专利名称：电流镜像电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流镜像电路，包括输入侧晶体管和输出侧晶体 管，所述输入侧晶体管和输出侧晶体管通过发射极或源极耦合，并与 电压连接。所述晶体管可以是双极晶体管或场效应晶体管。
背景技术：
这样的电流镜像电路可以从现有技术得到。电流镜像例如是电流 控制的电源，即在输出获得输入侧电流的放大的、减小的或一致的拷贝。
带有传感器的电流镜像电路也被作为输入电流源来运行。这提供 了以下优点，即若输入电流加倍，在环境温度下电压经由传感器不会 有较大改变。这意味着，同使用与传感器串联的测量电阻器的情况相 比，经由传感器的供电电压的变化较小。作为现有技术，图l表示了 这样的己知电流镜像。
然而，这样的电流镜像的缺点在于，在对地短路时，由于基极-发射极电压增大至供电电压电平，电流镜像的晶体管可能被毁坏。在 对地连接为低阻抗时，非常高的电流流过两个晶体管，因此，由于耗 散功率，晶体管存在很大的热损坏的危险。
为了防止这一点及保护电流镜像电路，使用了保护电路，所述保
护电路利用通过附加电阻器的电压降，确定并限制电流。图2和图3 表示了根据现有技术的这种电路。然而，其缺点在于，第一晶体管的 集电极与供电或电池电压之间的电压降较大，直接降低了传感器供电 电压，这是不利的。
JP 05-303 439的摘要公幵了一种电流镜像电路，包括两个接地的 安全电阻器和输入侧安全电阻器，所述输入侧安全电阻器在第三晶体 管的集电极和基极之间转换。EP0602699A2公开了一种限流电路，包括测量晶体管和测量电阻
器°
发明内容
本发明的目的是提供一种电流镜像电路，在对地短路时具有针对 损坏危险的保护，而且在集电极和电池或供电电压之间没有大的电压降。
这个目的是根据本发明通过权利要求1所述的特征来实现的，电 流镜像电路具有输入侧晶体管或场效应晶体管以及输出侧晶体管或场 效应晶体管，所述输入侧晶体管或场效应晶体管以及输出侧晶体管或 场效应晶体管通过发射极或源极耦合，并与电压连接，所述输入侧晶 体管或场效应晶体管以及输出侧晶体管或场效应晶体管彼此电耦合并 与另一场效应晶体管以如下方式连接，所述另一场效应晶体管的源极 与两个晶体管或场效应晶体管的基极或栅极耦合，所述另一场效应晶 体管的漏极与输入侧晶体管或场效应晶体管的集电极或漏极耦合。
以下，耦合的事实可以通过直接耦合或通过间接耦合来实现，因 此，例如，经由耦合电容器或另一个电路元件的耦合也理解为表示耦合。
此处，若输入侧晶体管与输出侧晶体管的发射极与供电电压UB 连接，是有利的。
另外，若场效应晶体管是p沟道场效应晶体管，如有利地是 MOSFET,这也是有利。
另外，若输入侧晶体管和输出侧晶体管是P叩晶体管，是有利的。
作为实施例的进一步优选示例，传感器通过一个连接与输入侧晶 体管的集电极耦合，通过另一连接与地耦合。例如，这样的传感器可 以是汽车的ABS系统的传感器。
作为实施例的进一步示例，输入侧晶体管和输出侧晶体管的发射 极与地连接。
若场效应晶体管是n沟道场效应晶体管，尤其是如MOSFET，是 尤为有利的。若输入侧晶体管和输出侧晶体管是npn晶体管，传感器
通过一个连接与输入侧晶体管的集电极耦合，通过另一连接优选地与
供电电压UB连接，也是有利的。
若场效应晶体管的栅极与控制电路耦合，是尤为有利的。
此处，如下实施例是有利的控制电路具有晶体管，所述晶体管
通过集电极与场效应晶体管的栅极耦合，通过基极至少与电流镜像的
输入侧晶tf管的基极耦合，并通过发射极至少与输入侧晶体管的发射
极耦合。
上述根据本发明的有利实施例使用双极晶体管表示，然而，作为
双极晶体管的替代，也可以使用如MOSFET之类的场效应晶体管，此
时，要连接的是场效应晶体管的源极而非双极晶体管的发射极、场效 应晶体管的漏极而非双极晶体管的集电极、以及场效应晶体管的栅极 而非双极晶体管的基极。于是，p叩晶体管有利地是p沟道场效应晶
体管，npn晶体管有利地是n沟道场效应晶体管，如MOSFET。 进一步的有利实施例在从属权利要求中描述。
参照以下描述的实施例，阐述本发明的这些方面和其他方面，本 发明的这些方面和其他方面通过这些描述将是显而易见的。 在附图中-
