半导体电路及减轻半导体电路中电流变动的方法

专利名称：半导体电路及减轻半导体电路中电流变动的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体电路，特别是关于一种能够减轻因所接 收输入信号的变动而导致不良影响的半导体电路。
背景技术：
在大多数模拟电路中，电流源是决定整体电路性能的最基本元 件之一，因此，在模拟电路中，通常需要一个具有较大输出阻抗的
电流源。互补式金属氧化物半导体电路(CMOS)中， 一简单的电流 源如图1所示。N型金属氧化物半导体晶体管MA的源极与栅极分 别连接于恒定电压，漏极是电流源的输出节点。如此简单电路不能 提供足够大的输出阻抗，进而，如图2所示，另一个N型金属氧 化物半导体晶体管MB是被叠加(cascaded)至电流源(即MA)，通 过箝位(clamping)N型金属氧化物半导体晶体管MA的电压来提高 输出阻抗。另外，如图3所示，同样也可采用将增益提升 (gain-boosting)电路应用到电流源中。
尽管如此，上述方案会消耗电压余量(headroom),因此，以上 方案并不能适应新型的互补式金属氧化物半导体处理技术对低电 压的需求。

发明内容
因此，为有效解决以上存在的技术问题，本发明提供了一种半 导体电路及减轻半导体电路中电流变动的方法。
本发明揭示一种半导体电路，包括主电路，接收输入信号， 主电路包括第一电流源耦接于第一节点与第一电源电压间，并依 据偏压，产生第一电流；以及复制电路，耦接于主电路，用于复制 因输入信号的变动引起的在第 一 节点处的电压变动，并依据复制的电压变动动态地调整偏压，以使第 一电流是被维持在恒定值。
本发明揭示一种半导体电路，包括主电路，接收输入信号， 主电路包括第 一 电流源耦接于第 一 节点与第 一 电源电压间，并依 据偏压，产生第一电流；以及复制电路，耦接于主电路，用于复制 因输入信号的变动引起的通过第 一 电流源的失真电流，并输出复制 的失真电流至主电路，以使主电路输出的电流是被维持在恒定值。
本发明揭示一种减轻半导体电路中电流变动的方法，半导体电 路具有接收输入信号的主电路与耦接于第 一 节点与第 一 电源电压 间的第一电流源，其中包括复制因输入信号的变动引起的在第一 节点处的电压变动；以及依据复制的电压变动动态地调整第一电流 源的偏压，以使第 一 电流源提供的第 一 电流维持在恒定值。
本发明提供的半导体电路及减轻半导体电路中电流变动的方 法，能够适应新式的互补式金属氧化物半导体处理技术对低电压的需求。


图1是显示 一 电流源的电路图。 图2是显示另 一 电流源的电路图。 图3是显示具有增益提升电路的电流源的电路图。 图4是显示本发明一实施例半导体电路的电路图。 图5是显示本发明第二实施例半导体电路的电路图。 图6是显示本发明实施例减轻半导体电路中电流变动的方法 的示意图。
图7是显示本发明第三实施例半导体电路的电路示意图。 图8是显示本发明第四实施例半导体电路的电路示意图。 图9是显示本发明减轻半导体电路中电流变动的方法流程图。
具体实施例方式
为了让本发明的目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并配合说明书附图啦支详细说明。本发明说明书4是供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中 的各元件的配置用于说明本发明，并非用以限制本发明。且实施例 中附图标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之 间的关联性。
图4是显示本发明一实施例半导体电路的电路示意图。半导体
电路100包括主电路10与复制电^各20。主电路10是为差动放大 器(differential amplifier),依据输入信号Vinl输出差动信号(未显 示)，以及主电路10包括金属氧化物半导体晶体管M1 M3与负栽 单元12。其中金属氧化物半导体晶体管Ml包括耦接于负载单元 12的第一端与耦接于节点Nl的第二端，而金属氧化物半导体晶体 管M2也包括耦接于负载单元12的第一端与耦接于节点N1的第二 端。金属氧化物半导体晶体管Ml与金属氧化物半导体晶体管M2 是构成一差动对，并且金属氧化物半导体晶体管Ml与金属氧化物 半导体晶体管M2的控制端接收输入信号Vinl。金属氧化物半导体 晶体管M3包括耦接于节点Nl的第一端、耦接于第一电源电压 GND(即接地电压)的第二端及一控制端。其中金属氧化物半导体 晶体管M3是被设置成为电流源，以4是供电流Iout。
倘若移除复制电路20，且金属氧化物半导体晶体管M3是以一 恒定电压作为其偏置电压。在节点Nl处的电压VI随输入信号Vinl 变化，因此金属氧化物半导体晶体管M3(即电流源)提供的电流lout 不可能维持在一恒定值。例如，假设输入信号Vinl有细微的减弱， 节点Nl处的电压VI相应的会有所下降，以使得金属氧化物半导 体晶体管M3提供的电流有细微的减弱；同样地，假设输入信号 Vinl有细微的增大，节点Nl处的电压VI相应的会有所增大，以 使得金属氧化物半导体晶体管M3提供的电流产生细微的增大。
