專利名稱：電流鏡像電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種電流鏡像電路，其包括一電流輸入端、一電流輸出端和一公共端、一布置在所述電流輸入端和所述公共端之間的第一可控半導(dǎo)體元件、一布置在所述電流輸出端和所述公共端之間的第二可控半導(dǎo)體元件，所述可控半導(dǎo)體元件具有內(nèi)連接控制電極，其也連接到一個偏壓電壓源，用于把所述控制電極偏壓到一個參考電壓，所述電路還包括一互導(dǎo)級，其具有一連接到所述電流輸入端的輸入和一連接到所述公共端的輸出。
背景技術(shù)：
從WO00/31604中可得知這種電流鏡像電路。在公知的電路中，互導(dǎo)級產(chǎn)生電流，其分開流經(jīng)第一和第二半導(dǎo)體元件，由此輸入電壓保持接近參考電壓。于是可以理解輸入阻抗明顯減小，由此得到大帶寬。然而，在公知的電路中，輸入阻抗相對強(qiáng)烈地依賴于第一和第二可控半導(dǎo)體元件的電流放大系數(shù)，它又依賴于輸入電流。由于輸入電流源通常具有有限阻抗，這帶來鏡像電路帶寬依賴于輸入電流的問題。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的目的是提供根據(jù)開頭段落中的一種電流鏡像電路，其中減少帶寬對輸入電流的依賴性。根據(jù)本發(fā)明所述電流鏡像電路的特征在于所述控制電極經(jīng)由一第三可控半導(dǎo)體元件連接到所述公共端，并且偏壓電壓源經(jīng)由所述第三可控半導(dǎo)體元件的一控制電極連接到所述第一和第二可控半導(dǎo)體元件的控制電極。在低輸入電流下，所述第一和第二可控半導(dǎo)體元件的電流放大系數(shù)強(qiáng)烈減少。這具有以下影響，即相對大的電流流經(jīng)這些半導(dǎo)體元件的控制電極。在本發(fā)明的電流鏡像電路中，經(jīng)由控制電極到公共端的電流經(jīng)由第三可控半導(dǎo)體元件流回，由此該影響得到補(bǔ)償。因此輸入阻抗和及其帶寬較少依賴于輸入電流。
在優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)連接控制電極還連接到電流源。這個電流源同時可以用于偏壓第三半導(dǎo)體元件和偏壓該互導(dǎo)級的一個組件。
另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于所述第一和第二半導(dǎo)體元件具有1∶P的面積比。在這種方式中電路運(yùn)行為電流放大器。
另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于所述第一和第二半導(dǎo)體元件由第一和第二電容阻抗來橋接，其電容值比率為1∶P。這種措施還提高了帶寬。由互導(dǎo)級產(chǎn)生的高頻組份以由它們電容值比確定的比率分開流經(jīng)第一和第二電容阻抗。由于電容值比與可控半導(dǎo)體元件面積比相一致，在大頻率范圍內(nèi)得到平坦的放大頻率特性。
本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例的特征在于所述內(nèi)連接控制電極經(jīng)由一第三電容阻抗和一第四可控半導(dǎo)體元件進(jìn)一步連接到參考電壓，和所述第四可控半導(dǎo)體元件的一控制電極連接到所述公共端。在本發(fā)明電路中，所述公共端表示相對大的電壓變化。這些可以導(dǎo)致經(jīng)由寄生電容的損耗。由第三電容元件和第四可控半導(dǎo)體元件構(gòu)成的輔助電路實(shí)現(xiàn)以下，即這些損耗得到補(bǔ)償，因此帶寬還得到進(jìn)一步提高。
根據(jù)本發(fā)明的集成電路包含至少一根據(jù)本發(fā)明的所述電流鏡像電路和具有一連接到它的電流輸入端的輸出的一光電二極管。所述集成光電二極管與分立的光電二極管相比具有相對小的電容，這也有利于所述帶寬。
在附件“High-Bandwidth Low-Capacitance Integrated Photo Diodes forOptical Storage”中更詳細(xì)描述這種集成電路。