图1给出了根据现有技术的电流镜像电路的示意图； 图2给出了根据现有技术的电流镜像电路的示意图； 图3给出了根据现有技术的电流镜像电路的示意图； 图4给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图； 图5给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图； 图6给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图； 图7给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图； 图8给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图； 图9给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图；以及 图0给出了根据本发明的电流镜像电路的示意图。
具体实施例方式
图1示出了电流镜像电路1，其中，两个晶体管，即输入侧晶体
管Q,和输出侧晶体管Q2通过各自的发射极2、3与供电电压UB连接。 晶体管Qm Q2的基极4、 5彼此耦合。传感器7与晶体管Q,的集电极 6连接，所述传感器优选地具有双线接口，其中一个连接8 (如导线) 与集电极6耦合，另一连接9与地耦合。另外，晶体管Q,的基极5 和Q,的集电极6之间有连接10。使用电流镜像电路l，电源U皮形 成为具有双线接口的传感器7。上文已经描述过其优点在于，若在环 境温度下输入电流Iin加倍，经由传感器的电压仅略微改变。这也意味 着，同测量电阻器与传感器7串联的设置相比，电压的变化较小。然 而，该电路的缺点在于，当对地短路时，晶体管Q,和/或Q2存在损坏 的危险。在这种情况下，基极发射极电压将增大至供电电压电平，将 可能损毁晶体管。但是，在对地连接仅为低阻抗时，也有大电流流过 两个晶体管，因此，由于耗散功率，晶体管存在很大的热损毁的危险。
出于这个原因，向电流镜像电路提供了保护措施，如图2所示。 在图2中，示出了电流镜像电路20，其中，在图l的电路中提供了两个 电阻器R,和R2，其中R,在UB与Qi的发射极21之间转换，R2在Q2的发射 极22与UB之间转换。另外，在Q,和Q2各自的基极24、 25及Q,的发射极 21与UB之间提供了保护电路23。此外，电路20与图1的电路1相对应， 因此不再进一步描述。图2的电路利用了附加测量电阻器R,，用于通过 电压降测量和限制输入电流。
图3示出了各自合适的电流镜像电路30，其中包括pnp晶体管31 以替代图2中的保护电路23。晶体管Q3通过其基极32与晶体管Q,的发 射极33耦合，通过其发射极34与UB耦合，并通过其集电极35与Q,和Q2 的基极36、 37耦合。另外，附加电阻器R3在Q,的集电极38和Q,的基极 36之间转换。该电路30使输入电流Iin被限制在0.6V/R,的值，从而实现 了电流镜像的保护。然而，该保护是通过在Q!的集电极和UB之间显著
的电压降来获得的，这样导致了传感器供电电压的不利的降低。
与此相反，图4中示意性表示了根据本发明的有利的电流镜像电 路40。根据图4的电路与图1的电路相对应，其中，在Q!的集电极基极
连接中提供了附加的P沟道场效应晶体管Q3，并为场效应晶体管Q3提 供了控制电路41。此处，场效应晶体管Q3以这样的方式连接，即栅极
43与控制电路41耦合，源极44与两个晶体管Q" Q2的基极45、 46耦合， 漏极47与Qi的集电极48耦合。
若晶体管Q3在线性模式下运行，它产生漏极和源极之间的低阻抗 连接以及它们之间的合适的直接连接。则—电流镜像40如图1中的电流镜 像般运行。然而，若流经晶体管Q,的电流变得过大，栅极电位升高， 使Q3进入饱和模式，使得来自晶体管Q,的集电极的电流减小。于是， 在电流镜像的输入42处的可能的短路造成流入、流出电流镜像的最大 电流被限定，即L和I。ut被限制。因此，有效地保护了电路40，使其免 受例如对地短路及其后果。
