电流镜像装置制造方法及图纸

一种电流镜像装置包括输入级(10)，该输入级在电源端子(VDD_HV、GND)之间具有输入镜像晶体管(11)和输入共源共栅晶体管(12)的串联连接。缓冲级(20)被配置为基于输入电压(vin)产生输入控制电压(vbiasn)给输入镜像晶体管(11)的栅极端子、基于输入电压(vin)在复制端子(23)处产生中间控制电压(vbiasn_i)、并基于输入控制电压(vbiasn)产生补偿控制电压(vcomp)，所述缓冲级(20)包括补偿电流镜，所述补偿电流镜具有连接到反馈端子(25)的输入侧和连接到复制端子(23)的输出侧。输出级(30)包括补偿级(35)、以及输出镜像晶体管(31)和输出共源共栅晶体管(32)的串联连接，其中，所述补偿级(35)包括连接在复制端子(23)和耦合到输出镜像晶体管(31)的栅极端子的输出控制端子(37)之间的补偿电阻器(RC)，所述补偿级(35)被配置为在输出控制端子(37)处基于补偿控制电压(vcomp)产生输出控制电压(vbiasn_i+1)，并且被配置为在连接到反馈端子(25)的补偿端子(39)处基于补偿控制电压(vcomp)产生补偿电流。流。流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电流镜像装置
[0001]本公开涉及一种电流镜像装置。
[0002]本专利申请要求欧洲专利申请20199281.5的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]电流镜像被广泛用于将给定输入电流镜像到一个或更多个输出电流，该输出电流可以具有与输入电流相同的电流值或其以给定缩放因子缩放的版本。
[0004]在具有场效应晶体管作为镜像晶体管的常规方法中，输入支路中的控制晶体管的栅极电压被提供给输出支路中的受控晶体管的相应栅极端子。
[0005]在许多应用中，期望以高精度给出输出电流和输入电流之间的匹配。为此，在常规方法中使用例如缓冲器来稳定控制电压。

技术实现思路

[0006]要实现的目的是提供一种改进的镜像构思，其允许改进在电流镜像应用中输入端和输出端之间的匹配。
[0007]该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中限定了改进构思的实施例和改进方案。
[0008]改进的镜像构思基于这样的见解：即输出支路中的负载电流，特别是较高的负载电流能够导致从受控输出晶体管到具有寄生电阻的电源端子的金属线两端的电压降。这样的电压降影响在输出晶体管的栅极端子和电源端子之间产生的电压差，该电压差假设与例如在传统解决方案中的输出晶体管的栅极
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源极电压相同。根据改进的镜像构思，电流镜像的一个或更多个输出晶体管的控制电压基于存在于输入镜像晶体管的栅极端子处的输入控制电压来调节，以考虑金属线两端的寄生电压降。这例如通过将输出栅极端子处的标称控制电压通过经过补偿电阻器的受控电流移动到稍高的电平来实现，所述补偿电阻器优选地分别匹配输出镜像电流和寄生金属线电阻。因此，输出晶体管的栅极和源极电位都移位相应的电压。
[0009]根据优选实施方案，输入镜像晶体管和一个或更多个输出镜像晶体管可以串联到相应的共源共栅(cascade)晶体管。在一些实施方案中，电流镜像装置的输入侧和输出侧之间的不同载流能力可以通过对共源共栅晶体管的栅极电压进行电平移位来提高它们的比率的精度。
[0010]例如，根据改进的镜像构思的电流镜像装置的实施方案包括输入级、缓冲级和输出级。输入级包括耦合在第一电源端子和第二电源端子之间的输入镜像晶体管和输入共源共栅晶体管的串联连接。缓冲级被配置为基于在输入级的串联连接的第一端处产生的输入电压产生输入控制电压，并将输入控制电压提供给输入镜像晶体管的栅极端子。缓冲级还被配置为基于输入电压在复制端子处产生中间控制电压，并基于输入控制电压产生补偿控制电压。缓冲级包括补偿电流镜，其具有连接到反馈端子的输入侧和连接到复制端子的输
出侧。
[0011]输出级包括补偿级、以及输出镜像晶体管和输出共源共栅晶体管的串联连接，所述输出共源共栅晶体管具有耦合到输入共源共栅晶体管的栅极端子并且耦合到第三电源端子的栅极端子。例如，输出镜像晶体管经由寄生电阻器连接到第二电源端子。补偿级包括连接在复制端子和输出控制端子之间的补偿电阻器，该输出控制端子耦合到输出镜像晶体管的栅极端子。补偿级被配置为在输出控制端子处基于补偿控制电压产生输出控制电压，例如，使得补偿电阻器两端的从输出镜像晶体管的栅极端子到复制端子的电压降匹配寄生电阻器两端的从输出镜像晶体管到第二电源端子的电压降。补偿级还被配置为在连接到反馈端子的补偿端子处基于补偿控制电压产生补偿电流。