随着互补式金属氧化物半导体电路技术的发展，模拟电路提供 的电压愈来愈小，进而导致P型金属氧化物半导体晶体管具有更小 的电压余量。在本实施例中，复制电路20复制节点Nl处的电压 VI的电压变动，进而动态地调整金属氧化物半导体晶体管M3的 偏压，以使电流lout是被維持在一恒定值。由于具有较小电压余量 的P型金属氧化物半导体晶体管，较大的输入信号Vml将导致一些电流的产生。复制电路20包括金属氧化物半导体晶体管M4 M6 与恒定电流源22。为了复制因输入信号Vinl的变动而导致主电路 10中节点Nl处的电压VI的电压变动，金属氧化物半导体晶体管 M4 M6具有与金属氧化物半导体晶体管M1 M3相似的电路连接 结构。例如，金属氧化物半导体晶体管M4具有耦接于节点N2的 第一端与耦接于节点N3的第二端；及金属氧化物半导体晶体管 M5具有耦接于节点N2的第 一 端与耦接于节点N3的第二端。而金 属氧化物半导体晶体管M4与金属氧化物半导体晶体管M5是被设 置为一差动对，并且金属氧化物半导体晶体管M4与M5的控制端 是用以接收输入信号Vinl。金属氧化物半导体晶体管M6具有耦接 于节点N2的第 一 端、耦接于第 一 电源电压GND(即接地电压)的 第二端以及控制端。金属氧化物半导体晶体管M6是被设置为一电 流源。
恒定电流源22是耦接一第二电源电压Vdd与由金属氧化物半 导体晶体管M4、 M5所构成的差动对之间。而经由偏压Vb0(即 节点N3处电压)来对电流源(即金属氧化物半导体晶体管M3、 M6)进4于偏压处理。
输入信号Vinl有细微的减弱时，节点Nl处的电压VI与节点 N2处的电压V2相应的会有所下降。然而，由于恒定电流源22维 持输出电流II,节点N3处的偏压Vb0增大。因此，电流lout并未 因输入信号Vinl(节点Nl处电压Vl)的衰减量而相应减小。其中电 流Iout是由主电路10中被设置成为电流源的金属氧化物半导体晶 体管M3提供。另外，输入信号Vinl有细微的增大时，节点Nl处 的电压VI与节点N2处的电压V2相应的会有所增大。由于恒定电 流源22维持输出电流II,节点N3处的偏压Vb0降低，因此电流 Iout并未因输入信号Vinl或节点Nl处电压VI的增量而相应增大。 藉此，主电路10中金属氧化物半导体晶体管M3提供的电流lout 是保持恒定，而与输入信号Vinl的变动无关。
在本发明实施例中，可选用的电位转换器23是耦接于节点N3 与金属氧化物半导体晶体管M3、 M6的控制端之间，并位准移位节 点N3处的偏压Vb0，以对金属氧化物半导体晶体管M3、 M6进行
10偏压处理。此外，金属氧化物半导体晶体管M3的大小是为金属氧 化物半导体晶体管M6的N倍，其中N〉1，但不限于此，进而改变 电路的回应。
图5是显示本发明第二实施例半导体电路的电路图。如图所 示，半导体电路200包括主电路30与复制电路40。在本实施例中， 主电路30是为一超导(super-gm)电路上的可变增益放大器(VGA)， 并依据输入信号Vin2(如输入电压)产生差分电流Iout(即Iout十 与Iout-)。
主电路30包括金属氧化物半导体晶体管M101 M114及可变 电阻器Rx。金属氧化物半导体晶体管M101包括耦接于第二电源 电压Vdd的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M102的第二 端及耦接于偏压Vb34的控制端。金属氧化物半导体晶体管M102 包括第一端耦接于金属氧化物半导体晶体管M101的第二端、耦接 于节点N4的第二端以及耦接于偏压Vb33的控制端。金属氧化物 半导体晶体管M101与金属氧化物半导体晶体管M102是被设置成 电5充源。
金属氧化物半导体晶体管M103包括耦接于节点N4的第一端、 耦接于节点N5的第二端及耦接至一参考电压Vref(即恒定电压) 的控制端。金属氧化物半导体晶体管M104包括耦接于节点N5的 第一端、耦接于第一电源电压GND的第二端及耦接至偏压Vb31 的控制端。金属氧化物半导体晶体管Ml05包括耦接于节点N4的 第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M106的第二端及耦接至 偏压Vb32的控制端。金属氧化物半导体晶体管M106包括第 一端 耦接于金属氧化物半导体晶体管M105的第二端、耦接于第一电源 电压GND的第二端及耦接至节点N5的控制端。金属氧化物半导 体晶体管M107包括用于提供电流的第一端、耦接于第一电源电压 GND的第二端及耦接至节点N5的控制端。可变电阻器Rx耦接于 节点N4与节点N7间，主电路30(即可变增益放大器)产生的电 流Iout(即Iout+与Iout-)是经由改变可变电阻器Rx的电阻来进行 调整。例如，可变电阻器Rx的功能也可由一金属氧化物半导体晶 体管实现，以上实施例中所述并非对本发明的限制。金属氧化物半导体晶体管M108包括用于提供电流的第 一端、 耦接于第 一 电源电压GND的第二端及耦接至节点N6的控制端。 金属氧化物半导体晶体管M109包括耦接于第一电源电压GND的 第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管Ml 10的第二端及耦接至 节点N6的控制端。金属氧化物半导体晶体管M110包括耦接于节 点N7的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M109的第二端 的一第二端及耦接至偏压Vb32的控制端。金属氧化物半导体晶体 管Mill包括耦接于节点N6的第 一 端、耦接于第 一 电源电压GND 的第二端及耦接至偏压Vb31的控制端。金属氧化物半导体晶体管 Ml 12包括耦接于节点N7的第 一 端、耦4姿于节点N6的第二端及耦 接于输入信号Vin2的控制端。金属氧化物半导体晶体管Ml 14包 括耦接于第二电源电压Vdd的第一端，耦接于金属氧化物半导体 晶体管M113的第二端。金属氧化物半导体晶体管M113包括耦接 于金属氧化物半导体晶体管M114的第一端、耦接于节点N7的第 二端及耦接至偏压Vb33的控制端。
