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DE10005044B4 - Hochgeschwindigkeits-Stromspiegelschaltkreis und -verfahren - Google Patents

Hochgeschwindigkeits-Stromspiegelschaltkreis und -verfahren Download PDF

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DE10005044B4
DE10005044B4 DE10005044A DE10005044A DE10005044B4 DE 10005044 B4 DE10005044 B4 DE 10005044B4 DE 10005044 A DE10005044 A DE 10005044A DE 10005044 A DE10005044 A DE 10005044A DE 10005044 B4 DE10005044 B4 DE 10005044B4
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Abstract

Stromspiegelschaltkreis mit folgenden Merkmalen:
ein erster und ein zweiter MOS-Transistor (28A, 26A) eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der erste Transistor (28A) einen Drain-Source-Strompfad definiert, der mit einem Drain-Source-Strompfad des zweiten Transistors (26A) in Reihe geschaltet ist, um einen ersten Strompfad zu bilden;
einen dritten und einen vierten MOS-Transistor (28B, 26B) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der dritte Transistor (28B) einen Drain-Source-Strompfad definiert, der mit einem Drain-Source-Strompfad des vierten Transistors (26B) in Reihe geschaltet ist, um einen zweiten Strompfad zu bilden, wobei die Sources des ersten und des dritten Transistors (28A, 28B) verbunden sind, die Gates des ersten und des dritten Transistors (28A, 28B) verbunden sind, ein Drain des zweiten Transistors (26A) einen Stromspiegeleingang bildet und ein Drain des vierten Transistors (26B) einen Stromspiegelausgang bildet; und
eine Vorspannungsschaltung (24), die einen ersten Vorspannungsausgang aufweist, der mit einem Gate des zweiten Transistors (26A) verbunden ist, sowie einen zweiten Vorspannungsausgang, der mit...

Description

  • Die Erfindung betrifft im allgemeinen elektronische Schaltkreise und Verfahren und spezieller einen Hochgeschwindigkeits-Stromspiegelschaltkreis, der beispielsweise als eine aktive Verstärkerlast verwendet wird.
  • Die US 5,525,927 A zeigt eine Stromspiegelschaltung, bei der zwei Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps zu einem Stromspiegel verschaltet sind, wobei dafür die Gates der beiden Transistoren zusammengeschlossen sind. In Reihe zu jedem Transistor ist jeweils ein weiterer Transistor des gleichen Leitfähigkeitstyps geschaltet, wobei die Drains der weiteren Transistoren den Eingang bzw. Ausgang der Stromspiegelschaltung bilden. Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt die US 5,612,614 A .
  • Verstärkerschaltkreis verwenden üblicherweise aktive Lasten, im Gegensatz zu passiven oder ohmschen Lasten, um den Verstärkungsfaktor im Niederspannungsbetrieb zu erhöhen. Strom spiegel sind eine übliche Art einer aktiven Last. In den Zeichnungen zeigt 1 ein Schaltbild eines Pufferschaltkreises, der einen Differentialverstärker 10 verwendet. Wie noch erläutert wird, umfaßt der Verstärker 10 eine herkömmliche aktive Stromspiegellast.
  • 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Pufferschaltkreises der 1, das zeigt, daß der Verstärker 10 als ein Spannungsfolgerschaltkreis konfiguriert ist, bei dem der Ausgang direkt zu dem invertierenden Eingang zurückgeführt ist. In einer üblichen Anwendung wird der Verstärker 10 zum Puffern des Ausgangs eines Bezugsspannungsschaltkreises (nicht gezeigt) verwendet, so daß die von dem Bezugsschaltkreis erzeugte feste Bezugsspannung von anderen lokalen Schaltkreisen verwendet werden kann. Das Puffern ist erforderlich, weil die lokalen Schaltkreise Rauschen in den Bezugsschaltkreis eintragen und dadurch den Schaltkreis beeinträchtigen könnten.
