一种差分电压转电流电路的制作方法

本发明涉及一种电路，特别是涉及一种差分电压转电流电路。

背景技术：

电压转电流电路是模拟电路中的常用模块，单个MOS管是最简单的电压转电流电路，跨导放大器OTA是常见的电压转电流电路，根据应用需求，有不同结构的电压转电流电路。

图1为两种典型电压转电流电路，其中，图1(a)为典型单端电压转电流电路，根据电路理论不难得到该单端电压转电流电路(共源放大电路)的电压电流关系为：

Iout＝I1＝g_m1×V1，

其中，g_m1为MOS管M1的跨导，V1为输入电压；

图1(b)为典型差分电压转电流电路，根据电路理论不难得到该差分电压转电流电路的电压电流关系为

Iout＝I1-I2＝g_m1×(V1-V2)，

其中，g_m1为MOS管M1、M2的跨导，V1、V2为输入电压，若输出端接有电容，则当I1＞I2时，电路向电容充电，当I1＞I2时，电路从电容抽取电荷(电容放电)，可见输出电流Iout具有方向性，而在很多时候希望输出电流Iout不具有方向性，需要一种能反应输入电压差的绝对值的电压转电流电路，现有技术之差分电压转电流电路则无法实现。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种差分电压转电流电路，以实现一种输出电流反应输入电压差的绝对值的差分电压转电流电路。

为达上述及其它目的，本发明提出一种差分电压转电流电路，包括：

差分放大电路，用于将第一输入电压V1、第二输入电压V2转换为第一电流I1、第二电流I2；

第一镜像恒流源，用于将该差分放大电路输出的第一电流I1分别输出两路大小为I1的灌电流；

第二镜像恒流源，用于将该差分放大电路输出的第二电流I2分别输出两路大小为I2的灌电流；

第三镜像恒流源，用于将该第一镜像恒流源之一输出的大小为I1的灌电流转为大小为I1的拉电流；

第四镜像恒流源，用于将该第二镜像恒流源之一输出的大小为I2的灌电流转为大小为I2的拉电流；

第五镜像恒流源，用于将该第一镜像恒流源之另一输出的灌电流与该第四镜像恒流源输出的拉电流的差转换为第三灌电流I3输出；

第六镜像恒流源，用于将该第二镜像恒流源之另一输出的灌电流与该第三镜像恒流源输出的拉电流的差转换为第四灌电流I4输出；

第七镜像恒流源，用于将该第五镜像恒流源输出的第三灌电流I3转换为第五拉电流I5；

第八镜像恒流源，用于将该第六镜像恒流源输出的第四灌电流I4转换为第六拉电流I6。

进一步地，该差分放大电路包括第一NMOS管、第二NMOS管以及第三NMOS管，该第一NMOS管、第二NMOS管用于将该第一输入电压V1、第一输入电压V2转换为该第一电流I1、第二电流I2，该第三NMOS管为偏置电路。

进一步地，该第一镜像恒流源包括第十七PMOS管、第十八PMOS管以及第十九PMOS管，连接成二极管的第十七PMOS管被用作作为该差分放大电路之一路放大电路的第一NMOS管的有源负载，该第一输入电压V1转换得到的第一电流I1流经该第十七PMOS管，第十八PMOS管与第十九PMOS管栅极与该第十七PMOS管栅极相连组成镜像输出管，分别输出两路大小为I1的灌电流。

进一步地，该第二镜像恒流源包括第十二PMOS管、第十三PMOS管以及第十四PMOS管，连接成二极管的第十二PMOS管被用作作为该差分放大电路之另一路放大电路的第二NMOS管的有源负载，该第二输入电压V2转换得到的第二电流I2流经该第十二PMOS管，第十三PMOS管与第十四PMOS管栅极与该第十二PMOS管栅极相连组成镜像输出管，分别输出两路大小为I2的灌电流。

进一步地，该第三镜像恒流源包括第八NMOS管与第五NMOS管，该第八NMOS管采用二极管接法，该第五NMOS管为输出管，用于将该第一镜像恒流的第十八PMOS管输出的大小为I1的灌电流转为大小为I1的拉电流。

