专利名称：电流镜像电路的制作方法
技术领域：
本发明属于一种电流镜像电路，其包括一电流输入端、一电流输出端和一公共端、一布置在所述电流输入端和所述公共端之间的第一可控半导体元件、一布置在所述电流输出端和所述公共端之间的第二可控半导体元件，所述可控半导体元件具有内连接控制电极，其也连接到一个偏压电压源，用于把所述控制电极偏压到一个参考电压，所述电路还包括一互导级，其具有一连接到所述电流输入端的输入和一连接到所述公共端的输出。
背景技术：
从WO00/31604中可得知这种电流镜像电路。在公知的电路中，互导级产生电流，其分开流经第一和第二半导体元件，由此输入电压保持接近参考电压。于是可以理解输入阻抗明显减小，由此得到大带宽。然而，在公知的电路中，输入阻抗相对强烈地依赖于第一和第二可控半导体元件的电流放大系数，它又依赖于输入电流。由于输入电流源通常具有有限阻抗，这带来镜像电路带宽依赖于输入电流的问题。
本发明的概述本发明的目的是提供根据开头段落中的一种电流镜像电路，其中减少带宽对输入电流的依赖性。根据本发明所述电流镜像电路的特征在于所述控制电极经由一第三可控半导体元件连接到所述公共端，并且偏压电压源经由所述第三可控半导体元件的一控制电极连接到所述第一和第二可控半导体元件的控制电极。在低输入电流下，所述第一和第二可控半导体元件的电流放大系数强烈减少。这具有以下影响，即相对大的电流流经这些半导体元件的控制电极。在本发明的电流镜像电路中，经由控制电极到公共端的电流经由第三可控半导体元件流回，由此该影响得到补偿。因此输入阻抗和及其带宽较少依赖于输入电流。
在优选实施例中，内连接控制电极还连接到电流源。这个电流源同时可以用于偏压第三半导体元件和偏压该互导级的一个组件。
另一个优选实施例的特征在于所述第一和第二半导体元件具有1∶P的面积比。在这种方式中电路运行为电流放大器。
另一个优选实施例的特征在于所述第一和第二半导体元件由第一和第二电容阻抗来桥接，其电容值比率为1∶P。这种措施还提高了带宽。由互导级产生的高频组份以由它们电容值比确定的比率分开流经第一和第二电容阻抗。由于电容值比与可控半导体元件面积比相一致，在大频率范围内得到平坦的放大频率特性。
本发明另一个优选实施例的特征在于所述内连接控制电极经由一第三电容阻抗和一第四可控半导体元件进一步连接到参考电压，和所述第四可控半导体元件的一控制电极连接到所述公共端。在本发明电路中，所述公共端表示相对大的电压变化。这些可以导致经由寄生电容的损耗。由第三电容元件和第四可控半导体元件构成的辅助电路实现以下，即这些损耗得到补偿，因此带宽还得到进一步提高。
根据本发明的集成电路包含至少一根据本发明的所述电流镜像电路和具有一连接到它的电流输入端的输出的一光电二极管。所述集成光电二极管与分立的光电二极管相比具有相对小的电容，这也有利于所述带宽。
在附件“High-Bandwidth Low-Capacitance Integrated Photo Diodes forOptical Storage”中更详细描述这种集成电路。
附图的简要说明优选实施例的详细描述
图1图解地表示包含光电二极管A，…，F的集成电路，光电二极管A，…，D连接到电流前置放大器1A，…，1D并且光电二极管F和G分别连接到互阻抗放大器3F和3G。电流前置放大器1A，…，1D每个具有一第一输出，其连接到各自的互阻抗放大器2A，…，2D。电流前置放大器1A，…，1D每个具有一第二输出。后者内连接并连接到另一个互阻抗放大器的输入。
在图2中更详细地表示一个所述电流前置放大器。所述电流放大器包含级连的电流反射镜14、18、22和26来放大二极管A提供的信号。所述电流放大器包含电流镜像电路14，其包括一连接到光电二极管A的电流输入端14A、一电流输出端14B和一公共端14C。互导级12具有一连接到所述电流输入端14A的输入12A和一连接到公共端14C的输出12B。所述互导级具有连接到参考电压源10的另一输入12C。同样电流镜像电路18和22连接到互导级16和20。所述电流镜像电路也连接到互导级24，但是在这种情况下，互导级24的输出连接到可控半导体元件26A、26B的相互内连接控制电极上，其构成该电流镜像电路的一部分。