  • Der Verstärker 10 umfaßt n-Transistoren (Transistoren vom n-Typ) 12A und 12B, die ein Differential- oder Differenztransistorpaar bilden, dessen Sources mit einer gemeinsamen Reststromquelle 20 verbunden sind. Die Quelle 20 erzeugt einen relativ konstanten Ausgangsstrom IB. Ein Paar n-Transistoren 14A und 14B in Kaskoden-Schaltung ist mit den Eingangstransistoren 12A und 12B verbunden, und seine Gates sind mit einer Vorspannung VBN verbunden. Wie allgemein bekannt, dienen die Transistoren 14A und 14B zur Erhöhung der effektiven Impedanz aus Sicht der aktiven Last zur Erhöhung der Spannungsverstärkung des Verstärkers.
  • Die aktive Last umfaßt ein P-Transistorpaar (Transistoren vom p-Typ) 18A und 18B, dessen Gates mit einem gemeinsamen Vorspannungspunkt verbunden sind. Wie noch erläutert wird, arbeiten die Transistoren 18A und 18B gemeinsam als ein Stromspiegel, wobei die Nennströme in den Transistoren gleich sind. Die aktive Last umfaßt ferner Transistoren 16A und 16B in Kaskoden-Schaltung, deren Gates mit einer Vorspannungsquelle VBP verbunden sind. Die Transistoren 16A und 16B dienen dazu, die Ausgangsimpedanz der aktiven Last und dadurch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu erhöhen.
  • Wenn ein MOS-Transistor so vorgespannt wird, daß er in dem Sättigungsbereich arbeitet, ist der Drain-Sourcestrom proportional zu dem Seitenverhältnis des Transistors, d. h. dem Verhältnis der Kanalbreite (W = Width) zur Kanallänge (L = Lenth) (W/L), wie allgemein bekannt ist. Wenn zwei aneinander angepaßte Transistoren, die im Sättigungsbereich arbeiten, an den gleichen Punkt vorgespannt werden, ist daß Verhältnis der relativen Größen des Stroms gleich dem Verhältnis der zwei Seitenverhältnisse. Bei Transistoren, die in einer gemeinsam integrierten Schaltung ausgeführt sind, haben die Transistoren üblicherweise die gleiche Kanallänge L, so daß das Kanalseitenverhältnis durch Verändern der effektiven Kanalbreite W kontrolliert wird.
  • Die Transistoren 18A und 18B sind aneinander angepaßte (matched) Bauteile mit der gleichen Geometrie und der gleichen Gate-Sourcespannung. Zusätzlich sind die Drain-Sourcespannungen im stationären Zustand der zwei Transistoren durch den Einfluß der Transistoren 16A und 16B gleich. Die Transistoren 18A und 18B arbeiten somit als ein Präzisionsstromspiegel, wobei der von der Stromquelle 20 erzeugte Strom IB zu gleichen Teilen zwischen den zwei Transistoren aufgeteilt wird. Die Vorspannung der Transistoren 18A und 18B stellt sicher, daß die Drain-Sourcespannung größer als die Differenz zwischen der Schwellwertspannung der Transistoren und der Gate-Sourcespannung ist, so daß die zwei Transistoren im Sättigungsbereich arbeiten, eine Bedingung für das Erreichen eines hohen Verstärkungsfaktors. Wenn die Drain-Sourcespannung kleiner ist als die Differenz zwischen der Gate-Sourcespannung und der Schwellwertspannung, arbeitet der Transistor in dem Triodenbereich (linearer Bereich) und hat eine Impedanz, die deutlich kleiner als die Impedanz ist, die erreicht wird, wenn er im Sättigungsbereich arbeitet.
  • Das Ausgangssignal des Verstärkers 10 liegt an dem Knoten zwischen den Transistoren 14B und 16B an und wird direkt an das Gate des Transistors 12B gelegt, das den invertierenden Verstärkereingang bildet. Der Knoten zwischen den Transistoren 16A und 14A ist mit dem Gate der Transistoren 18A und 18B verbunden, wobei diese Verbindung eine Rückkopplung erzeugt, welche die Transistoren 18A und 18B auf den richtigen Pegel vorspannt.
