专利名称：一种自适应电流镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种自适应电流镜。
背景技术：
在现有的多位输出的LED恒流驱动电路，其输出电流大小由一个外挂电阻产生的 输入电流决定，输出电流大小和精度取决于比例电流镜。实际使用中，根据具体应用的不 同，需要的输出电流大小也会不同。而现有技术中电流镜的工作范围有限，尤其保持高精度 的工作范围有限。为了满足不同的输出电流需求，其通常做法是按照不同的电流范围分档 设计、生产多个芯片产品，或者在同一个芯片上提供不同精度的使用区间。例如，目前市场 上片内精度士3%常见的3 45mA档、10 50mA档、20 30mA档、30 90mA档等，而对于 标称工作区间为5 90mA的产品，其实际达到片内精度士3%的精确区间仅为10 60mA。 这大大增加了设计开发和生产备货成本，也增加了客户选购产品的难度。如果能够在一颗 芯片上实现较大电流范围内(如1 90mA全范围片内精度士3%)都能保持精度则既减轻 了设计开发负担，又降低了制造成本和提高了生产效率，还可大大提升了客户使用的方便 性。这就需要一种可在宽电流范围内保持高精度的电流镜。电流镜电路在实际使用方面分为两种一种是电流源，即向外输出稳定的电流； 还有一种是电流阱或电流漏，即从外电路吸收稳定的电流，偶数级子级电流镜串联使用即 可以实现电流源与电流阱的相互转换。在模拟电路和/或大规模数模混合集成电路中，经常使用精确的电流作为参考电 流或基准电流。由于同一芯片中基准电源通常用一个，其不同的模拟电路单元(IP)、不同电 路模块设计和/或采用的晶体管类型不同，经常需要提供不同的方向(通常称为灌电流或 拉电流)和不同大小的电流。实际的应用中常常使用简单的NMOS电流镜连接PMOS电流镜 或反之的方法解决，但对精度的损害较大。如果有一种方向灵活、电流范围宽的高精度电流 镜将可有效地解决此问题。在高精度模拟电路中常常需要精确比例的MOS管，例如电流镜的输入管和输出管 之间的宽长比W/L需要精确的比例对称，在版图上必须实行对称设计。在比例管的倍率相 差不大时，版图上容易对称；而当倍率相差过大时，对称的版图设计上就要困难的多，而且 由于工艺波动引起的比例管之间的参数偏差也大。将大倍率拆分成几级较小倍率相串联可 以解决此问题，但在电流镜精度误差较大的情况下无法采用。传统的MOS电流镜电路如
图1所示。输入电流I,ef经过M0，产生M0、M1和M2的栅 电压，这三个晶体管均为NMOS管，且都工作在饱和状态，具有相同的栅源电压。不考虑漏电 压的影响，如果Ml和M2管的宽长比(W/L)与MO的 宽长比相同，则Ml和M2的漏源电流就 等于MO的漏源电流。如果M0、M1、M2的宽长比不同，则三个管子的电流之比等于它们的宽 长比之比。但是，实际使用时，M0、M1和M2管的漏源电压难以保持一致，所产生的误差使这 种传统的电流镜无法满足高精度场合的要求。工作在饱和区MOS管的漏源电流方程如式(1)所示[0008]
权利要求一种自适应电流镜，由若干个子级电流镜串联组成，其特征在于，每个子级电流镜包括一输入电路单元，该输入电路单元由至少一个基本晶体管和至少一个备选晶体管并联组成，基本晶体管的漏极连接一输入电流，备选晶体管与基本晶体管之间设有开关；若干输出电路单元，每个输出电路单元由至少一个基本晶体管和至少一个备选晶体管并联组成，备选晶体管与基本晶体管之间设有开关，输入电路单元与输出电路单元中基本晶体管栅极均互连，输入电路单元与输出电路单元中基本晶体管的源极均互连；一电压检控单元，检测输入电路单元与输出电路单元中晶体管的栅极电压，与预设的两个电压基准比较，根据比较结果控制输入电路单元与输出电路单元中开关的通断。
2.根据权利要求1所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的输入电路单元和输出电 路单元中基本晶体管和备选晶体管具有相同的阈值电压。
3.根据权利要求1或2所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的输入电路单元中基本 晶体管的漏极连接第一运算放大器的一个输入端，第一运算放大器的另一个输入端连接一 参考电压，第一运算放大器的输出端连接所述的输入电路单元中基本晶体管的栅极。
4.根据权利要求1或2所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的输出电路单元中基本 晶体管的漏极通过一负反馈阻抗调节单元输出电流，所述的负反馈阻抗调节单元由第二运 算放大器与第一晶体管组成，所述的第二运算放大器的一个输入端接输入电路单元中基本 晶体管的漏极，第二运算放大器的另一个输入端接第一晶体管的源极和输出电路单元中基 本晶体管的漏极，第二运算放大器的输出端接第一晶体管的栅极。
5.根据权利要求4所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的子级电流镜的输入电路 单元和输出电路单元中的晶体管和第一晶体管为增强型NMOS管或增强型PMOS管；所述的子级电流镜的输入电路单元和输出电路单元中的晶体管如果是NM0S，则其源极 接地；所述的子级电流镜的输入电路单元和输出电路单元中的晶体管如果是PM0S，则其源极 接电流镜工作电压。
6.根据权利要求5所述的自适应电流镜，其特征在于，相邻两个子级电流镜的输入电 路单元和输出电路单元中的晶体管的导电类型不同。
7.根据权利要求1所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的电压检控单元包括第一 电压比较器、第二电压比较器、若干个RS触发器和/或若干个与非门，其中第一电压比较 器将输入电路单元中晶体管的栅极电压与第一电压基准比较，若栅极电压大于第一电压基 准，则通过RS触发器和/或与非门向输入电路单元和/或输出电路单元中的开关发出控制 信号，使开关闭合；第二电压比较器将输入电路单元中晶体管的栅极电压与第二电压基准比较，若栅极电 压小于第二电压基准，则通过RS触发器和/或与非门向输入电路单元和/或输出电路单元 中的开关发出控制信号，使开关断开。
8.根据权利7所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的第一电压基准小于电流镜的 工作电压，所述的第二电压基准大于所述的参考电压与输入电路单元中晶体管阈值电压之 和，第二电压基准小于第一电压基准。
9.根据权利要求1所述的自适应电流镜，其特征在于，所述的输入电路单元和输出电路单元中的晶体管工作在线性区。
专利摘要本实用新型公开了一种自适应电流镜，由若干个子级电流镜串联组成，其中每个子级电流镜包括一输入电路单元，若干输出电路单元和一电压检控单元和一负反馈阻抗调节单元。输入电路单元和输出电路单元由基本晶体管和备选晶体管并联组成，基本晶体管和备选晶体管之间设有开关，这些晶体管采用相同的类型并具有相同的阈值电压，均工作在线性区；电压检控单元检测输入电路单元与输出电路单元中晶体管的栅极电压，与预设的两个电压基准比较，根据比较结果控制开关的关断，控制备选晶体管的导通或截止来调节输出电流的范围。本实用新型拓展了传统电流镜的输出电流范围，并在较大的输出电流范围内保持较高的恒流精度。
文档编号G05F3/26GK201765527SQ20102027366
公开日2011年3月16日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者何乐年, 卢晓冬, 唐仁明, 赵一尘 申请人:苏州日月成科技有限公司