專利名稱：電壓電流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，特別是關(guān)于一種用于壓控振蕩器的電壓-電 流轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
眾所周知，在現(xiàn)有技術(shù)中，電壓-電流轉(zhuǎn)換器用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為與之成比例 的輸出電流。例如，在鎖相環(huán)電路中的壓控振蕩器(一般簡寫為VC0)中通常都會用到電 壓-電流轉(zhuǎn)換器。圖1為一種經(jīng)常用于壓控振蕩器的電壓_電流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所 示，傳統(tǒng)的電壓-電流轉(zhuǎn)換器主要通過一個N型MOS晶體管和一電流鏡來實現(xiàn)電壓到電流 的轉(zhuǎn)換，其包含一電流鏡10以及一 N型MOS晶體管M8，電流鏡10由P型MOS晶體管(P1、 P2)組成，根據(jù)其工作原理，傳統(tǒng)電壓-電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流12 = II，其中Il為N型MOS 晶體管M8的漏電流，Il = V-GjV則為該傳統(tǒng)電壓-電流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vctrl，G為N 型MOS晶體管M8的跨導(dǎo)，從而實現(xiàn)了電壓-電流的轉(zhuǎn)換。然而，傳統(tǒng)電壓-電流轉(zhuǎn)換器這種結(jié)構(gòu)的電源抑制比(PSRR)很差，往往需要外部 低壓降穩(wěn)壓器(LDO)來實現(xiàn)干凈的電源電壓，否則，電源引入的外部噪聲將極大地影響壓 控振蕩器的性能，不可避免地會有很大的抖動。但是加入外部低壓降穩(wěn)壓器(LDO)不僅增 加成本，而且會造成電壓_電流轉(zhuǎn)換電路的面積增大，不利于產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計。綜上所述，可知先前技術(shù)的電壓電流轉(zhuǎn)換器由于電源抑制比差需引入外部低壓降 穩(wěn)壓器而造成電路面積大、成本高的問題，因此，實有必要提出改進的技術(shù)手段，來解決此 一問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的電路面積大成本高的問題，本發(fā)明的主要目的在于提 供一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，通過超級源跟隨器結(jié)合電流鏡像電路有效降低輸出電阻，獲得 更好的電源抑制比，不需使用外部低壓降穩(wěn)壓器來實現(xiàn)對電源噪聲的抑制作用，降低了成 本。本發(fā)明的另一目的在于提供一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其通過電流鏡像電路將電流 反饋至超級源跟隨器，進一步減小超級源跟隨器的電流抖動，更好地提高對噪聲的抑制，達 到了用相對較小的面積實現(xiàn)電源抑制比更小的電壓_電流轉(zhuǎn)換器的目的。為達上述及其它目的，本發(fā)明一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，包含一超級源跟隨器，其至少包含一電流源、一第三MOS晶體管以及漏極相接的第一 MOS晶體管與第二MOS晶體管，該第一MOS晶體管源極同時連接于該電流源與該第三MOS晶 體管漏極，柵極接至一輸入控制電壓，該第二 MOS晶體管柵極與一電流鏡像電路相連，源極 與該第三MOS晶體管的源極同時接地，該第三MOS晶體管柵極接至該第一 MOS晶體管漏極； 以及
一電流鏡像電路，連接于該超級源跟隨器與該輸入控制電壓，用于將該輸入控制 電壓轉(zhuǎn)換為電流，并將該電流反饋至該超級源跟隨器以穩(wěn)定該超級源跟隨器，其中，該第一 MOS晶體管、該第五MOS晶體管以及該第六MOS晶體管為P型MOS晶 體管；該第二 MOS晶體管、該第三MOS晶體管、該第四MOS晶體管以及該第七MOS晶體管為 N型MOS晶體管。進一步地，該電流鏡像電路包含第四MOS晶體管、第七MOS晶體管、第五MOS晶體 管以及第六MOS晶體管，該第四MOS晶體管柵極與該第二 MOS晶體管柵極相連，漏極與柵極 短接，源極與該第七MOS晶體管源極同時接地，該第七NMOS晶體管柵極連接至該輸入控制 電壓，漏極連接于該第六MOS晶體管漏極，該第五MOS晶體管與該第六MOS晶體管柵極短接 后與該第七MOS晶體管漏極相連，其源極與該第六MOS晶體管源極共同接至該第一 MOS晶 體管源極。進一步地，該超級源跟隨器還包含一米勒電路，該米勒電路包含相互串聯(lián)的一電 容和一電阻，該電容另一端連接至該第一 MOS晶體管源極，該電阻另一端連接至該第一 MOS 晶體管漏極。進一步地，該輸入控制電壓為0. 6V-1. 6V。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種電壓_電流轉(zhuǎn)換器利用超級源跟隨器結(jié)合電流鏡像 電路降低輸出電阻，并通過電流鏡像電路將電流反饋至超級源跟隨器以穩(wěn)定超級源跟隨器 的電流，進一步減小了超級源跟隨器的電流抖動，更好的提高對外部噪聲的抑制作用，采用 本發(fā)明電壓-電流轉(zhuǎn)換器可以避免使用外部低壓降穩(wěn)壓器(LDO)電路來達到對電源噪聲 的抑制作用，達到了用相對較小的面積便能實現(xiàn)電源抑制比更小的電壓-電源轉(zhuǎn)換器的目 的，節(jié)約了成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)常用的電壓_電流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例并結(jié)合

