自动换档的电流镜制造技术

本发明专利技术是一种自动换档的电流镜，是利用一电流感应电路搭配多级可调整倍率的电流镜串接组成，其中，该电流感应电路检测其中一级电流镜的输入电流而与预设的转换点比较，若输入电流与转换点相较后符合切换条件，则由电流感应电路输出一切换信号予各级电流镜而适当调整各级的放大倍率，借此加大偏压电流，以改善整体输出电流均匀度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流镜，尤指一种可自动切换偏压电流及放大倍率以降低误差的电流镜。
技术介绍
对一传统以MOS组件(金属氧化物半导体场效晶体管)所构成的电流镜而言，其偏压电流与输出电流间的准确度会随着偏压电流不同而改变。电流镜中的MOS组件通常是操作在饱和区，简单饱和区MOS源极电流(Ids)相对栅极电压(Vgs)的关系可由下列方程式表示Ids＝/2因工艺关系，对不同的MOS组件而言，上式当中的μ、Cox、W、L、Vth等参数难以完全相同而存在有些许误差。在同一电流镜当中，μCox(W/L)在不同电流大小下不会有太大变化，只有(Vgs-Vth)的误差会因偏压电流改变而产生明显变化，当偏压电流越小时，(Vgs-Vth)也就越小，相对地Vth的误差对于Ids所造成的影响也就越大。因此，当偏压电流越小时，误差也就越大。如图15所示，在实际应用上常将两级以上的电流镜加以串联，其中第一级电流镜是以MOS组件(M1、M2)组成，第二级电流镜是以MOS组件(M3、M4、M5)组成。若以传统方法设计，第一级电流镜(M1/M2)的放大倍率为10∶1，第二级电流镜(M3/M4/M5)的放大倍率为1∶10，假设输入电流(IIN)为100uA，则偏压电流(IB)依据第一级放大倍率即为10uA，而两输出电流(IOUT1、IOUT2)根据第二级放大倍率均为100uA。假设输入电流(IIN)降为10uA，则偏压电流(IB)为1uA，两输出电流(IOUT1、IOUT2)成为10uA。然而偏压电流越小，误差越大的问题依然存在。在讲求高电流准确度的应用中，前述误差问题便显得非常关键，例如LED/OLED的驱动电路提供多道输出电流，在小电流的操作下，输入电流与输出电流间的误差及多信道输出电流彼此间的均匀度(skew)明显比大电流操作时差，也导致输出电流的调整幅度受到限制，因为最大的偏压电流依MOS组件规格而有其上限，偏压电流若小于上限过多，则会导致误差量的快速递增而无法满足使用者需求，造成研发与应用上的瓶颈。
技术实现思路
鉴于传统电流镜的电流均匀度在多信道输出电流时，其电流均匀度明显不佳，而偏压电流越小，误差越大的问题，本专利技术提供一种自动换档的电流镜，主要包含多级可调整倍率的电流镜，其中电流镜的输入电流与预设转换点加以比较，若相较结果符合切换条件，则适当调整各级的放大倍率以提高偏压电流。该自动换档的电流镜的主要架构包含一前级可调整倍率电流镜，依据一输入电流以一前级放大倍率而产生一偏压电流；一后级可调整倍率电流镜，串接该前级可调整倍率电流镜，并根据该偏压电流以一后级放大倍率建立一输出电流；一电流感应电路，检测一与该输入电流成一定比例的电流，当输入电流低于预设转换点时输出一切换信号予该前级可调整倍率电流镜及后级可调整倍率电流镜，借此改变前述前、后级放大倍率而调整偏压电流。前述自动换档电流镜可包含多组电流感应线路，以设定多组转换点。于前级可调整倍率电流镜与后级可调整倍率电流镜之间串接有任意数量的中间级电流镜。该电流感应线路可由一电流电压转换电路及一电压比较器组成，或是由一电流比较器组成。该前、后级可调整倍率电流镜可由MOS晶体管组成。该前、后级可调整倍率电流镜是借由控制输入端、输出端或输入/输出端的晶体管的漏极-栅极开/关而达成放大倍率的切换。借由上述自动换档电流镜的操作，由于输入电流在低于预设转换点时可调整前、后级放大倍率而提高偏压电流，故在维持输出电流不变的前提下，误差可有效降低。并可增加输出电流调整范围，使得一颗芯片可运用于更广泛的操作范围，减少产品数量、降低生产成本、增加客户使用弹性。附图说明图1本专利技术的电路方块图。图2～图4本专利技术电流感应电路数种实施例的方块图。图5～图11本专利技术可调整倍率电流镜的数种实施例电路图。图12本专利技术自动换档电流镜一实施例的电路图。