图5示出了用于控制场效应晶体管Q3 51的简单电路50，场效应晶 体管Q3实质上与图4的场效应晶体管Q3相对应。在图5中，提供了用于 控制的晶体管Q4，晶体管Q4在发射极侧52与电池或供电电压UB连接， 在集电极侧与场效应晶体管Q3的栅极54连接并通过电阻器R4与地55 连接。Q4的基极56与Q,、 Q2各自的基极57、 58耦合。若只有小电流Ij。 流入晶体管Q,，电压降为RZIQ，其中IC4是Q4的集电极电流，Q3的栅 极源极电压为高。在这种情况下，Q3被导通，如短路或如低阻抗电阻 器一样工作。
然而，若输入电流增大，Q3的栅极源极电压降低，若达到截止电 压，则Q3将改变为截止状态，从而限制了电流镜像50的输入电流I,n。
根据本发明，若电阻器R4被用于评估所连接的微控制器，则可能 更为有利。优选地，只要最大电压保持场效应晶体管Q3导通，在正常 运行状态下可以实现这一点。在这种情况下，甚至可以省略晶体管Q2。
图6示出了根据本发明的电流镜像60的实施例的进一步示例，其 中，电流镜像被设置在传感器61的接地侧。这意味着，与图5的p叩晶 体管相比，晶体管Q,、 Q2和Q4被设计为npn晶体管，场效应晶体管Q3 被设计为n沟道场效应晶体管，例如n沟道MOSFET。因此，与图5的电 路相比，该电路以这样的方式反转，即传感器61的传感器输入和电阻
器R4与Ub逢接，Q,、 Q2和Q4的发射极与地连接。
图4至6中所示的根据本发明的电流镜像电路的实施例的示例也 可以使用场效应晶体管替代双极晶体管来表示。此处为了避免重复， 要连接的是场效应晶体管的源极而非双极晶体管的发射极，要连接的 是场效应晶体管的漏极而非双极晶体管的集电极，要连接的是场效应
晶体管的栅极而非双极晶体管的基极。于是，pnp晶体管有利地是p 沟道场效应晶体管，叩n晶体管有利地是n沟道场效应晶体管，如 MOSFET。
根据本发明的这样的电流镜像电路在图7至10中表示。图7示出了 与图4的电流镜像电路40相似的根据本发明的电流镜像电路100。根据 图7的电路100与图4的电路相对应，其中，在场效应晶体管Q,的漏极-栅极连接中提供了附加的p沟道场效应晶体管Q3，并为场效应晶体管 Q3提供了控制电路101。此处，场效应晶体管Q3以这样的方式连接， 即栅极103与控制电路101耦合，源极104与两个场效应晶体管Q,、 Q2 的栅极105、 106耦合，漏极107与Qi的漏极108耦合。
若晶体管Q3在线性模式下运行，它再次产生漏极和源极之间的低 阻抗连接以及它们之间的合适的直接连接。则电流镜像100如图1中的 电流镜像般工作。然而，若流经晶体管(^的电流变得过大，栅极电位 升高，使Q3进入饱和模式，使得来自晶体管Q,的漏极的电流减小。于 是，在电流镜像的输入102处的可能的短路造成流入、流出电流镜像的
最大电流被限定，即lin和I。ut被限制。因此，有效地保护了电路IOO，
使其免受例如对地短路及其后果。
图8示出了电流镜像电路110，其中，输入111与供电电位UB连接，
场效应晶体管Q,和Q2的源极112、 113与地电位连接。另外，除了在电 路110中使用n沟道场效应晶体管而在电路100中使用p沟道场效应晶体 管之外，电路100与110相对应。此处，场效应晶体管Q3以这样的方式 连接，即栅极115与控制电路116耦合，源极117与两个场效应晶体管 Q,、 Q2的栅极U8、 119耦合，漏极120与Q!的漏极121耦合。
图10示出了用于控制场效应晶体管Q3的简单电路130，场效应晶 体管Q3实质上与图7的场效应晶体管Q3相对应。在图9中，提供了用于 控制目的的另一场效应晶体管Q4，场效应晶体管Q4在源极侧132与电
池或供电电压UB连接，在漏极侧133与场效应晶体管Q3的栅极134连接 并通过电阻器R4与地连接。Q4的栅极136与Q,、 Q2各自的栅极137、 138
孝禺合。
图10示出了根据本发明的电流镜像140的实施例的另一示例，其 中，电流镜像被设置在传感器141的接地侧。这意味着，场效应晶体管 Q,、 Q2、 Q3和Q4被设计为n沟道场效应晶体管，如n沟道MOSFET。因 此，与图9的电路相比，该电路以这样的方式反转，即传感器141的传
