專利名稱：受電壓控制的可變電流基準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明以電流源為目標(biāo)，特別是以壓控可變電流基準(zhǔn)電路為目標(biāo)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中典型的電流源是所述的電流鏡，其中，基準(zhǔn)電流被迫使流經(jīng)二極管連接的雙極或MOS晶體管，然后，在所述晶體管的基-射或柵-源兩端引起的電壓被提供給類似結(jié)構(gòu)的第二晶體管的基-射或柵-源兩端。這又產(chǎn)生經(jīng)過與流經(jīng)第一晶體管的電流相關(guān)的第二晶體管的電流。通常，當(dāng)所述電流鏡的電源從全電壓向零伏特變化時，從所述電流鏡流出的電流的幅值減小。這種典型的電流鏡示于

圖1A，其中電流的變化是圖1B所述電源的函數(shù)。
在某些應(yīng)用中，希望能夠提供不考慮電源電壓變化的、能夠提供穩(wěn)定電流的電流源。在另一些應(yīng)用中，希望所述電流源具有能夠以預(yù)定方式進行控制以使其成為電源電壓變化的函數(shù)的輸出電流。另外，在某些時候還希望具有一個電流源，其中，輸出電流能夠作為被施加給所述電流源的基準(zhǔn)電壓的函數(shù)增加或減少。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種能夠在寬電源電壓范圍內(nèi)運行并能夠作為電源電壓或用戶所提供的基準(zhǔn)電壓的函數(shù)增加或減少的穩(wěn)定的電流源。根據(jù)本發(fā)明，提供了一個電流源，該電流源從電源電壓接受能量并包括能夠提供預(yù)定量電流的電流源。第一半導(dǎo)體器件被耦合以接收來自所述電流源的電流并提供相對于從所述電流源接收的電流幅值具有選定關(guān)系的輸出電壓。多個可控電流路徑被連接以接收從所述電流源輸出的電流，和當(dāng)被激活時所述多個可控電流路徑中的每一個被構(gòu)造得能夠容納所選擇的電流量。一個電壓讀出電路被耦合以接收一個控制電壓，并作為所述控制電壓幅值變化的函數(shù)激活所述多個可控電流路徑中的一部分。第二半導(dǎo)體器件被耦合以接收從第一半導(dǎo)體器件輸出的電壓并提供相對于從所述第一器件接收的輸出電壓的幅值具有選定關(guān)系的輸出電流。利用這種方式，當(dāng)不同數(shù)量的可控電流路徑被所述電壓讀出電路激活時，從第一半導(dǎo)體器件流出更多或更少的電流，借此以影響流入第一半導(dǎo)體器件的電流量。這導(dǎo)致由第一半導(dǎo)體器件形成的，并提供給第二半導(dǎo)體器件的輸出電壓的變化。接著，由第二半導(dǎo)體器件提供的輸出電流將作為從第一器件接收的輸出電壓變化的函數(shù)而變化。
在本發(fā)明的各個實施例中，所述電壓讀出電路能夠被耦合到電源上，或者被耦合到用戶提供的基準(zhǔn)電壓上。另外，可以使用兩個電壓讀出電路，其中的一個被耦合到所述電源上，而另一個被耦合以接收來自用戶的控制或基準(zhǔn)電壓。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種電流源，該電流源提供可由所選擇電壓源控制的輸出電流。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種壓控可變電流源，其中，輸出電流的幅值是通過改變所施加的控制電壓的幅值控制的。
通過結(jié)合附圖的下面詳細描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特性和優(yōu)點將更加容易理解。
附圖簡述圖1A簡要地示出了傳統(tǒng)的電流鏡。
圖1B示出了由圖1A所示電流鏡提供的作為電源電壓函數(shù)的電流變化曲線。
圖2示出了本發(fā)明一個實施例的高級功能方框圖。
圖3簡要地示出了本發(fā)明的一個實施例，在這個實施例中，輸出電流是作為所述電源電壓的函數(shù)被控制的。
圖4簡要地示出了本發(fā)明的另一個實施例，在這個實施例中，輸出電流是作為電源電壓以及一個基準(zhǔn)電壓的函數(shù)被控制的。
圖5示出了作為根據(jù)本發(fā)明能夠獲得的電源電壓函數(shù)的不同輸出電流變化的簡化曲線。
圖6示出了本發(fā)明的又一個實施例，在這個實施例中，輸出電流受到控制以隨電源電壓的增加而增加。
詳細描述參看圖2，從概念上描述本發(fā)明。通常，本發(fā)明包括一個輸出裝置12，用于在輸出端14處提供作為施加給控制端16的控制電壓的函數(shù)的輸出電流。在本發(fā)明的一個最佳實施例中，所述的輸出裝置12是一個MOS晶體管。
用于向輸出裝置12提供控制電壓的控制電路18是由電源電壓Vsupply供能的，并能夠由一個基準(zhǔn)電壓Vref控制。根據(jù)本發(fā)明，隨著Vsupply和Vref的變化，由控制電路18提供的控制電壓Vcontrol以一種預(yù)定方式變化。