附圖的簡要說明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述

圖1圖解地表示包含光電二極管A，…，F(xiàn)的集成電路，光電二極管A，…，D連接到電流前置放大器1A，…，1D并且光電二極管F和G分別連接到互阻抗放大器3F和3G。電流前置放大器1A，…，1D每個具有一第一輸出，其連接到各自的互阻抗放大器2A，…，2D。電流前置放大器1A，…，1D每個具有一第二輸出。后者內(nèi)連接并連接到另一個互阻抗放大器的輸入。
在圖2中更詳細(xì)地表示一個所述電流前置放大器。所述電流放大器包含級連的電流反射鏡14、18、22和26來放大二極管A提供的信號。所述電流放大器包含電流鏡像電路14，其包括一連接到光電二極管A的電流輸入端14A、一電流輸出端14B和一公共端14C。互導(dǎo)級12具有一連接到所述電流輸入端14A的輸入12A和一連接到公共端14C的輸出12B。所述互導(dǎo)級具有連接到參考電壓源10的另一輸入12C。同樣電流鏡像電路18和22連接到互導(dǎo)級16和20。所述電流鏡像電路也連接到互導(dǎo)級24，但是在這種情況下，互導(dǎo)級24的輸出連接到可控半導(dǎo)體元件26A、26B的相互內(nèi)連接控制電極上，其構(gòu)成該電流鏡像電路的一部分。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明電流鏡像級14的實(shí)施例。所述電流鏡像電路包括電流輸入端14A、電流輸出端14B和公共端14C。所述輸入端14A連接到光電二極管A，這里其以信號電流源Sph和寄生電容Cph形式來表示。所述輸出端14B連接到負(fù)載Zi2。第一可控半導(dǎo)體元件T1布置在電流輸入端14A和公共端14C之間。第二可控半導(dǎo)體元件T2布置在電流輸出端14B和公共端14C之間。在這種情況下所述半導(dǎo)體元件T1、T2經(jīng)由衰減電阻R2、R3連接到公共端。所述可控半導(dǎo)體元件T1、T2具有內(nèi)連接控制電極T1A、T2A，其也連接到偏壓電壓源VBIAS，用于把所述控制電極偏壓到參考電壓。
所述電路還包括互導(dǎo)級12，其具有一連接到電流輸入端14A的輸入12A和一連接到公共端14C的輸出12B。
本發(fā)明電路的特征在于所述內(nèi)連接控制電極T1A、T2A經(jīng)由第三可控半導(dǎo)體元件T3連接到公共端，并且偏壓電壓源VBIAS經(jīng)由第三可控半導(dǎo)體元件T3的控制電極T3A連接到這些控制電極T1A、T2A。所述內(nèi)連接控制電極T1A、T2A還連接到電流源SI。
在所示實(shí)施例中，所述互導(dǎo)級12包含一個第五可控半導(dǎo)體元件T5，其布置在它的輸出12B和接地GND之間。所述第五可控半導(dǎo)體元件T5具有一個控制電極，其連接到另一個可控半導(dǎo)體元件M0和電阻阻抗R1串聯(lián)電路的公共節(jié)點(diǎn)12D上。所述電流源SI偏壓所述第三和第五可控半導(dǎo)體元件T3和T5。
圖3中所示電路運(yùn)行如下。如果所述光電二極管提供電流Iph給電流反射鏡輸入端14A，所述互導(dǎo)級12將從電流反射鏡公共端14C收回電流Ic，由此經(jīng)由輸入端14A的電流Ii1等于光電二極管A提供的電流Iph。由T1和T2構(gòu)成的電流反射鏡的運(yùn)行具有以下效果，即電流Io1由所述第二可控半導(dǎo)體元件T2來提供。所述電流比為Io1∶Ii1＝P，P是所述可控半導(dǎo)體元件T1，T2的面積比。同時所述可控半導(dǎo)體元件T1，T2的控制電極T1A，T2A分別傳導(dǎo)電流Ib1，Ib2，由此Ii1＝αIb1和Io1＝αIb2。由于所述第三可控半導(dǎo)體元件T3由電流源來偏壓，將基本上從公共端12B經(jīng)由半導(dǎo)體元件T3的主電流通道傳導(dǎo)信號電流Ib1+Ib2。因此這些信號電流Ib1，Ib2基本上不能對互導(dǎo)級12收回的電流Ic起作用。因此電流Ic是Ii1(1+P)。如果互導(dǎo)級具有放大系數(shù)gm，然后輸入阻抗總計為(1+P)/gm其不依賴于所述可控半導(dǎo)體元件T1，T2的電流放大系數(shù)。
