7與M3、 M4的共柵極連接，M0S 元件M4的漏極通過(guò)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)S6與射極跟隨器55中M0S元件M5的柵極相連，用 于輸出。當(dāng)信號(hào)PH1為"0" 、 PH2為"1"時(shí)，在運(yùn)算放大器52的輸入端，開(kāi)關(guān)
S2和S3導(dǎo)通，Sl和S4斷開(kāi)，此時(shí)電阻Rl通過(guò)開(kāi)關(guān)S2連接運(yùn)算放大器52的反相 輸入端INN,電阻R2通過(guò)開(kāi)關(guān)S3連接運(yùn)算放大器52的同相輸入端INP。同時(shí)，在 運(yùn)算放大器52的輸出端，開(kāi)關(guān)S5和S8導(dǎo)通，S7和S6斷開(kāi)，此時(shí)M0S元件M4的 漏極通過(guò)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)S8與M0S元件M3、 M4的共4冊(cè)一及連4婁，M0S元件M3的漏極通 過(guò)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)S5與射極跟隨器55中M0S元件M5的柵極相連，用于輸出。
應(yīng)理解，本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于利用斬波開(kāi)關(guān)周期性切換輸入端和匹配電阻的 連接關(guān)系以及切換輸出端的連接關(guān)系，上述實(shí)施例只是用作示例說(shuō)明，運(yùn)算放大器 內(nèi)部的各器件的連接方式并不能限制本發(fā)明。
上述實(shí)施例是提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或 變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書(shū)提 到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1一種提高電流源鏡像電路匹配度的方法，用于減小運(yùn)算放大器失調(diào)導(dǎo)致的輸出電流源的失配，包括產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)；于每個(gè)周期的第一階段，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)為1、第二時(shí)鐘信號(hào)為0時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第一匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn)算放大器的同相輸出端連接該輸出電流源；于每個(gè)周期的第二階段，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)為0、第二時(shí)鐘信號(hào)為1時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第一匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸出端連接該輸出電流源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電流源鏡像電路匹配度的方法，其特征在于， 該運(yùn)算放大器的兩輸入端與該兩個(gè)匹配電阻的切換以及該運(yùn)算放大器的兩輸出端 與該輸出電流源的切換均通過(guò)該時(shí)鐘信號(hào)控制斬波開(kāi)關(guān)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。
3. —種提高電流源鏡像電路匹配度的電路，用于減小運(yùn)算放大器失調(diào)導(dǎo)致的輸出電流源的失配，包括一時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)； 一運(yùn)算放大器，具有同相輸入端、反相輸入端、同相輸出端和反相輸出端， 該運(yùn)算放大器包括位于輸入端的第一晶體管放大器級(jí)；位于輸出端的共源-共柵的第二晶體管放大器級(jí)； 兩匹配電阻，設(shè)置在該運(yùn)算放大器的輸入端和接地端之間，包括第一匹配電阻，其第一端接地，第二端連接該運(yùn)算放大器的同相輸入端；第二匹配電阻，其第一端接地，第二端連接該運(yùn)算放大器的反相輸入端； 兩輸入端斬波開(kāi)關(guān)，設(shè)置在該運(yùn)算放大器的輸入端和該兩匹配電阻之間，包括第一輸入端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接第一匹配電阻，第二端連接該運(yùn)算 放大器的同相輸入端和反相輸入端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，該第一輸入端 斬波開(kāi)關(guān)在該兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)的控制下使該第一匹配電阻在該運(yùn)算放大器的 同相、反相輸入端之間作切換；第二輸入端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接第二匹配電阻，第二端連接該運(yùn)算 放大器的同相輸入端和反相輸入端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，該第二輸入端 斬波開(kāi)關(guān)在該兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)的控制下使該第二匹配電阻在該運(yùn)算放大器的同相、反相專(zhuān)lr入端之間切:換；兩輸出端斬波開(kāi)關(guān)，在該兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)的控制下切換該同相輸出端和反相輸出端的連接關(guān)系，包括第一輸出端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接該第二晶體管放大器級(jí)共同的柵極， 第二端連接該運(yùn)算放大器的同相、反相輸出端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器；第二輸出端斬波開(kāi)關(guān)，其第一端連接該輸出電流源，第二端連接該運(yùn)算放 大器的同相、反相輸出端，第三端連接該時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其特征在于， 所述電路還包括一MOS管，設(shè)置在該第二輸出端斬波開(kāi)關(guān)與該輸出電流源之間，其源極與一 匹配電阻相連共同組成射極跟隨器，其漏極連接該輸出電流源，其柵極連接該第二 輸出端斬波開(kāi)關(guān)的第一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其特征在于， 該第一晶體管放大器級(jí)由兩個(gè)共源極的晶體管組成，該兩個(gè)晶體管的柵極分別作為該運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其特征在于， 該第二晶體管放大器級(jí)連接在一電壓源和該第一晶體管放大器級(jí)之間，由共源 - 共柵的兩個(gè)晶體管組成，該兩個(gè)晶體管的源極共同連接至該電壓源，漏極分別連接該 第一晶體管放大器級(jí)的兩個(gè)晶體管的漏極，并分別作為該運(yùn)算放大器的同相輸出端 和反相f敘出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高電流源鏡像電路匹配度的電路，其特征在于， 所述輸入端斬波開(kāi)關(guān)和輸出端斬波開(kāi)關(guān)均是雙刀雙擲開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高電流源鏡像電路匹配度的方法和電路，大大提高了輸出和輸入之間的電流匹配程度。其技術(shù)方案為該方法包括產(chǎn)生一對(duì)周期性的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)；于每個(gè)周期的第一階段，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)為1、第二時(shí)鐘信號(hào)為0時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第一匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn)算放大器的同相輸出端連接該輸出電流源；于每個(gè)周期的第二階段，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)為0、第二時(shí)鐘信號(hào)為1時(shí)，運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第二匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第一匹配電阻，運(yùn)算放大器的反相輸出端連接該輸出電流源。本發(fā)明應(yīng)用于電流源領(lǐng)域，尤其適用于需要提供多路大電流低失配電流源的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05F3/08GK101169672SQ20061011751
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者晨 劉, 劉家洲, 朱為民, 磊 王, 寧 肖, 胡如波, 鄧素華 申請(qǐng)人:華潤(rùn)矽威科技(上海)有限公司