現(xiàn)在參看圖3，將對控制電路18的一個實施例做詳細的描述。在圖3所示的實施例中，控制電路18包括一個傳統(tǒng)的電流鏡20，該電流鏡20向二極管連接的晶體管22提供電流。連接到二極管連接的晶體管22上的是一組可控電流路徑24。這些可控電流路徑中的每一個都是由從電壓讀出電路26提供的電壓控制的。
在圖3中，來自電流鏡20的電流im流入二極管連接的晶體管22。這在線16上引入了一個電壓，該電壓被提供給晶體管12的控制柵以對流經(jīng)晶體管12的輸出電流iout進行控制。當(dāng)被激活時，一組可選擇的電流路徑24從電流鏡20中汲取電流并使其流出二極管連接的晶體管22。這減小了線16上的電壓電平，接下來又減小了提供給晶體管12的控制電壓，并因此減小了輸出電流iout。
在所述組電流路徑24中所述電流路徑中的每一個都是由來自電壓讀出電路26的一個電壓控制的。具體地說，電壓讀出電路26是由多個二極管連接的晶體管構(gòu)成的梯形結(jié)構(gòu)形成的。應(yīng)當(dāng)說明，可控電流路徑30中的每一個被連接到所述梯形結(jié)構(gòu)的不同節(jié)點上，從而這些路徑中的每一個將根據(jù)在所述梯形結(jié)構(gòu)頂點處提供的電源電壓的幅值被激活。例如，當(dāng)Vsupply是高于地電平的3閾值VT時，由節(jié)點32處的電壓控制的所述可控電流路徑將被激活。接下來，當(dāng)Vsupply是高于地電平的4閾值電壓時，由電壓讀出電路26的節(jié)點34控制的可控電流路徑30將被激活。應(yīng)當(dāng)理解，通過將所述可控電流路徑連接到電壓讀出電路26梯形結(jié)構(gòu)中的不同點上，從二極管連接的晶體管22中流出的電流量可以被控制成電源電壓Vsupply幅值的函數(shù)。還應(yīng)當(dāng)理解，可以將在電壓讀出電路26中的二極管連接的晶體管的閾值電壓形成為與在可控路徑30中晶體管閾值電壓不同的值(例如，通過改變所述晶體管的物理尺寸)，從而可以獲得控制中的其它變化。
現(xiàn)在討論可控電流路徑30的一組24，可控電流路徑30的每一個最好都被構(gòu)造成一對串聯(lián)連接的晶體管，這些晶體管中的每對晶體管與二極管連接的晶體管22并聯(lián)。所述一對晶體管中的一個晶體管的漏極連接到所述二極管連接的晶體管22的漏極上，它的柵極連接到所述二極管連接的晶體管22的柵極上。第二晶體管的漏極連接到第一晶體管的源極，其源極接地，其控制柵用于接收來自電壓讀出電路26的相應(yīng)控制電壓。
應(yīng)當(dāng)理解，第一晶體管36的尺寸可以被設(shè)置成能夠從電流鏡20吸收作為在晶體管22兩端引入的柵-源電壓函數(shù)的預(yù)定數(shù)量的電流。例如，對于在二極管連接的晶體管22兩端一個給定的柵-源電壓來講，對于在二極管連接的晶體管22兩端提供的相同的柵-源電壓，晶體管36的尺寸可以被設(shè)置成從流經(jīng)晶體管22的電流中汲取其1/10的電流。
由此，很明顯，在這種條件下，如果在一組可控電流路徑24中提供有10個可控電流路徑，所有這些路徑的激活將從電流鏡20中吸取相當(dāng)數(shù)量的電流和從二極管連接的晶體管22中流出相同的電流，借此使得線16上的電壓Vcontrol被顯著減少。接下來，可以看到當(dāng)Vsupply下降時，將有更少的可控電流路徑被激活，借此，增加了允許從電流鏡20流向二極管連接的晶體管22的電流量，從而升高了線16處的電壓幅值和增加了流經(jīng)晶體管12的電流。在這種方式下，減小電源電壓將導(dǎo)致流經(jīng)晶體管12的輸出電流的增加。相反，當(dāng)Vsupply增加時，減少的電流量被允許流經(jīng)二極管連接的晶體管22，借此使得被減小的電壓幅值出現(xiàn)在線16處。然后，由晶體管12提供的輸出電流的幅值隨著電源電壓的增加而減小。
現(xiàn)在參看圖4，除了第二組可控電流路徑40和第二電壓讀出電路42已經(jīng)被加上以外，該圖所示的電路與圖3所示的電路類似。電壓讀出電路42的構(gòu)成類似于電壓讀出電路36，但是被耦合到能夠被用戶提供的基準(zhǔn)電壓上。另外，應(yīng)當(dāng)說明，與電壓讀出電路26比較，控制電壓取自電壓讀出電路42的不同節(jié)點。這意味著將需要電壓Vref的不同幅值來激活第二組可控電流路徑40中的不同路徑。
根據(jù)圖3和圖4，很明顯，利用適當(dāng)尺寸的晶體管和可控電流路徑30和選擇電壓讀出電路26中獲得控制電壓的節(jié)點，允許流入二極管連接的晶體管22的電流量可以被如所希望的加以控制。例如，可以規(guī)定可控電流路徑30中晶體管的尺寸并從電壓讀出電路26選擇控制電壓，從而提供一個輸出電流，當(dāng)所述電源電壓的電平變化時，該輸出電流的變化不明顯。具體地說，當(dāng)電源電壓的幅值減少時，可控電流路徑將被控制汲取較少的電流，可以選擇這種減少發(fā)生的速率，以彌補電流鏡20隨電源電壓的減少而減少電流im幅值的速率。利用這種方式，即使是在電源電壓減少的情況下，流經(jīng)二極管連接的晶體管22的電流也能夠大致保持相同。
