一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路以及方法与流程

本发明涉及电子电路，具体地涉及一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路以及方法。

背景技术：

1、在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的精准“复制”，从而得到系统中很多电流源。电流镜就是一种电流镜像结构，有着广泛的应用，它不仅可以作为偏置单元也可以作为信号处理单元。如图1所示，是一个由两个nmos管组成的基本电流镜像结构电路，如果不考虑沟道长度调制效应，该电路的一个关键特性就是可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响。iin和iout的比值由晶体管nm1和nm2的尺寸大小决定，该值可控制在合理的精度范围内。但如果考虑沟道长度效应，镜像电流会产生极大的误差，尤其是当nm1和nm2使用最小长度，以便通过减小宽度来减小电流源输出电容时。同时nm2输出端受负载的影响，vout电压由输入电压vin以及nm1和nm2的栅源电压共同决定，它可能不等于vin。另外，如果输入电压vin比较低时（vin<vth），其中vth为nmos管的阈值电压，受nmos管阈值电压vth的限制以及温度变化的影响，电流镜像电路可能无法正常工作。

2、为了抑制沟道调制效应的影响，从而得到更精确的电流镜像，可以使用共源共栅电流镜像结构电路，如图2所示。通过增加nm0和nm3两个共源共栅器件可以使nm1和nm2免受vout变化的影响，使得a、b两点的电压相等，那么iout就可以精确地镜像iin。但是这样一个精度的获得是以nm0消耗的电压余度为代价的，这在某些低压输入应用上是不允许的，例如eml激光器mpd（监控光电二极管）直连应用。

3、目前的电流镜像结构电路存在的缺点：输入电压vin受晶体管器件阈值电压vth的限制和温度变化的影响，无法实现低压输入时电流镜像结构电路正常工作，导致输入电压范围较小，同时需要通过消耗更多电压余度为代价来获得电流镜像精准度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路以及方法，输入电压不受晶体管阈值电压vth的限制和温度变化的影响，在低压输入时电流镜像结构电路正常工作，又可以精确地镜像电流，输入端无需消耗更多的电压余度，输入电压范围更大。

2、本发明是这样实现的：一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，包括：

3、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻、第二电阻与栅电压控制模块；

4、所述第一晶体管的漏极与电路输入端、所述第一电阻的一端连接，栅极与第一外部电流供应端、所述第一电阻的另一端连接，源极与公共端连接；

5、所述第二晶体管的漏极与所述第二电阻的一端连接，栅极与所述第一电阻的另一端连接，源极与公共端连接；

6、所述第三晶体管的漏极与电路输出端连接，栅极与所述栅电压控制模块连接，源极与所述第二电阻的一端连接；

7、所述第二电阻的另一端与第二外部电流供应端连接。

8、进一步地，所述栅电压控制模块包括第三电阻、第四电阻与第五电阻；

9、所述第三电阻的一端与所述第二晶体管的漏极连接，所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的一端、所述第三晶体管的源极连接；

10、所述第四电阻的一端与所述第五电阻的一端、所述第三晶体管的栅极连接，所述第四电阻的另一端与参考电源的正极连接，所述第五电阻的另一端与参考电源的负极连接。

11、进一步地，所述栅电压控制模块包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端与所述电路输入端连接，反向输入端与所述第二晶体管的漏极连接，所述运算放大器的输出端与第三晶体管的栅极连接。

12、进一步地，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管都是nmos管，所述公共端与参考电源的负极连接，所述电路输入端与输入电流源的正极连接，输入电流源的负极与参考电源的正极连接，所述第一外部电流供应端与第一基准电流源的正极连接，第一基准电流源的负极与参考电源的正极连接，所述第二外部电流供应端与第二基准电流源的正极连接，第二基准电流源的负极与参考电源的正极连接。

13、进一步地，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管都是pmos管，所述公共端与参考电源的正极连接，所述电路输入端与输入电流源的负极连接，输入电流源的正极与参考电源的负极连接，所述第一外部电流供应端与第一基准电流源的负极连接，第一基准电流源的正极与参考电源的负极连接，所述第二外部电流供应端与第二基准电流源的负极连接，第二基准电流源的正极与参考电源的负极连接。