在其不包括本發(fā)明中的可控半導(dǎo)體元件T3的公知的電路中，輸入電阻總計為(1+P)(1+1/α)gm因此在公知的電路中所述輸入阻抗依賴于可控半導(dǎo)體元件的放大系數(shù)α。又依賴于這些元件傳導(dǎo)的電流。在低輸入電流下，放大系數(shù)α減小，因此輸入阻抗增加。這導(dǎo)致在較高頻率下信號損耗增加。在本發(fā)明電路中，這個現(xiàn)象已經(jīng)基本上消除。
圖4表示本發(fā)明電流反射鏡的第二實(shí)施例。在圖4中具有相同標(biāo)記的元件是相同的。這個實(shí)施例的特征在于第一和第二半導(dǎo)體元件T1，T2由第一和第二電容阻抗C1，C2來橋接，其電容值比率為1∶P。所述第一和第二電容阻抗C1，C2將分別傳導(dǎo)信號電流Ic1和Ic2，其比率為Ic2/Ic1＝P。因此所述電容阻抗C1，C2以與可控半導(dǎo)體元件相同的比作用于流經(jīng)輸入和輸出端14A，14B的電流。由于所述電流反射鏡輸入信號的頻率增加和可控半導(dǎo)體元件T1，T2的放大系數(shù)減小，所述電容阻抗C1，C2逐漸地取代半導(dǎo)體元件T1，T2的功能。
圖5表示本發(fā)明電流反射鏡的第三施例。具有與圖4相同標(biāo)記號的圖5的部件是相同的。所示實(shí)施例的特征在于所述內(nèi)連接控制電極T1A，T2A經(jīng)由第三電容阻抗C3和第四可控半導(dǎo)體元件T4進(jìn)一步連接到參考電壓GND。所述第四可控半導(dǎo)體元件T4的控制電極T4A連接到公共端14C。
如圖5所圖解的，可以由寄生阻抗Cp產(chǎn)生損耗Ip。然而，由于在本發(fā)明這個實(shí)施例中，所述寄生電容Cp、所述偏壓電壓源、T3的基極—射極轉(zhuǎn)換、電容阻抗C和T4的射極—基極轉(zhuǎn)換構(gòu)成閉環(huán)回路，電壓總和應(yīng)該是0。由此斷定只要選擇所述電容C3等于寄生電容Cp，寄生電流Ip完全得到補(bǔ)償。
圖6圖解地表示再現(xiàn)光學(xué)記錄載體30的裝置。所述裝置包含讀取頭40，其包括輻射光源41用于產(chǎn)生輻射光束42。所述讀取頭還包含光學(xué)系統(tǒng)43，其用于與記錄載體30交互作用后把光束導(dǎo)向到一個或更多光電二極管。所述讀取頭40也包含具有各自放大器的信號處理電路，所述放大器包含本發(fā)明的電流鏡像電路，例如根據(jù)圖3、4和5中所示的一個實(shí)施例。每個電流鏡像電路具有連接到一個光電二極管的輸入。在所示實(shí)施例中所述光電二極管和放大器一起集成在圖1中圖解表示的IC45中。所述信號處理電路的信號輸出連接到信道譯碼電路和/或誤差校正電路50，用于從信號處理電路提供的信號Sout中重建信息流Sinfo。所述裝置裝備有設(shè)備61，62，其用于提供讀取頭40和記錄載體30之間的相對運(yùn)動。在所示實(shí)施例中，設(shè)備61旋轉(zhuǎn)記錄載體而設(shè)備62提供讀取頭的徑向移動。另外設(shè)備61，62例如可以是直線馬達(dá)，用于在互相垂直的方向上分別移動讀取頭40和記錄載體。
注意，本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于這里描述的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中主要示出雙極晶體管。然而，可以代替雙極晶體管使用單極或MOSFET晶體管。在這種情況下，單極晶體管的柵極、源極和漏極分別代替雙極晶體管的基極、射極和集電極。通過在公共端14C和附加輸出端14B之間提供多個同樣的晶體管T2，多個輸出是可能的。本發(fā)明保護(hù)范圍也不受權(quán)利要求中的標(biāo)記號限制。詞‘包含’不排除權(quán)利要求中所提到的部件之外的其它部件。元件前的詞‘一’不排除多個這種部件。構(gòu)成本發(fā)明部分的設(shè)備可以以專用硬件形式或以可編程通用處理器的形式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明在于每個新特征或特征組合。
權(quán)利要求