  • Um den verfügbaren Spannungsauschlages des Ausgangs „Out" zu maximieren, wird die Vorspannung VBP so nahe wie möglich an die Versorgungsspannung VDD herangebracht. Die Spannung VBP muß jedoch ausreichend klein sein, um sicherzustellen, daß die Drain-Sourcespannung über den Transistoren 18A und 18B groß genug ist, damit die Transistoren 18A und 18B in dem Sättigungsbereich arbeiten. Der verfügbare Spannungsauschlag wird ferner dadurch verbessert, daß die Transistoren 16A und 16B groß gemacht werden (breiter Kanal), um die erforderliche Sättigungsspannung so klein wie möglich zu halten.
  • Da der Verstärker 10 nur eine einzige Stufe umfaßt, ist das Einschwingverhalten des einpoligen Systems für die erforderliche Größe des Stroms sehr schnell. Wenn die Transistoren 16A und 16B aus den zuvor erwähnten Gründen jedoch groß gemacht werden, bewirken die parasitären Kapazitäten der Transistoren, daß die zugehörigen nicht-dominanten Pole das Einschwingverhalten negativ beeinflussen. Als eine Folge tritt am Ausgang unkontrolliertes Schwingen (ringing) auf, wenn der Verstärker versucht, sich von den dynamischen Störungen zu erholen, die durch die lokalen Schaltkreise eingebracht werden, die an den Verstärkerausgang angeschlossen sind.
  • Die Erfindung überwindet diese Nachteile des Standes der Technik. Ein Stromspiegelschaltkreis, der sich als eine aktive Verstärkerlast eignet, erlaubt einen Niederspannungsbetrieb, während er einen hohen Verstärkungsfaktor, einen großen Spannungsausschlag und ein verbessertes Einschwingverhalten vorsieht. Dieser und weiter Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus der Lektüre der folgenden Beschreibung der Erfindung.
  • Die Erfindung sieht einen Stromspiegelschaltkreis und ein Verfahren zum Steuern eines Stromspiegelschaltkreises vor, die in den Ansprüchen definiert sind.
  • Es wird ein Stromspiegelschaltkreis offenbart, der als eine aktive Last in einem Hochgeschwindigkeitsverstärker verwendet werden kann. Der Schaltkreis umfaßt vier Transistoren, die üblicherweise alle MOS-Transistoren vom p-Typ sind, wobei der erste und der zweite Transistor in Reihe geschaltet und der dritte und der vierte Transistor in Reihe geschaltet sind. Der vierte Transistor weist ein Kanalseitenverhältnis auf, das größer als das Seitenverhältnis des zweiten Transistors ist, üblicherweise um einen Faktor 10. Es wird ein Vorspannungsschaltkreis vorgesehen, der dazu dient die Drainspannung des ersten und des dritten Transistors auf dem gleichen Pegel zu halten, um die Genauigkeit des Stromspiegels sicherzustellen. Zusätzlich kann der Vorspannungsschaltkreis den ersten, den dritten und den vierten Transistor im Sättigungsbereich halten, um einen Betrieb mit hohem Verstärkungsfaktor sicherzustellen, wenn der Stromspiegel als aktive Verstärkerlast verwendet wird. Der kleinere zweite Transistor arbeitet in dem Triodenbereich, wobei die geringere Größe das Einschwingverhaltens des Schaltkreises verbessert.
  • Ein Stromspiegelschaltkreis gemäß der Erfindung umfaßt eine geeignete Kombination der oben erläuterten Merkmale, jedoch nicht notwendig alle diese Merkmale, um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Die Erfindung ist auf keine spezielle Kombination der obigen Merkmale beschränkt; sie wird in den Ansprüchen definiert.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näherer erläutert. In den Figuren zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Pufferschaltkreises des Standes der Technik;
  • 2 eine vereinfachtes Schaltbild des Pufferschaltkreises der 1;
  • 3 eine Schaltbild eines Pufferschaltkreises, der eine Stromspiegellast gemäß der Erfindung enthält.