[0012]因此，在电流镜像装置的操作期间，通过补偿电阻器从复制端子到输出控制端子(分别是输出镜像晶体管的栅极端子)的电流导致复制端子处的中间控制电压朝向输出镜像晶体管处的略高的输出控制电压移位。这能够补偿由输出镜像电流引起的沿金属线电阻的电压降。因此，输入镜像晶体管和输出镜像晶体管处的栅极
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源极电压匹配。为了最小化或补偿通过补偿电阻器的电流对复制端子造成的任何影响，从补偿端子流回到反馈端子的补偿电流通过将反馈端子与复制端子耦合的补偿电流镜匹配通过补偿电阻器的电流。
[0013]例如，为了基于输入电压产生输入控制电压，缓冲级包括第一源极跟随器。此外，第二源极跟随器被包括用于基于输入电压产生中间控制电压。例如，第一源极跟随器和第二源极跟随器的控制端子连接在一起，并且被提供有输入电压或从输入电压得到的电压。在一些实施方案中，第二源极跟随器具有比第一源极跟随器高第一因子的电流能力(current capacity)。例如，这种电流能力由被给定特定控制电压的源极跟随器驱动的电流量来定义。因此，在所描述的实施方案中，第二源极跟随器可以驱动比第一源极跟随器驱动的电流高第一因子的电流。因此，第一源极跟随器能够以小的电流消耗来确定尺寸，而第二源极跟随器具有更高的电流消耗，但对来自补偿级的影响的灵敏度较低。
[0014]在一些实施方案中，补偿级包括用于产生输出控制电压的第一晶体管和用于产生补偿电流的第二晶体管。补偿级的第一晶体管和第二晶体管的栅极端子可以连接在一起。第一晶体管具有比第二晶体管高第二因子的电流能力，并且补偿电流镜的输出侧具有比相应输入侧高相同的第二因子的电流能力。因此，输出镜像晶体管能够驱动更高的电流，而给反馈端子的补偿电流和通过补偿电阻器的电流需要更低的电流。因此，对于补偿，电流消耗可以保持较低。
[0015]例如，在这种实施方案中，缓冲级包括二极管接法(diode
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connected)晶体管和晶体管的串联连接，所述晶体管由输入控制电压控制，用于在二极管接法晶体管的栅极端子处产生补偿控制电压。二极管接法晶体管和由输入控制电压控制的晶体管的串联连接可以由第三电源端子供电。此外，补偿级的第一晶体管和第二晶体管也由第三电源端子供电。因此，能够在这些晶体管处建立相同或类似的操作条件。
[0016]在一些实施方案中，电流镜像装置还包括校准级，该校准级包括连接在第三电源端子和第二电源端子之间的第一电阻器和第二电阻器的串联连接。在该串联连接中，第一电阻器匹配补偿电阻器的电阻，而第二电阻器匹配从输出镜像晶体管到第二电源端子的连接部的电阻，例如(寄生)金属电阻，例如形成上述寄生电阻。校准级被配置为基于第一电阻器和第二电阻器两端的相应电压降(例如，相应电压降的比率)来调节补偿控制电压的产
生。
[0017]例如，在缓冲级包括二极管接法晶体管和由输入控制电压控制的晶体管的串联连接的实施方案中，能够根据第一电阻器和第二电阻器两端的相应电压降来调节或设置二极管接法晶体管的电流能力。这种调节可以例如在初始校准阶段进行，使得例如通过一次性可编程OTP元件进行设置。在其他实施方案中，可以考虑在操作期间进行调节。校准可以实现由输出电流引起的金属线两端的电压降与补偿电阻器两端的电压降的匹配被优化的效果。例如，如果实际电阻由于工艺变化而偏离标称电阻，则可能需要这样调节。
[0018]虽然到目前为止已经结合单个输出级描述了电流镜像装置，但是改进的镜像构思也能够使用相同的方法应用于具有多个输出级的装置。
[0019]例如，电流镜像装置还包括至少一个另外的输出级，该输出级包括另外的补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电流镜像装置，其包括：
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输入级(10)，其包括输入镜像晶体管(11)和输入共源共栅晶体管(12)的串联连接，所述输入共源共栅晶体管(12)连接到偏置电流源(13)，所述串联连接耦合在第一电源端子(VDD_HV)和第二电源端子(GND)之间；