进一步地，该第四镜像恒流源包括第四NMOS管与第九NMOS管，该第四NMOS管采用二极管接法，该第九NMOS管为输出管，用于将该第二镜像恒流源的第十三PMOS管输出的大小为I2的灌电流转为大小为I2的拉电流。

进一步地，该第五镜像恒流源包括第二十NMOS管与第二十一NMOS管，该第二十NMOS管采用二极管接法，该第二十一NMOS管为输出管，用于将该第一镜像恒流源的第十九PMOS输出管输出的灌电流与该第四镜像恒流源输出的拉电流的差转换为第三灌电流I3输出。

进一步地，该第六镜像恒流源包括第十五NMOS管与第十六NMOS管，该第十五NMOS管采用二极管接法，该第十六NMOS管为输出管，用于将该第二镜像恒流源的第十四PMOS管输出的灌电流与该第三镜像恒流源输出的拉电流的差转换为第四灌电流I4输出。

进一步地，该第七镜像恒流源包括第十NMOS管与第十一NMOS管，该第十NMOS管采用二极管接法，该第十一NMOS管为输出管，用于将该第五镜像恒流源输出的第三灌电流I3转换为第五拉电流I5。

进一步地，第八镜像恒流源包括第六NMOS管与第七NMOS管，该第六NMOS管采用二极管接法，该第七NMOS管为输出管，用于将该第六镜像恒流源输出的第四灌电流I4转换为第六拉电流I6。

与现有技术相比，本发明一种差分电压转电流电路实现了一种能反应输入电压差的绝对值的电压转电流电路，其可以用于一些测量电路中，使输入压差大时输出电流大，输入压差小时输出电流小，可以动态自适应地调整速度与精度。

附图说明

图1(a)为典型单端电压转电流电路；

图1(b)为典型差分电压转电流电路；

图2为本发明一种差分电压转电流电路的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种差分电压转电流电路的结构示意图。如图2所示，本发明一种差分电压转电流电路，包括：差分放大电路90和第一镜像恒流源10、第二镜像恒流源20、第三镜像恒流源30、第四镜像恒流源40、第五镜像恒流源50、第六镜像恒流源60、第七镜像恒流源70、第八镜像恒流源80。

其中，差分放大电路90由NMOS管M1、M2、M3组成，NMOS管M1、M2用于将第一输入电压V1、第一输入电压V2转换为电流I1、I2，NMOS管M3为偏置电路；第一镜像恒流源10由PMOS管M17、M18、M19组成，连接成二极管的PMOS管M17被用作差分放大电路90的一路放大电路(NMOS管M1)的有源负载，第一输入电压V1转换得到的第一电流I1流经M17，PMOS管M18、M19栅极与PMOS管M17栅极相连组成镜像输出管，分别输出两路大小为I1的灌电流；第二镜像恒流源20由PMOS管M12、M13、M14组成，连接成二极管的PMOS管M12被用作差分放大电路90的另一路放大电路(NMOS管M2)的有源负载，第二输入电压V2转换得到的第二电流I2流经M12，PMOS管M13、M14栅极与PMOS管M12栅极相连组成镜像输出管，分别输出两路大小为I2的灌电流；第三镜像恒流源30由NMOS管M8、M5组成，NMOS管M8为二极管接法，NMOS管M5为输出管，用于将第一镜像恒流源10的PMOS输出管M18输出的大小为I1的灌电流转为大小为I1的拉电流；第四镜像恒流源40由NMOS管M4、M9组成，NMOS管M4为二极管接法，NMOS管M9为输出管，用于将第二镜像恒流源20的PMOS输出管M13输出的大小为I2的灌电流转为大小为I2的拉电流；第五镜像恒流源50由NMOS管M20、M21组成，NMOS管M20为二极管接法，NMOS管M21为输出管，用于将第一镜像恒流源10的PMOS输出管M19输出的灌电流与第四镜像恒流源40输出的拉电流的差转换为第三灌电流I3输出，且当I1＜I2时，I3＝I1-I2，当I1＞I2时，I3＝0；第六镜像恒流源60由NMOS管M15、M16组成，NMOS管M15为二极管接法，NMOS管M16为输出管，用于将第二镜像恒流源20的PMOS输出管M14输出的灌电流与第三镜像恒流源30输出的拉电流的差转换为第四灌电流I4输出，当I1＜I2时，I4＝0，当I1＞I2时，I4＝I1-I2；第七镜像恒流源70由NMOS管M10、M11组成，NMOS管M10为二极管接法，NMOS管M11为输出管，用于将第五镜像恒流源50输出的第三灌电流I3转换为第五拉电流I5；第八镜像恒流源80由NMOS管M6、M7组成，NMOS管M6为二极管接法，NMOS管M7为输出管，用于将第六镜像恒流源60输出的第四灌电流I4转换为第六拉电流I6。