如果去除复制电路40,并经由偏压Vb34偏压金属氧化物半导 体晶体管Ml 14，节点N7处的电压V7因输入信号Vin2而变动， 因此金属氧化物半导体晶体管M113与金属氧化物半导体晶体管 Ml 14所构成电流源提供的电流不能维持在一恒定值。由金属氧化 物半导体晶体管M113、M114提供的电流变化也会出现在金属氧化 物半导体晶体管M108的电流输出中。举例说明，假设输入信号 Vin2有细微的增大，节点N7处的电压V7也增大，节点N6处的 电压V6相应的会有所减弱。以使由金属氧化物半导体晶体管 M113、 M114提供的电流具有一 电流衰减量Idis。此时，通过金属 氣化物半导体晶体管M109与金属氧化物半导体晶体管M108的电 流均具有相同的电流衰減量Idis。同样地，，支-没输入信号Vin2有 细孩丈的减弱，节点N7处的电压V7也减弱，节点N6处的电压V6 相应的会有所增大。因此，金属氧化物半导体晶体管M113与金属 氧化物半导体晶体管M114所提供的电流具有一电流增量，同时通 过金属氧化物半导体晶体管M109与金属氧化物半导体晶体管 Ml 08的电流均具有相同的电流增量。复制电路40包括金属氧化物半导体晶体管M115 M120，用于 复制节点N7处的电压V7的电压变动，并动态地调整金属氧化物 半导体晶体管M114的偏压，以使得通过金属氧化物半导体晶体管 M113 M114的电流维持在恒定值。
金属氧化物半导体晶体管Ml 16包括耦接于第一电源电压 GND的第 一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M115的第二端及 耦接至偏压Vb35的控制端。金属氧化物半导体晶体管M115包括 耦接于节点N8的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M116 的第二端及耦接至偏压Vb32的控制端。金属氧化物半导体晶体管 M120包括耦接于节点N9的第一端、耦接于第一电源电压GND的 第二端及耦接至偏压Vb31的控制端。金属氧化物半导体晶体管 M120是被作为一恒定电流源。金属氧化物半导体晶体管Ml 19包 括耦接于节点N8的第 一 端、耦接于节点N9的第二端及耦接于输 入信号Vin2的控制端。金属氧化物半导体晶体管M118包括耦接 于节点N8的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M117的第 二端及耦接至偏压Vb33的控制端。金属氧化物半导体晶体管M117 包括耦接于第二电源电压Vdd的第一端、耦接于金属氧化物半导 体晶体管M118的第二端及一控制端耦接于节点N9与金属氧化物 半导体晶体管M114的控制端。
倘若输入信号Vin2有细微的增大，节点N7处的电压V7与节 点N8处的电压V8相应的会有所增大。在节点N8处的电压V8增 大时，节点N9处的电压(即金属氧化物半导体晶体管M114与金属 氧化物半导体晶体管M117的偏压VbO")相应会有所下降。与此同 时，由于输入信号Vin2(或节点N7处电压V7)的增量，通过主电路 30中金属氧化物半导体晶体管Ml 14的电流并未有所减小。同样 地，假设输入信号Vin2有细微的减弱，节点N7处的电压V7与节 点N8处的电压V8均会有相应减弱，节点N8处的电压V8减弱时， 节点N9处的电压(即金属氧化物半导体晶体管M114与金属氧化 物半导体晶体管M117的偏压VbO")相应会有所增大。与此同时， 由于输入信号Vin2(或节点N7处电压V7)的衰减量，通过主电路 30中金属氧化物半导体晶体管Ml 14的电流并未增大。依上所述，
13不论输入信号Vin2有何种细微变化，也能将通过金属氧化物半导 体晶体管Ml 13与金属氧化物半导体晶体管M114的电流维持在恒 定值。同样通过金属氧化物半导体晶体管Ml08的电流也能维持在 恒定值。
在某些实施例中，可选用的电位转换器42是耦接节点N9与 金属氧化物半导体晶体管Ml 14、 MU7的控制端，用于偏移控制节 点N9处的用于偏压处理金属氧化物半导体晶体管Ml 14、 M117的 偏压Vb0"。
以上表明，本发明提供的实施例揭示通过复制因输入信号变动 引起的在节点处的电压变动，并依据复制的电压变动动态地调整一 偏压，可将第一电流维持在恒定值。
图6是显示本发明实施例减轻半导体电路中电流变动的方法 的示意图。以下将结合图4、图5来作详细说明。
在步骤S610,复制因输入信号变动引起的在一节点处的电压 变动。如图4所示，提供复制电路20用于复制因输入信号Vinl的 变动而导致节点Nl处的电压VI的电压变动。金属氧化物半导体 晶体管M4 M6具有与金属氧化物半导体晶体管M1 M3相同的电 路连接结构，以此复制在主电路10中因输入信号Vinl的变动而导 致节点Nl处的电压VI的电压变动。同样地，当输入信号Vinl有 细农史的减弱时，节点Nl处的电压VI与节点N2处的电压V2相应 的会有所下降。而当输入信号Vinl有细微的增大时，节点Nl处 的电压V1与节点N2处的电压V2相应的会有所增大。类似地，图 5中，金属氧化物半导体晶体管M109 M114具有与金属氧化物半 导体晶体管M115 M120相同的电路连接结构，复制在主电路30 中因输入信号Vin2的变动而导致节点N7处的电压V7的电压变动。 同样地，当输入信号Vinl有细微的减弱时，节点N7处的电压V7 与节点N8处的电压V8相应的会有所下降。而当输入信号Vin2有 细孩i的增大时，节点N7处的电压V7与节点N8处的电压V8相应 的会有所增大。
