专利名称：金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种使金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路，尤指一种结构简单的金属氧化物半导体场效晶体管电压至电流转换驱动电路。
背景技术：
在数字电路中，控制端一般多是接收电压信号输入，有些控制需将输入的线性电压转换为线性电流输出，例如锁相回路(PLL)中的电压控制震荡器(VCO)，便需将电压依比例转换成电流；而在长距离传输数字电压信号时，传输线电阻会使电压信号衰减，故须先将电压信号转成电流后，以电流方式传送，以减少传输线阻抗对信号的影响。公知的电压-电流转换器显示在第I图中。其以放大器与电流镜电路合并，成为 主动电流镜差动对，控制电压Vin从放大器正端输入，经负回授控制，放大器虚短路特性使电阻Rs上方的端电压为v_n，通过电阻Rs的电流量为Iwt = Vin/Rs，电流U由电流镜转换输出；以电压源为5V而言，当U等级须为10_9A时，电阻Rs便需IO6 Ω以上等级，在芯片中以多晶硅作为电阻，106Ω等级电阻值除了需要很大的面积致使成本增加外，以多晶硅作为电阻其电阻值因工艺差异造成的改变最大可达±25%，此会影响输出准确度。另有许多不使用电阻的电压-电流转换方法被提出，其多以复杂的电路来抵消MOSFET电流公式中的非线性项，使输出电流计算式成为线性一次式，但实际制作时，复杂电路除成本增加外，工艺差异亦会影响电路输出的线性度，这些都是电压-电流转换电路尚待改进之处。因此，研发一种结构简单又可使金属氧化物半导体场效晶体管输出高线性电流的驱动电路，将是本发明主要目的。
发明内容
本发明提出一种使金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路，其只使用少数金属氧化物半导体场效晶体管，不使用电阻，结构简单，输出电流线性度高，可减少工艺影响与降低成本。本发明的使金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路，包括一个二极管连接组态的N型金属氧化物半导体场效晶体管、一个二极管连接组态的P型金属氧化物半导体场效晶体管、与一个电压输入电路；电压输入电路至少包括一金属氧化物半导体场效晶体管；电压输入电路的连接端子，同时连接到该N型与该P型金属氧化物半导体场效晶体管的一端；该电压输入电路接收到电压讯号导通时，其连接端子产生的电压接到金属氧化物半导体场效晶体管的栅极，即可使该金属氧化物半导体场效晶体管流过一与输入电压值成固定比例的线性电流。本发明的电路输出电压连接到一金属氧化物半导体场效晶体管的栅极，可使该金属氧化物半导体场效晶体管输出一与输入电压呈现线性关系的电流；本发明电路与元件简单，可降低制造成本
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图I为现有线性电压至电流转换电路。图2为本发明的电路基本结构。图3(a)为本发明以N型金属氧化物半导体场效晶体管作为电压输入电路的电路原理解说例(I)。图3(b)为本发明以N型金属氧化物半导体场效晶体管作为电压输入电路的电路原理解说例(2)。图4为本发明基本电路的电压Vadd相对于Vin的变化范围模拟。图5为本发明基本电路转换出的电流范围与线性度模拟。 图6(a)为本发明以P型金属氧化物半导体场效晶体管作为电压输入电路的实施例。图6(b)为本发明以P型金属氧化物半导体场效晶体管作为电压输入电路所转换出的线性电流模拟。图7为本发明以减量方式调整输出电流的实施例。图8为本发明以减量方式调整输出电流的线性度模拟。图9为本发明的电流输出实施例。图10为本发明的输出电流反向实施例。图11(a)、(b)为本发明以增量方式调整输出电流的实施例。图12(a)为本发明基本电路的另一应用实施例。图12(b)为本发明基本电路的另一应用实施例的输出电流范围与线性度模拟。附图标记说明10、80:电压输入电路11 :连接端子20,70 :二极管连接型态的N型金属氧化物半导体场效晶体管30,60 :二极管连接型态的P型金属氧化物半导体场效晶体管41、42、51、52、90 N型金属氧化物半导体场效晶体管40,50 P型金属氧化物半导体场效晶体管VDD:电压源Vin、Vinl :输入电压Vc :金属氧化物半导体场效晶体管的栅极驱动电压Vwt、Vadd:电压I out、I add、Idio、Id20、Id20、Id4o、Idso、lout n :电幺⑴Rs:电阻