图3表示根据本发明电流镜像级14的实施例。所述电流镜像电路包括电流输入端14A、电流输出端14B和公共端14C。所述输入端14A连接到光电二极管A，这里其以信号电流源Sph和寄生电容Cph形式来表示。所述输出端14B连接到负载Zi2。第一可控半导体元件T1布置在电流输入端14A和公共端14C之间。第二可控半导体元件T2布置在电流输出端14B和公共端14C之间。在这种情况下所述半导体元件T1、T2经由衰减电阻R2、R3连接到公共端。所述可控半导体元件T1、T2具有内连接控制电极T1A、T2A，其也连接到偏压电压源VBIAS，用于把所述控制电极偏压到参考电压。
所述电路还包括互导级12，其具有一连接到电流输入端14A的输入12A和一连接到公共端14C的输出12B。
本发明电路的特征在于所述内连接控制电极T1A、T2A经由第三可控半导体元件T3连接到公共端，并且偏压电压源VBIAS经由第三可控半导体元件T3的控制电极T3A连接到这些控制电极T1A、T2A。所述内连接控制电极T1A、T2A还连接到电流源SI。
在所示实施例中，所述互导级12包含一个第五可控半导体元件T5，其布置在它的输出12B和接地GND之间。所述第五可控半导体元件T5具有一个控制电极，其连接到另一个可控半导体元件M0和电阻阻抗R1串联电路的公共节点12D上。所述电流源SI偏压所述第三和第五可控半导体元件T3和T5。
图3中所示电路运行如下。如果所述光电二极管提供电流Iph给电流反射镜输入端14A，所述互导级12将从电流反射镜公共端14C收回电流Ic，由此经由输入端14A的电流Ii1等于光电二极管A提供的电流Iph。由T1和T2构成的电流反射镜的运行具有以下效果，即电流Io1由所述第二可控半导体元件T2来提供。所述电流比为Io1∶Ii1＝P，P是所述可控半导体元件T1，T2的面积比。同时所述可控半导体元件T1，T2的控制电极T1A，T2A分别传导电流Ib1，Ib2，由此Ii1＝αIb1和Io1＝αIb2。由于所述第三可控半导体元件T3由电流源来偏压，将基本上从公共端12B经由半导体元件T3的主电流通道传导信号电流Ib1+Ib2。因此这些信号电流Ib1，Ib2基本上不能对互导级12收回的电流Ic起作用。因此电流Ic是Ii1(1+P)。如果互导级具有放大系数gm，然后输入阻抗总计为(1+P)/gm其不依赖于所述可控半导体元件T1，T2的电流放大系数。
在其不包括本发明中的可控半导体元件T3的公知的电路中，输入电阻总计为(1+P)(1+1/α)gm因此在公知的电路中所述输入阻抗依赖于可控半导体元件的放大系数α。又依赖于这些元件传导的电流。在低输入电流下，放大系数α减小，因此输入阻抗增加。这导致在较高频率下信号损耗增加。在本发明电路中，这个现象已经基本上消除。
图4表示本发明电流反射镜的第二实施例。在图4中具有相同标记的元件是相同的。这个实施例的特征在于第一和第二半导体元件T1，T2由第一和第二电容阻抗C1，C2来桥接，其电容值比率为1∶P。所述第一和第二电容阻抗C1，C2将分别传导信号电流Ic1和Ic2，其比率为Ic2/Ic1＝P。因此所述电容阻抗C1，C2以与可控半导体元件相同的比作用于流经输入和输出端14A，14B的电流。由于所述电流反射镜输入信号的频率增加和可控半导体元件T1，T2的放大系数减小，所述电容阻抗C1，C2逐渐地取代半导体元件T1，T2的功能。
图5表示本发明电流反射镜的第三施例。具有与图4相同标记号的图5的部件是相同的。所示实施例的特征在于所述内连接控制电极T1A，T2A经由第三电容阻抗C3和第四可控半导体元件T4进一步连接到参考电压GND。所述第四可控半导体元件T4的控制电极T4A连接到公共端14C。
如图5所图解的，可以由寄生阻抗Cp产生损耗Ip。然而，由于在本发明这个实施例中，所述寄生电容Cp、所述偏压电压源、T3的基极—射极转换、电容阻抗C和T4的射极—基极转换构成闭环回路，电压总和应该是0。由此断定只要选择所述电容C3等于寄生电容Cp，寄生电流Ip完全得到补偿。