在步骤S620,依据复制的电压变动动态地调整电流源之偏压， 以将电流维持在恒定值。如图4所示，当电压V2降低，则节点N3处的偏压Vb0增大，以使主电路10中金属氧化物半导体晶体管 M3所提供的电流lout并未因输入信号Vinl的衰减量而相应减小。 相反地，当电压V2增大，则节点N3处的偏压Vb0降低，以使主 电路10中金属氧化物半导体晶体管M3所提供的电流lout并未因 输入信号Vinl的增量而相应增大。因此，金属氧化物半导体晶体 管M3的偏压Vb0是依据所复制的电压变动而被动态地进行调整， 从而将金属氧化物半导体晶体管M3所提供的电流Iout维持在恒定 值。
在图5所示的实施方式中，当电压V8降4氐，节点N9处的偏 压Vb0"增大，以使通过主电路30中金属氧化物半导体晶体管Ml 14 的电流并未因输入信号Vin2的衰減量而相应减小。相反地，当电 压V8增大，则节点N9处的偏压Vb0"降低，以使通过金属氧化物 半导体晶体管MU4的电流并未因输入信号Vinl的增量而相应增 大。因此，金属氧化物半导体晶体管M114的偏压VbO，，是以复制 的电压变动而被动态地进行调整，进而通过金属氧化物半导体晶体 管M114的电流系被维持在一恒定值。
图7是显示本发明第三实施例半导体电路的电路示意图。如图 所示，半导体电路300包括一主电路10"与复制电路50。其中主 电^各10 "与图4所示的主电10相似，大致不同之处在于金属氧 化物半导体晶体管M3是经由恒定偏压Vbl偏压处理，以及节点 Nl是耦接于复制电路50。
类似于上述情形，如果移除(removed)复制电路50,输入信号 Vinl的变动会导致节点Nl处的电压VI的电压变动，即表明金属 氧化物半导体晶体管M3提供的电流无法维持在相对恒定的值。举 例说明，倘若输入信号Vinl有细微的减弱，节点N1处的电压V1 相应的会有所下降，进而由金属氧化物半导体晶体管M3提供的电 流也随之减少。另外，倘若输入信号Vinl有细微的增大，节点N1 处的电压VI相应的会有所增大，进而由金属氧化物半导体晶体管 M3提供的电流亦随之增大。
复制电路50用于复制因输入信号Vinl的变动而产生的通过金 属氧化物半导体晶体管M3的电流增量或衰减量，并将电流增量或
15电流衰减量施加于金属氧化物半导体晶体管M3，以使通过差动对 (Ml与M2)的电流是维持在恒定值。复制电路50包括金属氧化物 半导体晶体管Ml 1~ M17及恒定电流源22。恒定电流源22耦接于 第二电源电压Vdd与节点N3之间，其中节点N3是用于提供与通 过差动对(M1与M2)的电流lout相等的电流11。金属氧化物半导体 晶体管Mil具有耦接于节点N3的第一端与耦接于节点N2的第二 端。金属氧化物半导体晶体管M12具有耦接于节点N3的第一端与 耦接于节点N2的第二端。金属氧化物半导体晶体管Mil与金属氧 化物半导体晶体管M12构成差动对，其中各自的控制端接收输入 信号Vinl。金属氧化物半导体晶体管M13具有耦接于节点N2的 第一端、耦接于第一电源电压GND的第二端及耦4妄至偏压Vbl的 控制端。
金属氧化物半导体晶体管M14具有耦接于第二电源电压Vdd 的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M15的第二端及耦接 至节点N3的控制端。金属氧化物半导体晶体管M15具有耦接于金 属氧化物半导体晶体管M14的第一端、耦接于金属氧化物半导体 晶体管M3的第二端及耦接至偏压Vb2的控制端。金属氧化物半导 体晶体管M16具有耦接于第二电源电压Vdd的第 一 端、耦接于金 属氧化物半导体晶体管M17的第二端及耦接至节点N3的控制端。 金属氧化物半导体晶体管M17具有耦接于金属氧化物半导体晶体 管M16的第二端的第 一端、耦接于节点N3的第二端及耦接至偏压 Vb2的控制端。以上金属氧化物半导体晶体管M14~ M17构成一镜 <象电路(current mirror)。同样地，通过金属氧化物半导体晶体管 M17与金属氧化物半导体晶体管Ml5的电流相同。
倘若输入信号Vinl有细微的增大，节点Nl处的电压VI相应 的会有所增大，进而通过金属氧化物半导体晶体管M3的电流也具 有 一 电流增量(Idis)。在此情形下，金属氧化物半导体晶体管M1 M3 是等同于金属氧化物半导体晶体管M11 M13,其中金属氧化物半 导体晶体管M3与金属氧化物半导体晶体管M13均依据输入信号 Vinl来提供相同的电流(即11+Idis)。因为由恒定电流源22提供 的电流是一皮维持在II,流经差动对(Mll与M12)的电流增量(Idis)是由金属氧化物半导体晶体管M16与金属氧化物半导体晶体管
M17所提供。通过利用镜像电路的电路特征，金属氧化物半导体晶 体管M14与金属氧化物半导体晶体管Ml5也提供相同的电流增量 (Idis)至金属氧化物半导体晶体管M3。通过金属氧化物半导体晶体 管M14与金属氧化物半导体晶体管Ml5提供通过金属氧化物半导 体晶体管M3的电流增量(Idis)，通过差动对(M1与M2)的电流是被二 维持在Iout(即11)，而不受输入信号Vinl变化的影响。
