一种差分电压转电流电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路设计领域，更具体地，涉及一种差分电压转电流电路。
【背景技术】
[0002] 在集成电路设计中，经常要将一个电压与参考电压的差值线性转换成电流。例如， 在锁相环电路中的压控振荡器（VCO)通常会用到差分电压转电流电路。
[0003] 差分电压转电流电路通过电压变化引起电流变化，再通过电流变化控制压控振荡 器的频率输出。在设计时要求较宽的差值电压范围，以及很高的差分电压-电流转换线性 度，同时输出电流也要尽量大以满足越来越高的锁相环频率要求。习惯上通过线性跨导放 大器进行差分电压到电流的转换，但是线性跨导放大器一般线性输入范围较窄，以及存在 转换线性度不理想的缺点。差分电压-电流转换线性度不高会导致压控振荡器的输出频率 的线性度也变低，因而可能会导致整个锁相环的不稳定。
[0004] 因此，设计一种容易实现、线性度高、转换速度快的用于将差分电压转换为电流的 改进电路是非常有必要的。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提出一种差分电压转电流电路，该差分电压转 电流电路具有较高的差分电压-电流转换线性度，尤其是差分电压很小情况下也能很好的 保证转换线性度以及转换速度。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0007] -种差分电压转电流电路，该电路包括：
[0008] 第一电压跟随器，用于接收输入电压Vinl并缓冲；
[0009] 第二电压跟随器，用于接收输入电压Vin2并缓冲；
[0010] 第一 V-I转换电阻单元，包括电阻R1，将电压转换成电流；
[0011] 第二V-I转换电阻单元，包括电阻R2,将电压转换成电流；
[0012] 第一电流镜单元，用于按比例复制来自第一电压跟随器的支路电流，产生第一输 出电流；
[0013] 第二电流镜单元，用于按比例复制来自第二电压跟随器的支路电流，产生第二输 出电流；
[0014] 第一、第二输出电流合并后形成电路输出电流。
[0015] 在一种优选的方案中，
[0016] 当输入电压Vinl较高时，所述第一电压跟随器包括第一折叠式FVF结构电压跟随 器，所述第一折叠式FVF结构电压跟随器包括电流源I0、PM0S管M3、M5和NMOS管M7,输入 电压Vinl接M3的栅极，M3的源极接M5的源极，M3的漏极通过电流源10接地，M3的漏极 接M7的栅极，M5的栅极接M5的漏极，M5的漏极接M7的漏极，M7的源极接地；
[0017] 当输入电压Vin2较高时，所述第二电压跟随器包括第二折叠式FVF结构电压跟随 器；所述第二折叠式FVF结构电压跟随器包括电流源IO、PMOS管M4、M6和NMOS管M8,输入 电压Vinl接M4的栅极，M4的源极接M6的源极，M4的漏极通过电流源10接地，M4的漏极 接M8的栅极，M6的栅极接M6的漏极，M6的漏极接M8的漏极，M8的源极接地。
[0018] 第一、二折叠式FVF结构电压跟随器输出阻抗很低、响应速度快，可以产生不随负 载电流变化的输出电压。
[0019] 在一种优选的方案中，当输入电压较低时，
[0020] 所述第一电压跟随器还包括第一源极跟随器，所述第一源极跟随器包括电流源11 和PM0S管Ml;输入电压Vinl接Ml的栅极，Ml的源极接M3的栅极，Ml的漏极接地；电源电 压通过电流源II接Ml的源极；
[0021] 所述第二电压跟随器还包括第二源极跟随器，所述第二源极跟随器包括电流源11 和PM0S管M2;输入电压Vinl接M2的栅极，M2的源极接M4的栅极，M2的漏极接地；电源电 压通过电流源II接M2的源极。
[0022] 电流源II和Ml或M2组成的源极跟随器将较低的输入电压抬高一个|Ves|。
[0023] 在一种优选的方案中，第一 V-I转换电阻单元中电阻R1 -端接第一电压跟随器中 M3的源极，另一端接电源电压，将电压转换成电流；第二V-I转换电阻单元中电阻R2 -端 接第二电压跟随器中M4的源极，另一端接电源电压，将电压转换成电流。
[0024] 在一种优选的方案中，所述第一电流镜单元包括NM0S管M13、M15,组成NM0S共源 共栅电流镜，按比例复制第一电压跟随器中M7管的电流，作为第一输出电流；
[0025]所述第二电流镜单元包括 NM0S 管 M13、M15，PM0S 管 119、]?10、]\111、]\112，]\113、]\115组 成NMOS，M9、M10、Mil、M12组成PM0S共源共栅电流镜，用于按比例复制第二电压跟随器中 M8管的电流，作为第二输出电流。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用电阻作为电压电流转换结构， 具有线性度高的特点，采用flipped voltage follower (FVF)结构作为输入级，能够探测较 小的差分电压产生大的输出电流，响应速度快，精度高。本发明的差分电压转电流电路具 有转换线性度高的特点，其能够探测较小的差分电压产生大的输出电流，响应速度快，精度 尚。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明差分电压转电流电路结构框图。
[0028] 图2是传统的FVF结构原理图。
[0029] 图3本发明所采用的折叠式FVF结构原理图。