在希望輸出電流實際上隨電源電壓減少而增加的情況下，可以選擇可控電流路徑24中的晶體管(和來自電壓讀出電路26的控制電壓點)，以便使被允許流入二極管連接的晶體管22的電流量在低電源電壓處高于在較高電源電壓處。參看圖5，后者這個狀態(tài)由曲線44表示。類似的，流入二極管連接的晶體管22的電流在整個電源變化期間保持恒定的情況示于圖5的曲線46。
現(xiàn)在參看圖6，該圖示出了本發(fā)明的一個實施例，在該實施例中，輸出電流iout隨著電源電壓的增加而增加。圖3和4相對于圖6的區(qū)別在于在前者的可控電流路徑中，晶體管36和38是N-溝道晶體管。相反，在圖6中，晶體管36是N-溝道晶體管，而N-溝道晶體管38被P-溝道晶體管48所取代。
當(dāng)Vsupply是低時，所有的可控電流路徑被接通，而當(dāng)Vsupply的幅值增加時，所述可控電流路徑被關(guān)閉。在這種方式下，被允許流入二極管連接的晶體管22的電流隨著電源電壓的增加而增加。圖6的輸出電流與電源電壓的關(guān)系如圖5中的曲線50所示。
應(yīng)當(dāng)理解，在上述附圖已經(jīng)示出了某些實施例的同時，還可以構(gòu)成在本發(fā)明精神之內(nèi)的許多其它變化。在已經(jīng)給出的例子是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的同時，還可以使用雙極型晶體管和其它的器件。
這里所使用的術(shù)語和表示僅僅被用做用于描述的術(shù)語而不作為限制，在這些術(shù)語和表示的使用過程中，沒有試圖排除所示特性和描述、或其部分的等效物，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)各種修改都是可能的。
權(quán)利要求
1．一種用于提供輸出電流并從電源獲得能量的電流源，包括一個輸出裝置，用于在第一和第二輸出端之間提供電流并具有一個控制端，其中，在第一和第二輸出端之間流動的輸出電流的幅值被作為被施加給所述控制端的一個電壓的函數(shù)進行控制；耦合到所述電源上并向所述輸出裝置的控制端提供一個控制電壓的控制電路，所述控制電壓以預(yù)定方式作為電源幅值函數(shù)而變化，其中，所述控制電路包括一個半導(dǎo)體器件，用于產(chǎn)生作為流過它的一個電流幅值的函數(shù)的電壓；和多個電流路徑，這些路徑可作為一個基準(zhǔn)電壓幅值的函數(shù)被激活并修改流經(jīng)所述半導(dǎo)體器件的電流幅值。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征是所述輸出裝置是一個場效應(yīng)晶體管。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征是所述控制電路包括具有其輸出被耦合到所述輸出裝置控制端上的一個電流的源，其中，所述電流的源提供預(yù)定數(shù)量的電流，所述第一半導(dǎo)體器件被耦合以從所述電流的源的輸出中接收電流并能夠在所述電流的源的輸出端處產(chǎn)生一個相對于從所述電流的源接收的電流的幅值具有選擇關(guān)系的電壓；其中，所述多個電流路徑中的每一個被連接以從所述電流的源的輸出中接收電流，當(dāng)被激活時，其中的每一個都被構(gòu)造得可以容納所選擇數(shù)量的電流；還包括耦合到所述電源并激活部分所述可控電流路徑作為電源幅值變化函數(shù)的一個電壓讀出電路。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征是所述電流的源是一個電流鏡。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征是所述多個可控電流路徑中的每一個包括多個場效應(yīng)晶體管。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流源，其特征是所述多個可控電流路徑包括一個二極管連接的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；與所述二極管連接的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串聯(lián)連接并具有被耦合以便被所述控制電路控制的一個控制柵的第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源，其特征是所述電壓讀出電路包括多個串聯(lián)連接成梯形且該梯形的一端被耦合到所述電源上的二極管連接的場效應(yīng)晶體管；和其中，一些所述二極管連接的場效應(yīng)晶體管之間的節(jié)點提供用于控制所述多個可控電流路徑的控制電壓。