图13本专利技术自动换档电流镜另一实施例的电路图。图14本专利技术输出电流(IOUT)与偏压电流(IB)/输出电流均匀度(skew)的关系图。图15一常用电流镜的电路图。符号说明(10)电流感应电路(101)电流电压转换电路(102)电压比较器(103)电流比较器 (20)可调整倍率前级电流镜(30)可调整倍率后级电流镜(CMP1)、(CMP2)比较器(M1)～(M10)MOS晶体管(R1)、(R2)等效电阻(SW1)第一开关(SW2)第二开关(SW3)第三开关具体实施方式本专利技术提供了一种在串接两级以上的电流镜中，借由调整前后两级电流镜的放大倍率，改变偏压电流以缩小误差，如同机械齿轮比的换档一般，故名为自动换档电流镜。请参考图1所示，本专利技术的电路架构主要包含一前级可调整倍率电流镜20，依据一输入电流而建立一偏压电流；一后级可调整倍率电流镜30，可直接串接前级可调整倍率电流镜20，或是于两者之间复串接任意数量的各式中间级电流镜，当具有中间级电流镜时，各中间级电流镜均可以有多个输出电流及多个后级电流镜，举例而言，前级可调整倍率电流镜20可连接有N个中间级电流镜，各中间级电流镜可独自再连接M个后级电流镜30，以最终架构来看存在有NxM个后级电流镜30以提供NxM道输出电流；一电流感应电路10，用以检测并判断输入电流大小，当输入电流小于某一定值时，输出控制信号给前后两级电流镜以调整放大倍率，使得当输入电流变小时，偏压电流不会等比例缩小，而输出电流大小依然不变。前述的电流感应电路10的设计可以有多种作法，以下仅列举三种作法以为范例，但非仅局限于该些种类。如图2包含有一电流电压转换电路101及一电压比较器102，该电流电压转换电路101的输入端接收一输入电流，而输出端连接于电压比较器102的一输入端，而电压比较器102另一输入端为一参考电压，其做法是先将输入电流转换为电压后再与一参考电压做比较，再输出比较结果作为控制信号。图3的电流感应电路10同样是由电流电压转换电路101及电压比较器102构成，电流电压转换电路101同时接收输入电流及参考电流，个别转换成电压后再输出至电压比较器102进行比较，以其比较结果作为一控制信号。图4的电流感应电路10直接将输入电流与参考电流送入至一电流比较器103，依据此比较结果作为一控制信号。至于可调整倍率电流镜的设计方式亦包含许多种，当中包括模拟及数字的方式。图5～图11中列举数种MOS电流镜的简单数字方式范例，都是借由控制MOS晶体管的开或闭而调整放大倍率。依据所控制的对象分类，第一类可以是控制输入端晶体管(如图5、图6)，第二类是控制输出端晶体管(如图7、图8)，或以第三类同时控制输入/输出端晶体管(如图9、图10)。切换晶体管开闭的方法则以切换晶体管的漏极或栅极端较佳，输入端与输出端若均需切换时，亦可选择不同切换方式。可供切换的晶体管可以配合切换点的数量而有两组以上(如图11)。上述方法可适用于各种不同的电流镜结构(如Cascode Current Mirror)。电流开关的设计则可以选择单独使用或并联使用NMOS或PMOS。请参考图12所示，为本专利技术自动换档的电流镜一实施例电路图，至少以两级电流镜串联组成，经由调整前、后两级电流镜的放大倍率，可改变偏压电流以缩小误差，此实施例具有一电流转换点(故属于是两档位的电流镜)，且具有两组输出电流IOUT1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动换档的电流镜，其包含：一前级可调整倍率电流镜，根据一输入电流以一前级放大倍率建立一偏压电流；一后级可调整倍率电流镜，串接该前级可调整倍率电流镜，并根据该偏压电流以一后级放大倍率建立一输出电流；一电流感应电路， 检测一与该输入电流成一定比例的电流，当输入电流低于一预设转换点时输出一切换信号予该前级可调整倍率电流镜及后级可调整倍率电流镜，借此改变前述前、后级放大倍率而调整偏压电流，改善电流均匀度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史富洋，秦旭沅，
申请(专利权)人：点晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]