同样，倘若输入信号Vinl有细微的减弱，节点Nl处的电压 VI相应的会有所下降，进而通过金属氧化物半导体晶体管M3的 电流也具有一电流衰减量(即-Idis)。因为由电流源22提供的电流 是被维持在II，流经差动对(Mll与M12)的电流衰減量(-Idis)是由 金属氧化物半导体晶体管M16与金属氧化物半导体晶体管M17所 提供。同样地，金属氧化物半导体晶体管M14与金属氧化物半导 体晶体管M15也提供相同的电流衰减量(-Idis)至金属氧化物半导 体晶体管M3。通过金属氧化物半导体晶体管M14与金属氧化物半 导体晶体管M15提供通过金属氧化物半导体晶体管M3的电流衰减 量(-Idis),通过差动对(M1与M2)的电流是被维持在Iout(即11)， 而不受输入信号Vinl变化的影响。
图8是显示本发明第四实施例半导体电路的电路示意图。如图 所示，半导体电路400包括主电路30，，与复制电路60。其中主电 路30，，与图5所示的主电路30相似，大致不同之处在于金属氧化 物半导体晶体管Ml 14是由 一偏压Vb34偏压处理，以及金属氧化 物半导体晶体管M107与金属氧化物半导体晶体管M108是耦接于 复制电3各60。
类似于上述情形，如果移除复制电路60,输入信号Vin2的变 动会导致节点N7处的电压V7的电压变动，导致由金属氧化物半 导体晶体管Ml 13与金属氧化物半导体晶体管M114提供的电流无 法维持在一相对恒定的值。由金属氧化物半导体晶体管M113、 M114提供的电流变化也会出现在金属氧化物半导体晶体管M108 的电流输出中。举例说明，倘若输入信号Vin2有细微的增大，节 点N7处的电压V7相应的会有所增大，而节点N6处的电压V6相应的会有所下降。进而金属氧化物半导体晶体管M113与金属氧化 物半导体晶体管M114提供的电流具有一电流衰减量，与此同时， 通过金属氧化物半导体晶体管M109及金属氧化物半导体晶体管 M108的电流均具有同样的电流衰减量。另外，倘若输入信号Vin2 有细微的减弱，节点N7处的电压V7相应的会有所下降，而节点 N6处的电压V6相应的会有所增大。进而金属氧化物半导体晶体管 Ml 13与金属氧化物半导体晶体管Ml 14提供的电流具有一电流增 量。与此同时，通过金属氧化物半导体晶体管M109及金属氧化物 半导体晶体管M108的电流均具有同样的电流增量。
复制电路60用于复制因输入信号Vin2的变动而产生的通过金 属氧化物半导体晶体管M113与金属氧化物半导体晶体管M113的 电流增量或衰减量，并将电流增量或电流衰减量施加于主电路30"， 以使由主电路30"提供的不同电流之间的差异是被维持在一恒定 值。如图所示，复制电路60与主电路30"类似，不同之处在于移 除了可变电阻器Rx。复制电路60包括金属氧化物半导体晶体管 M201~ M214。
金属氧化物半导体晶体管M201包括耦接于第二电源电压Vdd 的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M202的第二端及耦接 至偏压Vb34的控制端。金属氧化物半导体晶体管M202包括耦接 于金属氧化物半导体晶体管M201的第一端、耦接于节点N10的第 二端及耦接至偏压Vb33的控制端。金属氧化物半导体晶体管M201 与金属氧化物半导体晶体管M202构成一电流源。
金属氧化物半导体晶体管M203包括耦接于节点N10的第一 端、耦接于节点Nil的第二端的一第二端及耦接至参考电压Vref 的控制端。金属氧化物半导体晶体管M204包括耦接于节点Nil的 第一端、耦接于第一电源电压GND的第二端及耦接至偏压Vb31 的控制端。金属氧化物半导体晶体管M205包括耦接于节点N10的 第一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M206的第二端及耦接至 偏压Vb32的控制端。金属氧化物半导体晶体管M206包括耦接于 金属氧化物半导体晶体管M205的第一端、耦接于第一电源电压 GND的第二端及耦接至节点Nil的控制端。金属氧化物半导体晶体管M207包括耦接于主电路30，，中节点N15的第 一端、耦接于第 一电源电压GND的第二端及耦接至节点Nil的控制端。金属氧化 物半导体晶体管M201 M207等同于金属氧化物半导体晶体管 M101 M107，用来复制因参考电压Vref的变动引起的通过金属氧 化物半导体晶体管M101与金属氧化物半导体晶体管M107的电流 变量。然而不同于输入信号，由于参考电压Vref通常不会变动， 因此节点N4与节点N5处电压无变化。通过金属氧化物半导体晶 体管Ml01与金属氧化物半导体晶体管M102的电流未发生变动， 即未有发生变化的电流通过金属氧化物半导体晶体管M207。
金属氧化物半导体晶体管M208包括耦接于主电路30"中节点 N14的第 一 端、耦接于第 一 电源电压GND的第二端及耦接至节点 N12的控制端。金属氧化物半导体晶体管M209包括耦接于第一电 源电压GND的第 一端、耦接于金属氧化物半导体晶体管M210的 第二端及耦接至节点N12的控制端。金属氧化物半导体晶体管 M210包括耦接于节点N13的第一端、耦接于金属氧化物半导体晶 体管M209的第二端及耦接至偏压Vb32的控制端。金属氧化物半 导体晶体管M211包括耦接于节点N12的第一端、耦接于第一电源 电压GND的第二端及耦接至偏压Vb31的控制端。金属氧化物半 导体晶体管M212包括耦接于节点N13的第 一端、耦接于节点N12 的第二端及耦接至输入信号Vin2的控制端。金属氧化物半导体晶 体管M214包括耦接于第二电源电压Vdd的第一端、耦接于金属氧 化物半导体晶体管M213的第二端及耦接至偏压Vb34的控制端。 金属氧化物半导体晶体管M213包括耦接于金属氧化物半导体晶体 管M214的第 一端、耦接于节点N13的第二端及耦接至偏压Vb33 的控制端。
