专利名称：精密匹配的镜像电流源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镜像电流源电路，特别涉及一种精密匹配的镜像电流源电路。
背景技术：
在相变存储器(PCRAM)的读写电路中常采用镜像电流源电路作为驱动电路，而目前常用的 镜像电流源电路如
图1所示，基准电流Ih通过CM0S管Mpl和Mp2镜像形成镜像输出电流I。ut， 然而，由于CMOS器件的匹配性能较差，因此此类电路的输入电流与输出电流之间存在较大的 失配。为了提高输入电流与输出电流之间的匹配精度，现今采用电阻作匹配元件来提高电流 之间的匹配性能，如图2所示，电阻Rl和R2作为匹配元件，可以显著提高输入电流与输出 电流之间的匹配。但是这种电路也存在有较大的缺陷 一是两个镜像用的电阻R1和R2需要 精密匹配，这在实际实现时存在一定难度；二是输入电流和输出电流要基本相等，否则两个 电阻R1和R2上的电流密度不一致，相差越大，匹配的程度就越差。正是由于前述两个原因， 在需要镜像电流源精密匹配的电路中，如匹配程度小于1%，输入电流与输出电流不相等，就 不适合采用电阻匹配电路。
因此，如何提高现有镜像电流源电路的精度实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密匹配的镜像电流源电路。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的精密匹配的镜像电流源电路，包括用于 提供电流源的电流源电路、与所述电流源电路相连接且用于将所述电流源转换为镜像电流的 M0S管镜像电路、匹配电路、及用于斩波的斩波开关，其中，所述匹配电路又包括正负输入 端分别与所述M0S管镜像电路中的各M0S管相连接以使各M0S管都工作在相同的电环境的受 控运算放大器、与所述受控运算放大器相连接且用于交换所述受控运算放大器的正负输入端 与所述各M0S管的连接点的斩波开关、及与所述受控运算放大器的输出端和所述M0S管镜像 电路相连接且用于对所述镜像电流进行相位补偿的调节单元。
综上所述，本发明精密匹配的镜像电流源电路通过镜像匹配电路、斩波运算放大器，可 有效消除运算放大器的失调，实现电流的精密匹配。图1为现有镜像电流源电路示意图。
图2为现有采用电阻作为匹配元件的镜像电流源电路示意图。 图3为本发明的精密匹配的镜像电流源电路示意图。
图4为本发明的精密匹配的镜像电流源电路中的运算放大器内部结构示意图。 图5为本发明的精密匹配的镜像电流源电路中的受控单元的内部结构示意图。 图6为本发明的精密匹配的镜像电流源电路中的控制单元所提供的非交叠时钟信号示意图。
图7为本发明的精密匹配的镜像电流源电路在相变存储器(PCRAM)读写电路中应用实例 示意图。
具体实施例方式
请参阅图3，本发明的精密匹配的镜像电流源电路至少包括电流源电路100、 M0S管镜 像200、匹配电路300、及控制单元400等。
所述电流源电路100用于提供电流源Is，其包括电流源和MOS管Mp。
所述MOS管镜像电路200与所述电流源100电路相连接，用于将所述电流源Is转换为镜 像电流Isl、 Is2、…等，其包括PMOS管Mpl、 Mp2、…等，通过控制Mpl、 Mp2、...等的宽长 比与Mp的宽长比之间的比例，就可以获得和Is相等或不等的镜像电流Isl、 Is2、…等。