感器输入和电阻器R4与UB连接，Q" Q2和Q4的源极极与地电位连接。
权利要求
1.一种电流镜像电路(40、50、60)，包括输入侧晶体管(Q1)或场效应晶体管以及输出侧晶体管(Q2)或场效应晶体管，所述输入侧晶体管或场效应晶体管以及输出侧晶体管或场效应晶体管通过发射极或源极耦合，并与电压(UB，55)连接，所述输入侧晶体管或场效应晶体管以及输出侧晶体管或场效应晶体管通过各自的基极(45、46、57、58)或栅极彼此电耦合，并与场效应晶体管(Q3)以如下方式连接，即场效应晶体管(Q3)的源极(44)与两个晶体管(Q1、Q2)或场效应晶体管的基极(45、46、57、58)或栅极耦合，场效应晶体管(Q3)的漏极(47)与输入侧晶体管(Q1)或场效应晶体管的集电极(48)或漏极耦合。
2. 如权利要求1所述的电流镜像电路，其特征在于输入侧晶体 管(Q,)或场效应晶体管的发射极或源极以及输出侧晶体管(Q2)或 场效应晶体管的发射极或源极与供电电压Ub逢接。
3. 如权利要求1或2所述的电流镜像电路，其特征在于场效应晶体管(Q3)是p沟道场效应晶体管。
4. 如权利要求l、 2或3所述的电流镜像电路，其特征在于输 入侧晶体管(Q。和输出侧晶体管(Q2)分别是pnp晶体管，或者输 入侧场效应晶体管和输出侧场效应晶体管分别是如MOSFET之类的p 沟道场效应晶体管。
5. 如之前任一权利要求所述的电流镜像电路，其特征在于传感 器(61)通过一个连接与输入侧晶体管(Q。或场效应晶体管的集电 极(48)或漏极耦合，并通过另一连接与地(55)耦合。
6. 如权利要求l所述的电流镜像电路，其特征在于输入侧晶体 管(Q。或场效应晶体管的发射极或源极以及输出侧晶体管(Q2)或 场效应晶体管的发射极或源极与地(55)连接。
7. 如权利要求1或6所述的电流镜像电路，其特征在于场效应 晶体管(Q3)是如MOSFET之类的n沟道场效应晶体管。
8. 如权利要求l、 6或7所述的电流镜像电路，其特征在于输 入侧晶体管(Q,)和输出侧晶体管(Q2)分别是叩n晶体管或如MOSFET 之类的n沟道场效应晶体管。
9. 如之前任一权利要求所述的电流镜像电路，其特征在于传感 器(61)通过一个连接与输入侧晶体管(Q,)或场效应晶体管的集电极或漏极耦合，并通过另一连接与供电电压UB连接。
10. 如之前任一权利要求所述的电流镜像电路，其特征在于场效应晶体管(Q3)的栅极(43、 54)与控制电路(41)耦合。
11. 如权利要求IO所述的电流镜像电路，其特征在于控制电路 (41)包括晶体管(Q4)或场效应晶体管，所述晶体管(Q4)或场效应晶体管通过集电极(53)或漏极与场效应晶体管(Q3)的栅极(54) 耦合，通过基极(56)或栅极至少与电流镜像的输入侧晶体管(Q,) 或场效应晶体管的基极(57)或栅极耦合，并通过发射极(52)或源 极至少与输入侧晶体管(Q》或场效应晶体管的发射极或源极耦合。
全文摘要
本发明涉及一种电流镜像电路(40、50、60)，包括输入侧晶体管(Q<sub>1</sub>)或场效应晶体管以及输出侧晶体管(Q<sub>2</sub>)或场效应晶体管，所述输入侧晶体管或场效应晶体管与输出侧晶体管或场效应晶体管通过发射极或源极耦合，并与电压(U<sub>B</sub>，55)连接，所述输入侧晶体管或场效应晶体管以及输出侧晶体管或场效应晶体管通过各自的基极(45、46、57、58)或栅极彼此电耦合，并与场效应晶体管(Q<sub>3</sub>)以如下方式连接，即场效应晶体管(Q<sub>3</sub>)的源极(44)与两个晶体管(Q<sub>1</sub>、Q<sub>2</sub>)或场效应晶体管的基极(45、46、57、58)或栅极耦合，场效应晶体管(Q<sub>3</sub>)的漏极(47)与输入侧晶体管(Q<sub>1</sub>)或场效应晶体管的集电极(48)或漏极耦合。
文档编号H03K17/082GK101375499SQ200780003947
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月25日 优先权日2006年1月31日
发明者斯蒂芬·布茨曼 申请人:Nxp股份有限公司