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缓冲级(20)，其被配置为基于在所述输入级(10)的所述串联连接的第一端处产生的输入电压(vin)来产生输入控制电压(vbiasn)，并且将所述输入控制电压(vbiasn)提供给所述输入镜像晶体管(11)的栅极端子，基于所述输入电压(vin)在复制端子(23)处产生中间控制电压(vbiasn_i)并且基于所述输入控制电压(vbiasn)产生补偿控制电压(vcomp)，所述缓冲级(20)包括补偿电流镜，所述补偿电流镜具有连接到反馈端子(25)的输入侧和连接到复制端子(23)的输出侧；以及
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输出级(30)，其包括补偿级(35)、以及输出镜像晶体管(31)和输出共源共栅晶体管(32)的串联连接，所述输出共源共栅晶体管(32)具有耦合到输入共源共栅晶体管(12)的栅极端子和第三电源端子(VDD)的栅极端子，其中，所述补偿级(35)：
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包括连接在复制端子(23)和输出控制端子(37)之间的补偿电阻器(RC)，该输出控制端子(37)耦合到输出镜像晶体管(31)的栅极端子；
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被配置为在输出控制端子(37)处基于所述补偿控制电压(vcomp)产生输出控制电压(vbiasn_i+1)；和
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被配置为在连接到反馈端子(25)的补偿端子(39)处基于所述补偿控制电压(vcomp)产生补偿电流。2.根据权利要求1所述的电流镜像装置，其中，所述缓冲级包括用于基于所述输入电压(vin)产生所述输入控制电压(vbiasn)的第一源极跟随器，以及用于基于所述输入电压(vin)产生所述中间控制电压(vbiasn_i)的第二源极跟随器。3.根据权利要求2所述的电流镜像装置，其中，所述第二源极跟随器具有比第一源极跟随器高第一因子(n1)的电流能力。4.根据前述权利要求之一所述的电流镜像装置，其中
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所述补偿级(35)包括用于产生所述输出控制电压(vbiasn_i+1)的第一晶体管(36)和用于产生所述补偿电流的第二晶体管(38)；
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所述第一晶体管(36)具有比第二晶体管(38)高第二因子(n2)的电流能力；和
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所述补偿电流镜的输出侧具有比相应的输入侧高第二因子(n2)的电流能力。5.根据前一权利要求所述的电流镜像装置，其中
‑
所述缓冲级(20)包括二极管接法晶体管(28)和晶体管(27)的串联连接，所述晶体管(27)由所述输入控制电压(vbiasn)控制，用于在二极管接法晶体管(28)的栅极端子处产生所述补偿控制电压(vcomp)，所述串联连接由第三电源端子(VDD)供电；并且
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所述补偿级的第一晶体管(36)和第二晶体管(38)由第三电源端子(VDD)供电。6.根据前述权利要求之一所述的电流镜像装置，还包括校准级，所述校准级包括连接在第三电源端子(VDD)和第二电源端子(GND)之间的第一电阻器(RC
’
)和第二电阻器(RM
’
)的串联连接，其中
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所述第一电阻器(RC
’
)匹配所述补偿电阻器(RC)的电阻；
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所述第二电阻器(RM
’
)匹配从输出镜像晶体管(31)到第二电源端子(GND)的连接部的
电阻，特别是金属电阻；并且
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所述校准级被配置为基于第一电阻器(RC
’
)和第二电阻器(RM
’
)两...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安，
申请(专利权)人：AMS欧司朗有限公司，
类型：发明
国别省市：