本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。圖2為本發(fā)明一種電壓_電流轉(zhuǎn)換器之較佳實施例的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示， 于本發(fā)明較佳實施例中，本發(fā)明的電壓-電流轉(zhuǎn)換器是用于壓控振蕩器(VCO)中，本發(fā)明電 壓-電流轉(zhuǎn)換器包括超級源跟隨器201以及電流鏡像電路202。其中，超級源跟隨器201包含一電流源Al、一 P型MOS晶體管(第一 MOS晶體管 Ml)、兩個N型MOS晶體管(第二 MOS晶體管M2以及第三MOS晶體管M3)、。供電電源Vcc 通過電流源Al與第一 MOS晶體管Ml的源極相連，第一 MOS晶體管Ml的漏極與第二 MOS晶 體管M2的漏極相連，其柵極接至一輸入控制電壓Vctrl ；第二 MOS晶體管M2源極接地，柵 極與電流鏡像電路202相連；第三MOS晶體管M3的源極接地，其漏極與第一 MOS晶體管Ml的源極相連，柵極接至第一 MOS晶體管Ml的漏極。其中，第一 MOS晶體管Ml的漏極電流為 本發(fā)明整個電壓_電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流。 電流鏡像電路202，用于將輸入控制電壓轉(zhuǎn)換為電流，并將此電流反饋至超級源跟 隨器201以穩(wěn)定超級源跟隨器201的電流，減小超級源跟隨器201的電流抖動，提高對噪聲 的抑制作用，其包含兩個N型MOS晶體管(第四MOS晶體管M4以及第七MOS晶體管M7) 以及兩個P型MOS晶體管(第五MOS晶體管M5以及第六MOS晶體管M6)。其中第四MOS晶 體管M4與第七MOS晶體管M7源極接地，其柵極與超級源跟隨器202的第二 MOS晶體管M2 的柵極相連，該第四MOS晶體管M4的漏極與其柵極短接后與第五MOS晶體管M5漏極相連； 第七MOS晶體管M7的柵極與輸入控制電壓Vctrl相連，其漏極與第六MOS晶體管M6的漏 極相連 ’第五MOS晶體管M5與第六MOS晶體管M6的源極與超級源跟隨器202的第一 MOS 晶體管Ml源極共同相連，并連接至輸出端口 Vout，輸出端口 Vout用于連接至電流控制振蕩 器(ICO)(圖中未示出)，第五MOS晶體管M5與第六MOS晶體管M6的柵極相互短接后與第 七MOS晶體管M7的漏極相連。在本發(fā)明中，本發(fā)明的超級源跟隨器201的電流支路為Ml/ M3/M5/M6，其通過輸出端口 Vout向電流控制振蕩器(ICO)單元灌入電流。為使本發(fā)明的超級源跟隨器202輸出信號更為穩(wěn)定，本發(fā)明還可設(shè)置一米勒 (Miller)電路，以對超級源跟隨器202起米勒(Miller)補償作用。米勒電路由相互串連的 電容Cl與電阻Rl組成，電容Cl 一端與第一 MOS晶體管Ml的源極相連，另一端與電阻Rl 相連，電阻Rl的另一端與第一 MOS晶體管Ml的漏極相連接。承上所述，通過分析可得，本發(fā)明電壓-電流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V。ut =
VgSml+Vctri，其中Vgsml=^2 * Idsml * Lml/Unml/COxml/Wml+￥thmi式中Vgsml為第一 MOS晶體管Ml的柵源電壓，Vctrl為輸入控制電壓，Idsml為第 一 MOS晶體管Ml的源漏電流，Lml、Unml、Coxml、Wml、Vthml分別為第一 MOS晶體管Ml的柵長、 遷移率、柵氧電容、柵寬、和閾值電壓。從上式中可以看出柵源電壓Vgsml受到源漏電流Idsml的影響，而第一 MOS晶體管 Ml的漏極電流與第二 MOS晶體管M2的漏極電流相等，即Idsml = Ids m2，Ids m2為第二 MOS 晶體管M2的源漏電流。另外，為了提高超級源跟隨器202對外部噪聲的抑制作用，本發(fā)明可 以利用電流反饋，使第一 MOS晶體管Ml的電流也來自于輸入控制電壓Vctrl本身。所以輸 入控制電壓Vctrl在第七MOS晶體管M7上產(chǎn)生的電流通過由第四MOS晶體管M4、第五MOS 晶體管M5以及第六MOS晶體管M6組成的電流鏡作用在第二 MOS晶體管M2上產(chǎn)生干凈、抖 動很少的電流，這樣可以更好的提高對噪聲的抑制作用。通過本發(fā)明這種結(jié)構(gòu)的電壓-電 流轉(zhuǎn)換器可以避免使用外部低壓降穩(wěn)壓器電路來達到對電源噪聲的抑制作用，用相對小許 多的面積便能實現(xiàn)電源抑制比更小的電壓_電流轉(zhuǎn)換器。一般來說，本發(fā)明于正常工作中，大部分的電流是通過輸出端口 Vout端口向ICO 單元灌入電流的。因此，使用本發(fā)明電壓-電流轉(zhuǎn)換器，一般只有當(dāng)輸入控制電壓Vctl超 過第七MOS晶體管M7的閾值電壓，使得第二 MOS晶體管M2能夠正常，超級源跟隨器201才 能正常工作。