适用于低电压环境的电流镜电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于模拟CMOS集成电路领域，具体涉及适用于低电压环境的电流镜电路。
【背景技术】
[0002] 摩尔定律预测每18个月芯片上集成的晶体管数量翻一倍，这一预测即被过去 几十年半导体工业的发展所证实，也指引了半导体工业的发展。竞争驱使半导体工业 不断发展更先进的制造工艺，制造出的晶体管尺寸越来越小，相同数量晶体管占用的芯 片面积得以减小，成本降低。更先进的制造工艺还有利于提高芯片集成度，制造性能 更好、功能更强的集成电路产品。半导体制造工艺每推进一个节点，关键尺寸就缩小 1/1倍，晶体管面积则缩小为原来的一半，晶体管的栅氧化层也变薄，在保持晶体管跨导不 变的情况下，芯片的工作电压就可以降低。电源电压降低有利于减小功耗，同时还不会牺牲 数字电路的工作速度。事实上，在集成电路工艺等比例缩小的过程，晶体管的跨导几乎保持 不变，即驱动能力不变，而被驱动的容性负载随工艺尺寸的变小而减小，因此电路工作速度 变快。在现代的S0C芯片中，数字电路和模拟电路往往集成在一起，共用同一电源，数字电 路随工艺的进步要求电源电压降低。但是模拟模块常常要求在较高的电源电压下工作才能 取得较好的性能，这对模拟电路设计提出了更高的挑战。设计能够在低电压下工作的模拟 电路结构，具有重要的实用意义。
[0003] 电流镜是一种在模拟电路中广泛使用的功能结构，其功能是成比例的复制一条支 路的电流到其它的支路。被复制的电流，由该支路中与电流镜晶体管串联的模块产生，该模 块的电压降为电源电压减去电流镜晶体管源漏端电压降。因此，现有结构的电流镜(如图2 所示）难以运用在低电源电压的环境。
【发明内容】
[0004] 针对现有电流镜的不足，本发明提供一种新结构的电流镜，能够有效运用在低电 源电压的工作环境中，其具体结构如下： 本发明的组成部分包括： 一种应用于低电压环境的电流镜电路，由电流镜单元1、减压降电路2和启动电路3三 部分构成； 所述电流镜单元1包括第一晶体管MP1和第二晶体管MP2 ;其中，第一晶体管MP1的栅 极与第二晶体管MP2的栅极相连，第一晶体管MP1和第二晶体管MP2的源极都连接电源电 压； 所述减压降电路2包括第三晶体管MP3、第四晶体管是MN1、第五晶体管MN2和第六晶 体管丽3 ;其中，第三晶体管MP3的栅极和源极分别与第一晶体管MP1的栅极和源极相连 接；第四晶体管丽1的漏极和栅极与第三晶体管MP3的漏极相连接；第五晶体管丽2的源 极和栅极分别与第四晶体管MN1的源极和栅极连接；第五晶体管MN2的源极和第四晶体管 MN1的源极连接零电位；第五晶体管MN2的漏极和第六晶体管MN3的源极连接；第六晶体管 MN3的栅极和源极分别与第一晶体管MP1的漏极和栅极相连接；第六晶体管MN3的漏极连 接电源电压； 所述启动电路3包括第七晶体管MP4,其中，第七晶体管MP4的源极和漏极分别接第一 晶体管MP1的漏极和栅极，第七晶体管MP4的栅极连接电源电压。
[0005] 所述所有的NM0S管衬底接零电平，所有的PM0S管衬底接电源电压。
[0006] 有益的技术效果 本发明能减小电流镜中电流被复制的晶体管的源漏端电压降，使得在低电源电压时， 能为产生电流的模块提供足够大的电压降，使其能正常工作或取得更好的性能。
[0007] 本发明的各单元的结构和特点简单说明如下： 本发明中的电流镜，由多只源端和栅端分别共连接的晶体管组成，其中电流被复制的 支路，产生电流镜晶体管的栅源电压。在图1中，组成电流镜的晶体管是MP1和MP2、MP3， MP1的源漏电流被MP2和MP3复制。
[0008] 本发明中的减小电流镜中电流被复制晶体管源漏电压降的结构。传统的电流镜结 构如图2所示，MP2:复制MP1J勺电流。MP1J勺栅端和漏端相连，其源漏电压等于栅源 电压。但是正常工作时MP1 于饱和区，源漏电压可以比栅源电压小，其差幅最大可以达 到MPl^的阈值电压。图1中的电路利用这个原理减小MP1的源漏电压降，其原理是通过MP3、丽1和丽2使一条复制电流通过晶体管丽3产生栅源电压降，并将这栅源电压反向施 加于MP1晶体管的栅漏端。
[0009] 本发明中的启动电路MP4,其功能是在上电时使晶体管MP1的栅端和漏端连通，使 电流镜能从零电流状态转为工作状态，上电完成后，MP4自动关断，将MP1的栅端和漏端断 开。
[0010] 参见图1，记第七晶体管MP4的栅极、第一晶体管MP1的源极、第二晶体管MP2的源 极、第三晶体管MP3的源极、第六晶体管丽3的漏极的共同连接点为节点a;记第七晶体管 MP4的漏极、第一晶体管是MP1的栅极、第二晶体管MP2的栅极、第三晶体管MP3的栅极、第 六晶体管MN3的源极、第五晶体管MN2的漏极的共同连接点为节点b;记第七晶体管MP4的 源极、第六晶体管丽3的栅极、第一晶体管是MP1的漏极的共同连接点为节点c。
[0011] 本发明的工作过程为：在上电前，节点a的电压为零电平，故MP4处于导通状态，使 节点b和c相连通。在初始上电时，MP1的源端电位升高，而栅端b和漏端c同处零电平， 当MP1栅源电压超过MP1的阈值电压时MP1导通，电流镜进入正常工作状态。上电完成后， MP4的栅极电压高于源极和漏极电压而关断，将节点b和c断开。此时MP3复制MP1的电 流，并通过丽1和丽2组成的电流镜使此电流流过丽3,丽3的栅源电压降使c点的电位高 于b点。
[0012] 对比图2所述的普通电流镜，其MP1的源漏电压降比1^1。1(1的源漏电压降小，其差 值等于丽3的栅源电压。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明电路图。
[0014] 图2是现有电流镜的典型结构图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明做进一步说明： 参见图1，一种应用于低电压设计的电流镜电路，由电流镜单元1、减压降电路2和启动 电路3三部分构成； 所述电流镜单元1包括第一晶体管MP1和第二晶体管MP2 ;其