所述匹配电路300包括正负输入端分别与所述MOS管镜像电路200中的各MOS管相连接 以使各MOS管都工作在相同的电环境的受控运算放大器OPA、与所述受控运算放大器OPA相连 接且用于交换所述受控运算放大器OPA的正负输入端与所述各MOS管的连接点的受控单元 301、及与所述受控运算放大器OPA的输出端和所述MOS管镜像电路200相连接且用于对所述 镜像电流Isl、 Is2、…等进行相位补偿的调节单元，在本实施例中，所述调节单元为NMOS管 Mnl、 Mn2、…等。
请参阅图4,其为所述受控运算放大器OPA的内部结构示意图，所述受控运算放大器OPA 为斩波运放，MOS管Ml、 M2、 M3和M4组成斩波运放的核心电路，Ml的栅极是斩波运放的正 输入端，M2的栅是斩波运放的负输入端，M3和M4是PM0S管，它们的源极接到电源Vdd,斩 波运放的输出端是Vout，斩波运放输出端由斩波开关S5、 S6、 S7和S8组成，斩波开关S5和S6的一端接在一起，作为斩波运放的输出Vout，斩波开关S5的另一端接到M0S管Ml和M3 的漏极，斩波开关S6的另一端接到M0S管M2和M4的漏极，斩波开关S7和S8的一端接在一 起，接到M0S管M3和M4的栅极，斩波开关S7的另一端接到M0S管M1和M3的漏极，斩波开 关S8的另一端接到M0S管M2和M4的漏极。 、
再请参阅图5，其为所述受控单元301的内部结构示意图，所述受控单元301为斩波开关， 由斩波开关S1、 S2、 S3和S4组成，其中，斩波开关S1和S2的一端接在一起，为节点A，该 节点A接到MOS管Mp和Mpl、 Mp2、…的栅极，斩波开关S3和S4的一端接在一起，为节点B， 该节点B接到MOS管Mpl的漏极，斩波开关Sl的另一端和斩波开关S3的另一端接在一起， 为节点E，该节点E接到所述斩波运放的负输入端。斩波开关S2的另一端和斩波开关S4的另 一端接在一起，为节点D，该节点D接到所述斩波运放的正输入端。
所述控制单元400用于控制所述受控单元300和控制所述斩波运放的各斩波开关的开闭， 其可为能提供非交叠时钟信号(Clk)的器件。在本实施例中，所述控制单元400所提供的非 交叠时钟信号PH1和PH2如图6所示，其中，时钟信号PH1接入斩波开关Sl、 S4、 S6和S7 的控制端，时钟信号PH2接入斩波开关S2、 S3、 S5和S8的控制端。时钟信号PH1和PH2没 有同时为"l"的时刻，当时钟信号PH1的下降沿过后，时钟信号Ri2的上升沿才到达，同样
当时钟信号ph2的下降沿过后，时钟信号rai的上升沿才到达。
在静态时，由于运算放大器OPA的增益很高，所述调节单元MOS管Mnl使MOS管Mp和Mpl、 Mp2…的漏极电压相等，从而实现MOS管Mp和Mpl、 Mp2…电流镜像之间的匹配，但是由于运 算放大器OPA的失调，它的两个输入端可能会有几十毫伏的不相等，造成需要匹配的MOS管 Mp和Mpl、 Mp2…的漏极电压有一定差别，使MOS管Mp和Mpl、 Mp2…中的镜像电流比例失调， 为了增加输出电流Isl、 Is2、…与Is之间的匹配程度，当所述控制单元400所提供的时钟信 号PH1为高电平时，斩波开关S1、 S4、 S6和S7闭合，S2、 S3、 S5和S8断开，节点A与E连 接，节点b与d连接，即节点a与运算放大器opa的负输入端相连接，节点b与运算放大器 OPA的正输入端相连接(MOS管Mnl的漏极连接到运算放大器OPA的正输入端)，运算放大器 OPA的输出端与MOS管M4的漏极相连接，MOS管M4的栅极与MOS管M3的漏极及栅极相连接， 当所述控制单元400所提供的时钟信号ra2为高电平时，斩波开关S2、 S3、 S5和S8闭合， 斩波开关S1、 S4、 S6和S7断开，节点A与D连接，节点B与E连接，即节点A与运算放大 器OPA的正输入端相连接，节点B与运算放大器OPA的负输入端相连接(MOS管Mnl的漏极连 