具体实施例方式有关本发明的详细技术内容，将提出配合图示的实施例清楚呈现。说明中，金属氧化物半导体场效晶体管的尺寸定义为元件通道的(宽度/长度)比，以(W/L)xx表示，各符号下标的数字“xx ”为图示中的元件编号。请参阅图2，为本发明使金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路的基本结构实施例，一栅极端与漏极端连接的N型金属氧化物半导体场效晶体管20，一栅极端与漏极端连接的P型金属氧化物半导体场效晶体管30，一电压输入电路10 ;电压输入电路10至少包括一金属氧化物半导体场效晶体管；N型金属氧化物半导体场效晶体管20的一端,与P型金属氧化物半导体场效晶体管30的一端,共同连接在电压输入电路10的连接端子11 ;电压输入电路10接收到电压Vin时，连接端子11输出的电压V。若接到一 P型金属氧化物半导体场效晶体管的栅极，会使该P型金属氧化物半导体场效晶体管在饱和区范围产生一与电压Vin成线性关系的电流。为说明图2中P型金属氧化物半导体场效晶体管30流过的电流量Iadd与输入电压Vin的线性关系，请参看图3，图3是以一 N型金属氧化物半导体场效晶体管作为电压输入电路10，并将N型金属氧化物半导体场效晶体管20与P型金属氧化物半导体场效晶体管30接上电压源Vdd ;图3(a)中的P型金属氧化物半导体场效晶体管30漏极端不接到连接端子11，而图3(b)是将P型金属氧化物半导体场效晶体管30漏极端接到连接端子11 ;图3(a)与图3(b)元件相同，若图3(a)中电流1_等于I·时，连接端子11电压为Vwt，则图3(b)中因P型金属氧化物半导体场效晶体管30加入一电流Iadd，所以电流1_会等于I·’加Iadd,连接端子11电压会因加入电流Iadd而增加一电压Vadd变为V。，而V。即为可使金属氧化物半导体场效晶体管在饱和区产生线性电流的栅极驱动电压V。，V。等于图3 (a)的Vwt加± Vadd ;以下将依金属氧化物半导体场效晶体管饱和区电流公式推算电压Vadd值，藉以说明电流Iadd与输入电压Vin的线性关系图3(a)
权利要求
1.一种使金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路，包括有 一 N型金属氧化物半导体场效晶体管，其栅极端与漏极端连接； 一 P型金属氧化物半导体场效晶体管，其栅极端与漏极端连接，其漏极端与该N型金属氧化物半导体场效晶体管的源极端连接；以及 一电压输入电路，包括有一输入端与一连接端子，该输入端用以接收输入电压，该连接端子连接到该N型金属氧化物半导体场效晶体管的源极端与该P型金属氧化物半导体场效晶体管的漏极端。
2.如权利要求I所述的驱动电路，其特征在于，该电压输入电路接收输入电压时，该连接端子可输出一电压，该电压可使P型金属氧化物半导体场效晶体管产生一与该输入电压成线性关系的电流。
3.如权利要求I所述的驱动电路，其特征在于，该电压输入电路至少包括一金属氧化物半导体场效晶体管。
4.一种使金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路，包括有 -N型金属氧化物半导体场效晶体管，其栅极端与漏极端连接； -P型金属氧化物半导体场效晶体管，其栅极端与漏极端连接，其源极端与该N型金属氧化物半导体场效晶体管的漏极端连接；以及 一电压输入电路，具有一输入端与一连接端子，该输入端用以接收输入电压，该连接端子连接到该N型金属氧化物半导体场效晶体管的漏极端与该P型金属氧化物半导体场效晶体管的源极端。
5.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，该电压输入电路接收输入电压时，该连接端子可输出一电压，该电压可使N型金属氧化物半导体场效晶体管产生线性电流。
6.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，该电压输入电路至少包括一金属氧化物半导体场效晶体管。
全文摘要
一种金属氧化物半导体场效晶体管输出线性电流的栅极驱动电路，其由一个二极管连接型态的P型金属氧化物半导体场效晶体管、一个二极管连接型态的N型金属氧化物半导体场效晶体管，与一个至少包括一金属氧化物半导体场效晶体管的电压输入电路所组成；本发明的电路输出电压连接到一金属氧化物半导体场效晶体管的栅极，可使该金属氧化物半导体场效晶体管输出一与输入电压呈现线性关系的电流；本发明电路与元件简单，可降低制造成本。
文档编号H03K17/687GK102891671SQ20121027370
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月19日 优先权日2011年7月22日
发明者吴奕莹 申请人:吴奕莹