具体地，NMOS管M8、M5、M4、M9、M6、M7、M10、M11、M3的源极接地，PMOS管M17、M18、M19、M12、M13、M14、M20、M21、M15、M16源极接电源；NMOS管M1、M2的栅极分别连接第一输入电压V1、第二输入电压V2，NMOS管M1、M2的源极连接至偏置NMOS管M3的漏极，偏置NMOS管M3的栅极接偏置电压Vbias；NMOS管M1的漏极接PMOS管M17、M18、M19的栅极和PMOS管M17的漏极，NMOS管M2的漏极接PMOS管M12、M13、M14的栅极和PMOS管M12的漏极，PMOS管M18的漏极接NMOS管M8、M5的栅极和NMOS管M8的漏极，PMOS管M13的漏极接NMOS管M4、M9的栅极和NMOS管M4的漏极，PMOS管M19的漏极接PMOS管M20、M21的栅极和PMOS管M20的漏极、NMOS管M9的漏极，PMOS管M14的漏极接PMOS管M15、M16的栅极和PMOS管M15的漏极、NMOS管M5的漏极；PMOS管M21的漏极接NMOS管M10、M11的栅极和NMOS管M10的漏极，PMOS管M16的漏极接NMOS管M6、M7的栅极和NMOS管M6的漏极；NMOS管M11的漏极与NMOS管M6的漏极相连组成输出电流Iout的输出节点。

假设所有电流镜比例1:1，由克希霍夫不难得到输出电流Iout＝I5+I6＝I3+I4。当I1＞I2时，第六镜像恒流源60之PMOS管M15中流过的电流为I1-I2，而PMOS管M16与PMOS管M15镜像连接，则流过PMOS管M16的电流I4＝I1-I2，第五镜像恒流源50之PMOS管M20中流过的电流为0，而PMOS管M21与PMOS管M20镜像连接，则流过PMOS管M21的电流I3＝0，故Iout＝I5+I6＝I3+I4＝I1-I2，即Iout＝|I1-I2|；当I1＜I2时，第六镜像恒流源60之PMOS管M15中流过的电流为0，而PMOS管M16与PMOS管M15镜像连接，则流过PMOS管M16的电流I4＝0，第五镜像恒流源50之PMOS管M20中流过的电流为I2-I1，而PMOS管M21与PMOS管M20镜像连接，则流过PMOS管M21的电流I3＝I2-I1，故Iout＝I5+I6＝I3+I4＝I2-I1，即Iout＝|I1-I2|；假设差分放大电路90之NMOS管M1、M2的跨导均为g_m1，由于I1＝g_m1×V1，I2＝g_m1×V2，则得到Iout＝g_m1×|V1-V2|，即输出电流与差分电压(第一输入电压V1与第二输入电压V2之差)的绝对值成正比。

综上所述，本发明一种差分电压转电流电路实现了一种能反应输入电压差的绝对值的电压转电流电路，其可以用于一些测量电路中，使输入压差大时输出电流大，输入压差小时输出电流小，可以动态自适应地调整速度与精度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。