接到运算放大器OPA的负输入端)，运算放大器0PA的输出端与M0S管M3的漏极相连接，MOS 管M3的栅极与MOS管M3的漏极及栅极相连接，因此，无论是时钟信号PHI为高电平还是PH2为高电平，M0S管Mnl与运算放大器0PA都会形成反馈，调节MOS管Mnl中的电流，相当于调 节M0S管Mpl、 Mp2…中的电流，最终使运算放大器OPA的两个输入端电位相等，也就是使Mp 和Mpl、 Mp2…的漏极电位相等，由于它们的栅极、源极以及衬底分别连在一起，这样Mp和 Mpl、 Mp2…的电环境是一样的，同时，通过周期性地切换运算放大器OPA的正负输入端和电 流镜中Mp、 Mpl、 Mp2…的漏极的连接关系，以及切换运算放大器OPA输出端的连接关系，可 以将运算放大器OPA的失调电压周期性的分别调配到Mp、 Mpl、 Mp2…的漏极，从长时间的平 均效果来看，运算放大器的失调电压被平均分配在两个匹配的PMOS管Mp、 Mpl、 Mp2…的漏极 上，这两个漏极的电压长时间的平均值是相等的。使电流镜Mp、 Mpl、 Mp2…之间的匹配效果 更好，从而实现了精密匹配。
请参见图7，其为本发明在相变存储器(PCRAM)读写电路中应用实例。各镜像电流Isl、 Is2、…分别接入相应的PCRAM单元，通过各运算放大器的反馈和斩波技术可有效提高存储器 单元之间的匹配程度。
综上所述，本发明的精密匹配的镜像电流源电路采用斩波技术通过周期性地切换运算放 大器的正负输入端和电流镜中Mp、 Mpl、 Mp2…的漏极的连接关系，可有效消除运算放大器的 失调电压，实现电流的精密匹配。
权利要求
1.一种精密匹配的镜像电流源电路，其特征在于包括电流源电路，用于提供电流源；MOS管镜像电路，与所述电流源电路相连接，用于将所述电流源转换为镜像电流；匹配电路，其包括正负输入端分别与所述MOS管镜像电路中的各MOS管相连接以使各MOS管都工作在相同的电环境的受控运算放大器、与所述受控运算放大器相连接且用于交换所述受控运算放大器的正负输入端与所述各MOS管的连接点的受控单元、及与所述受控运算放大器的输出端和所述MOS管镜像电路相连接且用于对所述镜像电流进行相位补偿的调节单元；用于控制所述受控单元执行交换操作的控制单元。
2. 如权利要求1所述的精密匹配的镜像电流源电路，其特征在于所述受控单元为斩波 开关。
3. 如权利要求2所述的精密匹配的镜像电流源电路，其特征在于所述受控运算放大器为受所述斩波开关控制的放大器。
4. 如权利要求2所述的精密匹配的镜像电流源电路，其特征在于所述斩波开关受非交叠时钟信号的控制。
全文摘要
一种精密匹配的镜像电流源电路，其包括用于提供电流源的电流源电路、与所述电流源电路相连接且用于将所述电流源转换为镜像电流的MOS管镜像电路、匹配电路、及用于消除失调电压的控制单元。其中，所述匹配电路又包括正负输入端分别与所述MOS管镜像电路中的各MOS管相连接以使各MOS管都工作在相同的电环境的受控运算放大器、与所述受控运算放大器相连接且用于交换所述受控运算放大器的正负输入端与所述各MOS管的连接点的受控单元、及与所述受控运算放大器的输出端和所述MOS管镜像电路相连接且用于对所述镜像电流进行相位补偿的调节单元，由此可有效消除运算放大器的失调，实现电流的精密匹配。
文档编号G05F3/26GK101556481SQ200910050640
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者宋志棠, 陈后鹏, 陈小刚 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所