  • Wieder mit Bezug auf die Zeichnungen wird ein Verstärker 22 offenbart, der einen Stromspiegelschaltkreis gemäß der Erfindung enthält. Ein Vorspannungsschaltkreis 24 zum Vorspannen des Stromspiegelschaltkreises ist ebenfalls beschrieben. Der Verstärker 22 ist als Spannungspuffer konfiguriert, wobei sein inventierender Eingang mit dem Ausgang Out di rekt verbunden ist. Der Verstärker 22 umfaßt ein Differential- oder Differenztransistorpaar 23A und 23B, deren Sources mit einer Reststromquelle 30 verbunden sind. Die Transistoren 25A und 25B sind in Kaskoden-Schaltung angeschlossen, um die effektive Impedanz oder Wirkimpedanz aus Sicht der aktiven Last zu erhöhen. Die Gates der Transistoren 25A und 25B sind beide mit einer Vorspannung VBN verbunden. Die Transistoren 23A, 23B, 25A und 25B sind alle n-Bauteile (Bauteile vom n-Typ).
  • Die aktive Last in Form des Stromspiegels für den Verstärker 22 umfaßt p-Transistoren 28A und 28B deren Gates miteinander und mit dem Drain des Transistors 25A verbunden sind. Wie zuvor in Verbindung mit 2 beschrieben, dient diese Rückkoppelungskonfiguration zum Vorspannen der Gates der Lasttransistoren 28A und 28B. Die Transistoren 26A und 26B sind Transistoren in Kaskoden-Schaltung, die dazu dienen, die Impedanz der aktiven Last zu erhöhen. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines Transistors 26A, dessen Abmessungen im Vergleich zu dem Transistor 26B kleiner sind. Der Transistor 26B bleibt groß, weil dieser Transistor den Bereich des Ausgangsspannungsauschlags und den Verstärkungsfaktor des Verstärkers direkt beeinflußt. Die Reduktion der Größe nur des Transistors 26A verringert stark die zugehörigen parasitären Kapazitäten und verbessert daher deutlich das Einschwingverhalten des Verstärkers. Der Transistor 26B hat vorzugsweise eine Seitenverhältnis, das etwa 10 mal so groß ist wie das Seitenverhältnis des Transistors 26A, jedoch selbst eine Größendifferenz von 1,5 zu 1 ergibt schon einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung.
  • Die Reduktion der Größe des Transistors 26A relativ zum Transistor 26B führt zu Problemen, die gelöst werden müssen, um die anderen Funktionsparameter des Verstärkers 22 aufrechtzuerhalten. Da der Verstärker 22 bei dem Ausführungsbeispiel z.B. als ein Bezugsspannungspuffer verwendet wird, ist es wichtig, daß der Verstärker eine sehr kleine Eingangsoffsetspannung hat, insbesondere über der Temperatur. Ein Gleichstromfehler in dem Verstärker führt zu einer Abweichung des Betrags der Bezugsspannung, die von dem Verstärker gepuffert wird. Um eine niedrige Eingangsoffsetspannung zu erreichen, müssen die Lasttran sistoren 28A und 28B den Strom Ic1, der von der Stromquelle 30 vorgesehen wird, unter stationären Betriebsbedingungen gleichmäßig aufteilen. Dies erfordert, daß die Gate-Source- und Drain-Sourcespannungen der zwei angepaßten Transistoren 28A und 28B gleich sind.
  • Die jeweiligen Gates und Sources der Transistoren 28A und 28B werden aneinander gebunden, so daß die Gate-Sourcespannungen gleich sind. Damit die Drain-Sourcespannungen gleich sind, muß die Spannung V1 am Knoten zwischen den Lasttransistoren 28B und 26B gleich der Spannung am Knoten zwischen den Lasttransistoren 28A und 26A sein. Diese Beziehung muß über der Temperatur aufrechterhalten werden. Wie noch erläutert wird, kann die Größendifferenz der Transistoren 26A und 26B dazu führen, daß V1 und V2 ungleich sind.