倘若输入信号Vin2有细微的增大，节点N7处的电压V7会有 所增大，而节点N6处的电压V6相应会有所下降。进而通过金属 氧化物半导体晶体管M113与金属氧化物半导体晶体管M114的电 流也具有一电流衰减量(Idis)。与此同时，通过金属氧化物半导体 晶体管M109与金属氧化物半导体晶体管M108的电流也具有相同
19的电流衰减量。在此情形下，金属氧化物半导体晶体管M209 M2 14 是相似于金属氧化物半导体晶体管M109 MU4，依据信号Vin2， 金属氧化物半导体晶体管M113与M213具有相同的电流衰减量 (Idis)。由于移除了复制电路60可变电阻器Rx,其中电流衰减量 (Idis)通过金属氧化物半导体晶体管M209、金属氧化物半导体晶体 管M210与金属氧化物半导体晶体管M208。金属氧化物半导体晶 体管M208 M214复制因主电路30"中输入信号Vin2的变动而导致 产生电流衰减量。参考电压Vref是恒定电压，不存在由参考电压 Vref引发产生具有电流变量的电流通过金属氧化物半导体晶体管 M107,并且氧半晶体管M207无电流输出。复制电路60所复制的 电流衰减量是被反馈至主电^各30'，中节点N14，输入主电路30"的
电流是分别为^-倫与-^-硫，因此，以上电流^-/化与
—^_/必之间的差异是可维持在恒定值，而与输入信号Vin2的变 动无关。
另外，倘若输入信号Vin2有细微的下降，节点N7处的电压 V7会有所下降，而节点N6处的电压V6相应会有所增大。进而通 过金属氧化物半导体晶体管M113与金属氧化物半导体晶体管 M114的电流也具有一电流增量。与此同时，通过金属氧化物半导 体晶体管M109与金属氧化物半导体晶体管M108的电流也具有相 同的电流增量。在此情形下，金属氧化物半导体晶体管M209-M214 是相似于金属氧化物半导体晶体管M109 M114，受输入信号Vin2 影响，金属氧化物半导体晶体管M113与M213具有相同的电流增 量。因为移除了复制电路60可变电阻器Rx，其中电流增量通过金 属氧化物半导体晶体管M209、金属氧化物半导体晶体管M210与 金属氧化物半导体晶体管M208。同样地，金属氧化物半导体晶体 管M208 M214复制因主电路30"中输入信号Vin2的变动而导致产 生电流增量。参考电压Vref是恒定电压，不存在由参考电压Vref
20引发产生具有电流变量的电流通过金属氧化物半导体晶体管
M107,并且氧半晶体管M207无电流输出。复制电路60所复制的 电流增量是被反馈至主电路30，，中节点N14，藉此由主电路30"中 的不同电流之间的差异是被维持在一恒定值，而与输入信号Vin2 的变动(即衰减量)无关。
同样地，本发明实施例中首先复制因输入信号的变动而导致的 第 一 电流源输出电流的 一 电流变量，然后将复制的电流变量输出至 主电路，将主电路的输出电流维持在一恒定值。
图9是显示本发明減轻半导体电路中电流变动的方法流程图。 参考图7与图8进行详细说明本发明方法。在步骤S910,复制因 输入信号的变动而引起的 一 电流变量。举例说明，复制电路50是 用于复制因主电路IO"中输入信号Vinl的变动而导致产生的通过 金属氧化物半导体晶体管M3的电流增量或衰减量，如图7所示。 倘若输入信号Vinl有细微的增大，节点Nl处的电压VI相应的会 有所增大。因此通过金属氧化物半导体晶体管M3的电流具有一电 流增量(Idis)。因为金属氧化物半导体晶体管M11 M13是等同于金 属氧化物半导体晶体管M1 M3，且金属氧化物半导体晶体管M3 与金属氧化物半导体晶体管M13均依据输入信号Vinl而提供相同 的电流(即Il+Idis)。因为由电流源22提供的电流是被维持在II, 通过差动对(Mll与M12)的电流增量(Idis)是由金属氧化物半导体 晶体管M16与金属氧化物半导体晶体管M17所提供。通过利用镜 像电路的特性，金属氧化物半导体晶体管M14与金属氧化物半导 体晶体管M15也提供相同的电流增量(Idis)至金属氧化物半导体晶 体管M3。以此获取通过金属氧化物半导体晶体管M3的电流增量 (Idis)的大小。
另外，倘若输入信号Vinl有细微的减弱，节点Nl处的电压 VI相应的会有所下降，进而通过金属氧化物半导体晶体管M3的 电流也具有一 电流衰减量(即-Idis)。因为由电流源22提供的电流 是被维持在II，作用于差动对(Mll与M12)的电流衰减量(-Idis)是由金属氧化物半导体晶体管M16与金属氧化物半导体晶体管M17 所提供。同样地，通过利用镜像电路的特征，金属氧化物半导体晶 体管M14与金属氧化物半导体晶体管M15也提供相同的电流衰减 量(-Idis)至金属氧化物半导体晶体管M3。以此获取通过金属氧化 物半导体晶体管M3的电流衰减量(-Idis)的大小。