當(dāng)輸入控制電壓Vctl到達一定高電壓后，輸出端口 Vout的電壓將迫使電流 源進入線性區(qū)，而通過輸出端口 Vout給電流控制振蕩器(ICO)的電流將達到最高極值，即， 當(dāng)輸入控制電壓Vctl超過一定高電壓后，輸出端口 Vout輸出的電流將達到恒定，而壓控振 蕩器(VCO)的頻率將達到最高值，隨著電壓升高，頻率始終維持在最高值。為最好實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明電壓_電流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vctrl最好在0. 6v-l. 6v之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中超級源跟隨器在輸出節(jié)點(即輸出端口 Vout)的阻抗 為l/(gml · gm3) (gml為超級源跟隨器第一 MOS晶體管Ml的跨導(dǎo)，gm3為超級源跟隨器第 三MOS晶體管M3的跨導(dǎo)，現(xiàn)有技術(shù)為1/gml)，在輸出節(jié)點本發(fā)明的阻抗更低，因而可以得到 更好的電源抑制比。同時，電阻Rl和電容C2組成的米勒電路對超級源跟隨器起到miller 補償?shù)淖饔茫钩壴锤S器輸出信號更為穩(wěn)定。本發(fā)明一種電壓_電流轉(zhuǎn)換器利用超級源跟隨器結(jié)合電流鏡像電路降低輸出電 阻，并通過電流鏡像電路將電流反饋至超級源跟隨器，進一步減小了超級源跟隨器的電流 抖動，更好的提高對外部噪聲的抑制作用，采用本發(fā)明電壓-電流轉(zhuǎn)換器可以避免使用外 部低壓降穩(wěn)壓器(LDO)電路來達到對電源噪聲的抑制作用，達到了用相對小許多的面積便 能實現(xiàn)電源抑制比更小的電壓-電流轉(zhuǎn)換器的目的，節(jié)約了成本。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此， 本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
一種電壓 電流轉(zhuǎn)換器，包含一超級源跟隨器，其至少包含一電流源、一第三MOS晶體管以及漏極相接的第一MOS晶體管與第二MOS晶體管，該第一MOS晶體管源極同時連接于該電流源與該第三MOS晶體管漏極，柵極接至一輸入控制電壓，該第二MOS晶體管柵極與一電流鏡像電路相連，源極與該第三MOS晶體管的源極同時接地，該第三MOS晶體管柵極接至該第一MOS晶體管漏極；以及一電流鏡像電路，連接于該超級源跟隨器與該輸入控制電壓，用于將該輸入控制電壓轉(zhuǎn)換為電流，并將該電流反饋至該超級源跟隨器以穩(wěn)定該超級源跟隨器，其中，該第一MOS晶體管、該第五MOS晶體管以及該第六MOS晶體管為P型MOS晶體管；該第二MOS晶體管、該第三MOS晶體管、該第四MOS晶體管以及該第七MOS晶體管為N型MOS晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電流鏡像電路包含第四MOS 晶體管、第七MOS晶體管、第五MOS晶體管以及第六MOS晶體管，該第四MOS晶體管柵極與 該第二 MOS晶體管柵極相連，漏極與柵極短接，源極與該第七MOS晶體管源極同時接地，該 第七NMOS晶體管柵極連接至該輸入控制電壓，漏極連接于該第六MOS晶體管漏極，該第五 MOS晶體管與該第六MOS晶體管柵極短接后與該第七MOS晶體管漏極相連，其源極與該第六 MOS晶體管源極共同接至該第一 MOS晶體管源極。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其特征在于該超級源跟隨器還包含一米 勒電路，該米勒電路包含相互串聯(lián)的一電容和一電阻，該電容另一端連接至該第一 MOS晶 體管源極，該電阻另一端連接至該第一 MOS晶體管漏極。
4.如權(quán)利要求3所述的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其特征在于該輸入控制電壓為 0. 6V-1. 6V。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，包含一超級源跟隨器及一電流鏡像電路，其利用超級源跟隨器結(jié)合電流鏡像電路降低輸出電阻，并通過電流鏡像電路將電流反饋至超級源跟隨器以穩(wěn)定超級源跟隨器，實現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換器輸出端的低阻抗，從而可以得到很高的電源抑制比，對電源噪聲有很好的抑制作用。采用本發(fā)明的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，可以省略傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要的外部低壓降穩(wěn)壓器電路，節(jié)省大量面積，并能夠達到較好的對電源噪聲抑制效果，改善PLL的抖動。
文檔編號H03L7/099GK101964659SQ20101025052
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者任錚, 周偉, 唐逸, 胡少堅 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司