1.一種電流鏡像電路，其包括一電流輸入端、一電流輸出端和一公共端、一布置在所述電流輸入端和所述公共端之間的第一可控半導(dǎo)體元件、一布置在所述電流輸出端和所述公共端之間的第二可控半導(dǎo)體元件，所述可控半導(dǎo)體元件具有內(nèi)連接控制電極，其也連接到偏壓電壓源，用于把所述控制電極偏壓到參考電壓，所述電路還包括一互導(dǎo)級，其具有一連接到所述電流輸入端的輸入和一連接到所述公共端的輸出，其特征在于所述控制電極經(jīng)由一第三可控半導(dǎo)體元件連接到所述公共端，并且偏壓電壓源經(jīng)由所述第三可控半導(dǎo)體元件的一控制電極連接到所述第一和第二可控半導(dǎo)體元件的控制電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流鏡像電路，其特征在于所述內(nèi)連接控制電極還連接到一電流源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流鏡像電路，其特征在于所述第一和第二可控半導(dǎo)體元件具有1∶P的面積比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流鏡像電路，其特征在于所述第一和第二、半導(dǎo)體元件由第一和第二電容阻抗來橋接，其電容值比率為1∶P。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流鏡像電路，其特征在于所述內(nèi)連接控制電極經(jīng)由一第三電容阻抗和一第四可控半導(dǎo)體元件進(jìn)一步連接到參考電壓，并且所述第四可控半導(dǎo)體元件的一控制電極連接到所述公共端。
6.一種集成電路，其包含至少一根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一個所述的電流鏡像電路和具有一連接到它的電流輸入端的輸出的一光電二極管。
7.用于再現(xiàn)光學(xué)記錄載體的裝置，包含一讀取頭，其包括產(chǎn)生光束的光源；一光學(xué)系統(tǒng)，其用于將與所述記錄載體交互作用后相應(yīng)所述光束導(dǎo)向到一個或更多光電二極管；相應(yīng)的放大器，其包含根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一個所述的電流鏡像電路，每個具有一連接到一個光電二極管的輸入；一信道譯碼電路和/或誤差校正電路，其用于從放大器提供的信號中重建信息流；用于提供所述讀取頭和記錄載體之間相對移動的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明描述一種電流鏡像電路,其包括一電流輸入端(14A)、一電流輸出端(14B)和一公共端(14C)、一布置在所述電流輸入端(14A)和公共端(14C)之間的第一可控半導(dǎo)體元件(T1)、一布置在所述電流輸出端(14B)和公共端(14C)之間的第二可控半導(dǎo)體元件(T2),所述可控半導(dǎo)體元件(T1,T2)具有內(nèi)連接控制電極(T1A,T2A),其也連接到偏壓電壓源(VBIAS),用于把所述控制電極偏壓到參考電壓,所述電路還包括一互導(dǎo)級(12),其具有一連接到所述電流輸入端(14A)的輸入(12A)和一連接到所述公共端(14C)的輸出(12B),所述控制電極(T1A,T2A)經(jīng)由一第三可控半導(dǎo)體元件(T3)連接到所述公共端(14C),并且偏壓電壓源(VBIAS)經(jīng)由所述第三可控半導(dǎo)體元件(T3)的一控制電極(T3A)連接到所述第一和第二可控半導(dǎo)體元件(T1,T2)的控制電極。所述電流鏡像電路在低輸入電流下也具有高帶寬并且非常適合用于再現(xiàn)光學(xué)記錄載體的裝置。
文檔編號H03F3/343GK1388924SQ01802640
公開日2003年1月1日 申請日期2001年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者J·O·沃爾曼, G·W·德永, R·瓦法奧伊埃爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司