在图8所示的实施例中，倘若输入信号Vin2有细微的增大， 节点N7处的电压V7会有所增大，而节点N6处的电压V6相应会 有所下降。进而通过金属氧化物半导体晶体管M113与金属氧化物 半导体晶体管M114的电流也具有一电流衰减量。与此同时，通过 金属氧化物半导体晶体管M109与金属氧化物半导体晶体管M108 的电流也具有相同的电流衰减量。在此情形下，金属氧化物半导体 晶体管 M209 M214是等同于金属氧化物半导体晶体管 M109-M114,依据输入信号Vin2,金属氧化物半导体晶体管 M113 M213具有同样的电流衰减量。相反的，倘若输入信号Vin2 有细微的下降，节点N7处的电压V7会有所下降，而节点N6处的 电压V6相应会有所增大。进而通过金属氧化物半导体晶体管M113 与金属氧化物半导体晶体管Ml 14的电流也具有一电流增量。与此 同时，通过金属氧化物半导体晶体管Ml09与金属氧化物半导体晶 体管M108的电流也具有相同的电流增量。在此情形下，金属氧化 物半导体晶体管M209 M214是等同于金属氧化物半导体晶体管 M109 M114,依据输入信号Vin2,金属氧化物半导体晶体管 M113 M213具有同样的电流增量。
在步骤S920，输出所复制的电流变量，以将主电路的输出电 流维持在一恒定值。如图7所示。当输入信号Vinl增大时，金属 氧化物半导体晶体管M15输出电流增量至金属氧化物半导体晶体 管M3，因此通过差动对(M1与M2)是净皮维持在一输出电流Iout(即 11)，而与增大的输入信号Vinl无关。相反地，当输入信号Vinl 下降时，金属氧化物半导体晶体管M15输出电流衰减量至金属氧 化物半导体晶体管M3,因此通过差动对(M1与M2)是被维持在一输出电流Iout(即11)，而与下降的输入信号Vinl无关。
如图8所示，当输入信号Vin2增大时，通过复制电路60复制 的电流衰减量是被反馈至主电路30"中节点N14，输入主电路30，，
的电流分别为/&与-，-Ms ，因此，以上电流，—Ms与
—^_/必之间的差异是可维持在一恒定值，而与输入信号Vin2的
变动无关。另外，当输入信号Vin2下降时，通过复制电路60复制 的电流增量是被反馈至主电路30，，中节点N14。以此主电路30"中 的不同电流之间的差异是被维持在一恒定值，而与输入信号Vin2 的衰减量无关。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求范围 所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1. 一种半导体电路，包括主电路，接收输入信号，所述主电路包括第一电流源耦接于第一节点与第一电源电压间，并依据偏压，产生第一电流；以及复制电路，耦接于所述主电路，用于复制因所述输入信号的变动引起的在所述第一节点处的电压变动，并依据所述复制的电压变动动态地调整所述偏压，以使所述第一电流是被维持在恒定值。
2 如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述主电 路包括第一晶体管，耦接于所述第一节点与所述第一电源电压间，具 有耦接于所述偏压的控制端，以作为所述第一电流源；以及 差动放大器，包括 负载单元；第二晶体管，具有耦接于所述负载单元的第一端、耦接于 所述第 一 电流源的第二端、控制端；以及第三晶体管，具有耦接于所述负载单元的第一端、耦接于 所述第一电流源的第二端、控制端；其中所述第 一 晶体管的控制端与所述第二晶体管的控制端均 接收所述输入信号。
3. 如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述主电 路包括第一差动对，耦接于负载单元与所述第一节点间，用于接收所 述输入信号。
4. 如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述复制 电3各包4舌第二电流源，耦接于第二电源电压与第二节点间； 第二差动对，耦接于所述第二节点与第三节点间，用于接收所 述输入信号；以及第三电流源，耦接于所述第三节点与所述第一电源电压，其中所述第 一 电流源与所述第三电流源的偏压控制端均耦接于所述第 二节点。
5. 如权利要求4所述的半导体电路，其特征在于，所述第二 电流源为恒定电流源。
6. 如权利要求5所述的半导体电路，其特征在于，所述复制 电路还包括电位转换器，所述电位转换器的 一 端耦接于所述第 一 电 流源与所述第三电流源的所述偏压控制端，所述电位转换器的另一 端耦接于所述第二节点。
7. 如权利要求4所述的半导体电路，其特征在于，所迷偏压 是为位于所述第二节点的电压值。
8. 如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述主电 路还包括可变增益放大器，所述可变增益放大器包括第二电流源，耦接于第二节点与第二电源电压； 第一晶体管，耦接于所述第二节点与第三节点，具有耦接至参 考电压的控制端；第二晶体管，耦接于所述第三节点与所述第一电源电压； 第三晶体管，具有耦接至所述第二节点的第一端与第二端； 第四晶体管，耦接于所述第三晶体管的所述笫二端与所述第一电源电压间，具有耦接至所述第三节点的控制端；第五晶体管，具有耦接至所述第一电源电压的第一端、耦接至所述第三节点的控制端与第二端；第六晶体管与第七晶体管串接于所述第 一 电源电压与第四节点间，用以作为所述第一电流源，其中所述第六晶体管包括耦接于所述偏压的控制端；电阻，耦接于所述第二节点与所述第四节点间；第八晶体管，耦接于所述第四节点与第五节点间，具有耦接至所述输入信号的控制端；第九晶体管，耦接于所述第五节点与所述第一电源电压间； 第十晶体管，具有耦接至所述第四节点的第一端与第二端； 第十 一 晶体管，耦接于所述第十晶体管的所述第二端与所述第一电源电压之间，并具有耦接至所述第五节点的控制端；以及第十二晶体管，具有耦接至所述第一电源电压的第一端、耦接至所述第五节点的控制端与第二端，其中所述第五晶体管与所述第 十二晶体管的所述第二端是用以输出差分电流。