[0030] 图4为本发明差分电压转电流电路原理图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0032] 本发明公开了一款差分电压-电流转换线性度高，能够探测较小的差分电压产生 大的输出电流，响应速度快的差分电压转电流电路。
[0033] 参照图1，图1是本发明差分电压转电流电路结构框图。该差分电压转电流电路包 括第一电压跟随器101、第二电压跟随器201、第一 V-I转换电阻单元102、第二V-I转换电 阻单元二202、第一电流镜单元103、第二电流镜单元203。其中：
[0034] 所述第一电压跟随器101、第二电压跟随器201，用于接收输入电压Vinl、Vin2并 进行缓冲；
[0035] 所述第一 V-I转换电阻单元102、第二V-I转换电阻单元二202,用于将电压线性 转换成电流；
[0036] 所述第一电流镜单元103、第二电流镜单元203,用于按比例复制来自第一电压跟 随器101、第二电压跟随器201的支路电流并产生第一、二输出电流，第一、第二输出电流合 并后形成电路输出电流。
[0037] 参照图2,是传统的FVF结构原理图，通过M2的电流被偏置为I。，因此M2的栅源 极电压差|\ S2|也是固定的，\到V。的小信号增益是1，并且独立于输出电流，它们的关系 如式⑴所示：
[0038] H+IVj (1)
[0039] 电路在M2管的漏极和Ml管的栅极存在负反馈，能根据输出电流的变化来调节 Ves2，电路的输出电阻r。?非常小，为：
【主权项】
1. 一种差分电压转电流电路，其特征在于，该电路包括： 第一电压跟随器（101)，用于接收输入电压Vinl并缓冲； 第二电压跟随器（201)，用于接收输入电压Vin2并缓冲； 第一 V-I转换电阻单元（102 )，包括电阻R1，将电压转换成电流； 第二V-I转换电阻单元（202)，包括电阻R2，将电压转换成电流； 第一电流镜单元（103)，用于按比例复制来自第一电压跟随器（101)的支路电流，产生 第一输出电流； 第二电流镜单元（203)，用于按比例复制来自第二电压跟随器（201)的支路电流，产生 第二输出电流； 第一、第二输出电流合并后形成电路输出电流。
2. 根据权利要求1所述的差分电压转电流电路，其特征在于，第一电压跟随器（101)包 括第一折叠式FVF结构电压跟随器，所述第一折叠式FVF结构电压跟随器包括电流源10、 PMOS管M3、M5和NMOS管M7,输入电压Vinl接M3的栅极，M3的源极接M5的源极，M3的漏 极通过电流源10接地，M3的漏极接M7的栅极，M5的栅极接M5的漏极，M5的漏极接M7的 漏极，M7的接地； 第二电压跟随器（201)包括第二折叠式FVF结构电压跟随器；所述第二折叠式FVF结 构电压跟随器包括电流源I0、PM0S管M4、M6和NMOS管M8,输入电压Vinl接M4的栅极，M4 的源极接M6的源极，M4的漏极通过电流源10接地，M4的漏极接M8的栅极，M6的栅极接M6 的漏极，M6的漏极接M8的漏极，M8的接地。
3. 根据权利要求2所述的差分电压转电流电路，其特征在于，所述第一电压跟随器 (101) 还包括第一源极跟随器，所述第一源极跟随器包括电流源II和PMOS管Ml ;输入电压 Vinl接Ml的栅极，Ml的源极接M3的栅极，Ml的漏极接地；电源电压通过电流源II接Ml 的源极； 所述第二电压跟随器（201)还包括第二源极跟随器，所述第二源极跟随器包括电流源 II和PMOS管M2 ;输入电压Vinl接M2的栅极，M2的源极接M4的栅极，M2的漏极接地；电 源电压通过电流源II接M2的源极。
4. 根据权利要求3所述的差分电压转电流电路，其特征在于，第一 V-I转换电阻单元 (102) 中电阻R1 -端接第一电压跟随器（101)中M3的源极，另一端接电源电压，将电压转 换成电流；第二V-I转换电阻单元（202)中电阻R2 -端接第二电压跟随器（201)中M4的 源极，另一端接电源电压，将电压转换成电流。
5. 根据权利要求4所述的差分电压转电流电路，其特征在于， 所述第一电流镜单元（103)包括NMOS管Ml3、Ml5,组成NMOS共源共栅电流镜，按比例 复制第一电压跟随器（101)中M7管的电流，作为第一输出电流； 所述第二电流镜单元（203)包括 NMOS 管 M13、M15, PMOS 管 M9、M10、M11、M12, M13、M15 组成NMOS, M9、MIO、Mil、M12组成PMOS共源共栅电流镜，用于按比例复制第二电压跟随器 (201)中M8管的电流，作为第二输出电流。
【专利摘要】本发明公开了一种差分电压转电流电路，该电路包括：第一电压跟随器，用于接收输入电压Vin1并缓冲；第二电压跟随器，用于接收输入电压Vin2并缓冲；第一V-I转换电阻单元，包括电阻R1，将电压转换成电流；第二V-I转换电阻单元，包括电阻R2，将电压转换成电流；第一电流镜单元，用于按比例复制来自第一电压跟随器的支路电流，产生第一输出电流；第二电流镜单元，用于按比例复制来自第二电压跟随器的支路电流，产生第二输出电流；第一、第二输出电流合并后形成电路输出电流。本发明采用电阻作为电压电流转换结构，具有线性度高的特点，采用FVF结构作为输入级，能够探测较小的差分电压产生大的输出电流，响应速度快，精度高。
【IPC分类】G05F3-26
【公开号】CN104536510
【申请号】CN201410660035
【发明人】曾衍瀚, 谭洪舟, 李毓鳌, 徐永键
【申请人】中山大学, 广州市花都区中山大学国光电子与通信研究院, 中山大学花都产业科技研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月18日