8．一種從電源供能的電流源，包括；用于提供預(yù)定數(shù)量電流的電流的源；被耦合以接收來自所述電流的源的電流和提供相對于從所述電流的源接收的電流的幅值具有被選擇關(guān)系的第一半導(dǎo)體器件；被連接以從所述電流的源的輸出中接收電流的多個可控電流路徑，所述多個可控電流路徑中的每一個被構(gòu)造得被激活時能夠容納所選擇數(shù)量的電流；被耦合以接收一個控制電壓和作為所述控制電壓幅值變化的函數(shù)激活部分所述可控電流路徑的電壓讀出電路；和被耦合以接收來自所述第一器件的輸出電壓和提供相對于從所述第一器件接收的輸出電壓幅值具有被選擇關(guān)系的輸出電流的第二半導(dǎo)體器件。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流源，其特征是所述第一和第二半導(dǎo)體器件是場效應(yīng)晶體管，和其中，所述第一半導(dǎo)體器件為二極管連接的結(jié)構(gòu)。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流源，其特征是所述電流的源是一個電流鏡。
11．根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流源，其特征是所述多個可控電流路徑中的每一個包括多個場效應(yīng)晶體管。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的電流源，其特征是所述多個可控電流路徑包括一個二極管連接的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；與所述二極管連接的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串聯(lián)并具有被耦合以便被所述控制電路控制的控制柵的第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
13．根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流源，其特征是所述電壓讀出電路包括多個串聯(lián)連接成一個梯形、且該梯形的一端被耦合到所述電源上的二極管連接的場效應(yīng)晶體管；和其中，一些所述二極管連接的場效應(yīng)晶體管之間的節(jié)點提供用于控制所述多個可控電流路徑的控制電壓。
14．一種用于提供輸出電流和從電源供能的電流源，包括用于在第一和第二輸出端之間提供輸出電流并具有一個控制端的輸出裝置，其中，在所述第一和第二輸出端之間流動的輸出電流的幅值被控制為施加給所述控制端的一個電壓的函數(shù)；具有耦合到所述輸出裝置的控制端的輸出端的電流的源，其中，所述電流的源提供預(yù)定量的電流；被耦合以接收來自所述電流的源的輸出電流并在所述電流的源的輸出端產(chǎn)生一個其幅值相對于從所述電流的源接收的電流幅值具有所選擇關(guān)系的電壓的第一半導(dǎo)體器件；被連接以從所述電流的源的輸出端接收電流的多個可控電流路徑，所述多個可控電流路徑中的每一個被構(gòu)造得當(dāng)被激活時能夠容納所選擇量的電流；耦合到所述電源并做為電源幅值變化函數(shù)激活部分所述可控電流路徑、從而使在所述電流的源的輸出端處的電壓電平控制流經(jīng)所述輸出裝置的輸出電流的一個電壓讀出電路。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流源，其特征是所述電流的源是一個電流鏡。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流源，其特征是所述多個可控電流路徑的每一個路徑包括多個場效應(yīng)晶體管。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的電流源，其特征是所述多個可控電流路徑包括一個二極管連接的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；和所述二極管連接的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串聯(lián)并具有被耦合以便由所述控制電路控制的一個控制柵的第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
18．根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流源，其特征是所述電壓讀出電路包括多個串聯(lián)連接成一個梯形的二極管連接的場效應(yīng)晶體管，該梯形的一端被耦合到所述電源上；和其中，在一些二極管連接的場效應(yīng)晶體管之間的節(jié)點提供用于控制所述多個可控電流路徑的的控制電壓。
全文摘要
披露了一種提供受電壓控制的可變電流基準(zhǔn)的電流源,該電流源使用傳統(tǒng)的電流鏡(20)向一個二極管連接的晶體管(22)和多個可控電流路徑(30)提供電流(I
文檔編號G05F1/00GK1231780SQ97198322
公開日1999年10月13日 申請日期1997年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月31日
發(fā)明者L·李, S·奧薩雷 申請人:羅姆美國有限公司