9. 一种半导体电路，包括主电路，接收输入信号，所述主电路包括第一电流源耦接于 第一节点与第一电源电压间，并依据偏压，产生第一电流；以及复制电路，耦接于所述主电路，用于复制因所述输入信号的变 动引起的通过所述第 一 电流源的失真电流，并输出所述复制的失真 电流至所述主电路，以使所述主电路输出的电流是被维持在恒定 值。
10. 如权利要求9所述的半导体电路，其特征在于，所述主电 路包括第一晶体管，耦接于所述第一节点与所述第一电源电压间，具 有耦接于所述偏压的控制端，以作为所述第一电流源；以及 差动放大器，包括 负载单元；第一晶体管，具有耦接于所述负载单元的第一端、耦接于 所述第一电流源的第二端、控制端；以及第二晶体管，具有耦接于所述负载单元的第一端、耦接于 所述第 一 电流源的第二端、控制端；其中所述第 一 晶体管的控制端与所述第二晶体管的控制端是 用于接收所述输入信号。
11. 如权利要求9所述的半导体电路，其特征在于，所述主电 路包括第一差动对，耦接于负载单元与所述第一节点间，用于接收所 述输入信号。
12. 如权利要求9所述的半导体电路，其特征在于，所述复制 电^各包4舌第二电流源，耦接于第二电源电压与第二节点间； 第二差动对，耦接于所述第二节点与第三节点间，用于接收所 述输入信号；第三电流源，耦接于所述第三节点与所述第一电源电压，其中 所述第 一 电流源与所述第三电流源的偏压控制端均耦接于恒定偏压；以及镜像电路，具有两个分别耦接至所述第二节点与所述第 一 节点的电流ilr出端。
13. 如权利要求12所述的半导体电路，其特征在于，所述第 二电流源是为恒定电流源。
14. 如权利要求9所述的半导体电路，其特征在于，所述主电 路还包括可变增益放大器，所述可变增益放大器包括第二电流源，耦接于第二节点与第二电源电压；第一晶体管，耦接于所述第二节点与第三节点，具有耦接至参考电压的控制端；第二晶体管，耦接于所述第三节点与所述第一电源电压； 第三晶体管，具有耦接至所述第二节点的第一端与第二端； 第四晶体管，耦接于所述第三晶体管的所述第二端与所述第一电源电压间，具有耦接至所述第三节点的控制端；第五晶体管，具有耦接至所迷第一电源电压的第一端、耦接至所述第三节点的控制端与第二端；第六晶体管与第七晶体管串接于所述第 一 电源电压与第四节点间，用以作为所述第一电流源，其中所述第六晶体管包括耦接于所述偏压的控制端；电阻，耦接于所述第二节点与所述第四节点间；第八晶体管，耦接于所述第四节点与第五节点间，具有耦接至所述输入信号的控制端；第九晶体管，耦接于所述第五节点与所述第 一 电源电压间； 第十晶体管，具有耦接至所述第四节点的第一端与第二端； 第十一晶体管，耦接于所述第十晶体管的所述第二端与所述第一电源电压之间，并具有耦接至所述第五节点的控制端；以及第十二晶体管，具有耦接至所述第一电源电压的第一端、耦接至所述第五节点的控制端与第二端，其中所述第五晶体管与所述第 十二晶体管的所述第二端是用以输出差分电流。
15. —种减轻半导体电路中电流变动的方法，所述半导体电路 具有接收输入信号的主电路与耦接于第 一 节点与第 一 电源电压间 的第 一 电流源，其中包括复制因所述输入信号的变动引起的在所述第 一节点处的电压 变动；以及依据所述复制的电压变动动态地调整所述第 一 电流源的偏压， 以使所述第 一 电流源提供的第 一 电流维持在恒定值。
16. 如^f又利要求15所述的减轻半导体电^各中电流变动的方法，其中当所述第 一 节点处的电压降低时，所述第 一 电流源的所述偏压 是被增大；以及当所述第 一 节点处的电压增大时，所述第 一 电流源的所述偏压 是被降低。
17. —种减轻半导体电路中电流变动的方法，其中所述半导体 电路具有接收输入信号的主电路与耦接于第 一 节点与第 一 电源电 压间的第 一 电流源，包括复制因所述输入信号的变动引起的通过所述第 一 电流源的失 真电流；以及输出所述复制的失真电流至所述主电路，以使所述主电路输出 的电流维持在恒定值。
18. 如权利要求17所述的减轻半导体电路中电流变动的方法， 还包括复制电流增量以作为所述失真电流，并于所述第一节点的电压 增加时，输出所述电流增量至所述主电路；以及复制电流衰减量以作为所述失真电流，并于所述第 一节点的电 压降低时，输出所述电流衰减量至所述主电路。
全文摘要
本发明揭露一种半导体电路及减轻半导体电路中电流变动的方法。其中所述半导体电路包括主电路与复制电路，主电路接收输入信号。其中主电路包括第一电流源耦接于一节点与第一电源电压间，并依据一偏压，产生第一电流。复制电路耦接于主电路，用于复制因输入信号的变动引起的在节点处的电压变动，并依据复制的电压变动动态地调整偏压，以使第一电流是被维持在一恒定值。本发明提供的半导体电路及减轻半导体电路中电流变动的方法，能够适应新式的互补式金属氧化物半导体处理技术对低电压的需求。
文档编号H03F3/14GK101504558SQ200810180840
公开日2009年8月12日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年2月6日
发明者洪志谦, 胡思全 申请人:联发科技股份有限公司