图6图解地表示再现光学记录载体30的装置。所述装置包含读取头40，其包括辐射光源41用于产生辐射光束42。所述读取头还包含光学系统43，其用于与记录载体30交互作用后把光束导向到一个或更多光电二极管。所述读取头40也包含具有各自放大器的信号处理电路，所述放大器包含本发明的电流镜像电路，例如根据图3、4和5中所示的一个实施例。每个电流镜像电路具有连接到一个光电二极管的输入。在所示实施例中所述光电二极管和放大器一起集成在图1中图解表示的IC45中。所述信号处理电路的信号输出连接到信道译码电路和/或误差校正电路50，用于从信号处理电路提供的信号Sout中重建信息流Sinfo。所述装置装备有设备61，62，其用于提供读取头40和记录载体30之间的相对运动。在所示实施例中，设备61旋转记录载体而设备62提供读取头的径向移动。另外设备61，62例如可以是直线马达，用于在互相垂直的方向上分别移动读取头40和记录载体。
注意，本发明保护范围不局限于这里描述的实施例。在这些实施例中主要示出双极晶体管。然而，可以代替双极晶体管使用单极或MOSFET晶体管。在这种情况下，单极晶体管的栅极、源极和漏极分别代替双极晶体管的基极、射极和集电极。通过在公共端14C和附加输出端14B之间提供多个同样的晶体管T2，多个输出是可能的。本发明保护范围也不受权利要求中的标记号限制。词‘包含’不排除权利要求中所提到的部件之外的其它部件。元件前的词‘一’不排除多个这种部件。构成本发明部分的设备可以以专用硬件形式或以可编程通用处理器的形式来实现。本发明在于每个新特征或特征组合。
权利要求
1.一种电流镜像电路，其包括一电流输入端、一电流输出端和一公共端、一布置在所述电流输入端和所述公共端之间的第一可控半导体元件、一布置在所述电流输出端和所述公共端之间的第二可控半导体元件，所述可控半导体元件具有内连接控制电极，其也连接到偏压电压源，用于把所述控制电极偏压到参考电压，所述电路还包括一互导级，其具有一连接到所述电流输入端的输入和一连接到所述公共端的输出，其特征在于所述控制电极经由一第三可控半导体元件连接到所述公共端，并且偏压电压源经由所述第三可控半导体元件的一控制电极连接到所述第一和第二可控半导体元件的控制电极。
2.根据权利要求1所述的电流镜像电路，其特征在于所述内连接控制电极还连接到一电流源。
3.根据权利要求1或2所述的电流镜像电路，其特征在于所述第一和第二可控半导体元件具有1∶P的面积比。
4.根据权利要求3所述的电流镜像电路，其特征在于所述第一和第二、半导体元件由第一和第二电容阻抗来桥接，其电容值比率为1∶P。
5.根据权利要求1所述的电流镜像电路，其特征在于所述内连接控制电极经由一第三电容阻抗和一第四可控半导体元件进一步连接到参考电压，并且所述第四可控半导体元件的一控制电极连接到所述公共端。
6.一种集成电路，其包含至少一根据权利要求1-5中任何一个所述的电流镜像电路和具有一连接到它的电流输入端的输出的一光电二极管。
7.用于再现光学记录载体的装置，包含一读取头，其包括产生光束的光源；一光学系统，其用于将与所述记录载体交互作用后相应所述光束导向到一个或更多光电二极管；相应的放大器，其包含根据权利要求1-5中任何一个所述的电流镜像电路，每个具有一连接到一个光电二极管的输入；一信道译码电路和/或误差校正电路，其用于从放大器提供的信号中重建信息流；用于提供所述读取头和记录载体之间相对移动的设备。
全文摘要
本发明描述一种电流镜像电路,其包括一电流输入端(14A)、一电流输出端(14B)和一公共端(14C)、一布置在所述电流输入端(14A)和公共端(14C)之间的第一可控半导体元件(T1)、一布置在所述电流输出端(14B)和公共端(14C)之间的第二可控半导体元件(T2),所述可控半导体元件(T1,T2)具有内连接控制电极(T1A,T2A),其也连接到偏压电压源(VBIAS),用于把所述控制电极偏压到参考电压,所述电路还包括一互导级(12),其具有一连接到所述电流输入端(14A)的输入(12A)和一连接到所述公共端(14C)的输出(12B),所述控制电极(T1A,T2A)经由一第三可控半导体元件(T3)连接到所述公共端(14C),并且偏压电压源(VBIAS)经由所述第三可控半导体元件(T3)的一控制电极(T3A)连接到所述第一和第二可控半导体元件(T1,T2)的控制电极。所述电流镜像电路在低输入电流下也具有高带宽并且非常适合用于再现光学记录载体的装置。
文档编号H03F3/343GK1388924SQ01802640
公开日2003年1月1日 申请日期2001年8月29日 优先权日2000年9月1日
发明者J·O·沃尔曼, G·W·德永, R·瓦法奥伊埃尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司