14、进一步地，所述第一基准电流源是输出与温度系数无关电流，所述第二基准电流源是输出带有温度系数关系的电流。

15、进一步地，所述第一电阻是可调电阻。

16、一种实现低压输入工作的电流镜像方法，使用上述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，包括以下步骤：

17、当所述电路输入端的电压小于所述第一晶体管的阈值电压时，调高所述第一电阻的阻值或者调高所述第一外部电流供应端的电流值，使所述第一晶体管的栅源电压大于等于所述第一晶体管的阈值电压。

18、进一步地，当所述电路输入端电压大于等于所述第一晶体管的阈值电压时，将所述第一电阻的阻值调零或者将所述第一外部电流供应端的电流值调零，使所述第一晶体管的栅源电压大于等于所述第一晶体管的阈值电压。

19、进一步地，当所述第一晶体管与所述第二晶体管的尺寸比例为1：n时，设置所述第一外部电流供应端与所述第二外部电流供应端的电流值比例为1：n。

20、本发明的优点在于：输入电压不受晶体管阈值电压vth的限制和温度变化的影响，实现了在低压输入时电流镜像结构电路既可以全温下正常工作，又可以精确地镜像电流，同时输入端无需消耗更多的电压余度，输入电压范围更大，满足更多的运用场景需求。

技术特征：

1.一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，所述栅电压控制模块包括第三电阻、第四电阻与第五电阻；

3.根据权利要求1所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，所述栅电压控制模块包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端与所述电路输入端连接，反向输入端与所述第二晶体管的漏极连接，所述运算放大器的输出端与第三晶体管的栅极连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管都是nmos管，所述公共端与参考电源的负极连接，所述电路输入端与输入电流源的正极连接，输入电流源的负极与参考电源的正极连接，所述第一外部电流供应端与第一基准电流源的正极连接，第一基准电流源的负极与参考电源的正极连接，所述第二外部电流供应端与第二基准电流源的正极连接，第二基准电流源的负极与参考电源的正极连接。

5.根据权利要求3所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管都是pmos管，所述公共端与参考电源的正极连接，所述电路输入端与输入电流源的负极连接，输入电流源的正极与参考电源的负极连接，所述第一外部电流供应端与第一基准电流源的负极连接，第一基准电流源的正极与参考电源的负极连接，所述第二外部电流供应端与第二基准电流源的负极连接，第二基准电流源的正极与参考电源的负极连接。

6.根据权利要求4所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，所述第一基准电流源是输出与温度系数无关电流，所述第二基准电流源是输出带有温度系数关系的电流。

7.根据权利要求1所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，其特征在于，所述第一电阻是可调电阻。

8.一种实现低压输入工作的电流镜像方法，其特征在于，使用权利要求4所述的一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种实现低压输入工作的电流镜像方法，其特征在于，当所述电路输入端电压大于等于所述第一晶体管的阈值电压时，将所述第一电阻的阻值调零或者将所述第一外部电流供应端的电流值调零，使所述第一晶体管的栅源电压大于等于所述第一晶体管的阈值电压。

10.根据权利要求8所述的实现一种低压输入工作的电流镜像方法，其特征在于，当所述第一晶体管与所述第二晶体管的尺寸比例为1：n时，设置所述第一外部电流供应端与所述第二外部电流供应端的电流值比例为1：n。

技术总结
本发明提供一种实现低压输入工作的电流镜像结构电路以及方法，包括：第一晶体管的漏极与电路输入端、第一电阻的一端连接，栅极与第一外部电流供应端、第一电阻的另一端连接，源极与公共端连接；第二晶体管的漏极与第二电阻的一端连接，栅极与第一电阻的另一端连接，源极与公共端连接；第三晶体管的漏极与电路输出端连接，栅极与栅电压控制模块连接，源极与第二电阻的一端连接；第二电阻的另一端与第二外部电流供应端连接。本发明的优点在于：输入电压不受晶体管阈值电压VTH的限制和温度变化的影响，实现了在低压输入时电流镜像结构电路既可以全温下正常工作，又可以精确地镜像电流，同时输入端无需消耗更多的电压余度，输入电压范围更大。

技术研发人员：林永辉,刘章旺,洪明,章可循,李发明
受保护的技术使用者：厦门优迅高速芯片有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15