  • Der Vorspannungsschaltkreis 24 dient dazu, die Gatespannungen der Transistoren 26A und 26B getrennt zu steuern, um die gewünschte Ausgeglichenheit zwischen den Spannungen V1 und V2 aufrechtzuerhalten und um den tatsächlichen Wert der zwei Spannungen zu kontrollieren. Die Gate-Sourcespannung eines gesättigten Transistors ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Kanalbreite W für einen gegebenen Strom. Da der Transistor 26A kleiner ist als der Transistor 26B, soweit es die Kanalbreite betrifft, ist für den gleichen Strom die Gate-Sourcespannung des Transistors 26A größer als die des Transistors 26B. (Dies gilt auch dann, wenn der Transistor 26A nicht wirklich im Sättigungsbereich arbeitet, wie noch erläutert wird.) Der Vorspannungsschaltkreis 24 stellt somit unter anderem die Gatespannung des Transistors 26A auf eine um einen bestimmten Betrag niedrigere Spannung als die Gatespannung des Transistors 26B ein, wobei der Betrag gleich der Differenz der Gate-Sourcespannung der Transistoren 26A und 26B ist.
  • Der Drain des Transistors 26A ist mit den Gates der Transistoren 28A und 28B verbunden, so daß die Drainspannung des Transistors 26A relativ konstant bleibt. Wie unten noch erläutert ist, ist der Bereich der Sourcespannung des Transistors 26A beschränkt. Die Größe der Drain-Sourcespannung des Transistors 26A ist somit beschränkt. Da der Transistor 26A ein kleines Bauteil ist, hat er eine größere Gate-Sourcespannung als es der Fall wäre, wenn der Transistor größer wäre. Die Drain-Sourcespannung des Transistors 26A ist kleiner als die Differenz zwischen der Gate-Sourcespannung und der Schwellwertspannung des Transistors 26A. Per definitionem arbeitet somit der Transistor 26A in dem linearen oder Triodenbereich, im Gegensatz zum Sättigungsbereich, und die Tatsache, daß der Transistor 26A im Triodenbereich arbeitet und der Transistor 26B im Sättigungsbereich arbeitet, macht den Vorspannungsschaltkreis komplizierter, beeinflußt die Gleichstromgenauigkeit der Pufferschaltung jedoch nicht negativ.
  • Der Vorspannungsschaltkreis 24 umfaßt einen p-Transistor 40, der mit einem anderen p-Transistor 42 in Reihe geschaltet ist, der seinerseits mit einer zweiten Stromquelle 34, die den Strom I2 erzeugt, in Reihe geschaltet ist. Ein dritter p-Transistor 38 ist zwischen dem Drain des Transistors 40 und einer dritten Stromquelle 32, die den Strom IC2 erzeugt, angeschlossen. Man kann also beobachten, daß der Transistor 40 einen Strom führt, dessen Größe gleich der Summe der Stromquellen 32 und 34 (IC2 + IC3) ist, der Transistor 42 führt einen Strom, der gleich IC3 ist, und der Transistor 38 führt einen Strom, der gleich IC2 ist.
  • Das Gate und der Drain des Transistors 38 sind zusammengefaßt, so daß der Transistor im Sättigungsbereich arbeitet. Gate/Drain des Transistors 38 sind mit dem Gate des Transistors 26B verbunden, der auch im Sättigungsbereich arbeitet. Die Spannung V1 an der Source des Transistors 26B kann somit gleich der Spannung V3 an der Source des Transistors 38 gemacht werden, indem die Gate-Sourcespannung der zwei Transistoren, die im Sättigungsbereich arbeiten, gleich gemacht werden. Dies kann durch Steuern der relativen Transistorgrößen und -ströme gemäß der folgenden Gleichung erfolgen: W38/W26B = IC2/(IC1/2) (1)wobei W38 und W26B die Kanalbreiten der Transistoren 38 bzw. 26B und IC2 und IC1/2 die Drain-Sourceströme der Transistoren 38 bzw. 26B sind.
  • Wenn somit z.B. die Transistoren 38 und 26B gleich groß sind und IC2 gleich ein halb IC1 ist, ist die Sourcespannung V3 gleich der Sourcespannung V1. Man beachte, daß diese Spannungen einander über der Temperatur folgen. Bei einer üblichen Umsetzung wäre der Transistor 38 tatsächlich ein zehntel so groß wie der Transistor 26B, und der Strom in dem Transistor 38 wäre entsprechend geringer, um Schaltungsfläche zu sparen und die Stromaufnahme zu reduzieren.
  • Der Transistor 42 ist ein Bauteil mit kleinen Abmessungen, und er wird auf ähnliche Weise wie der Transistor 26A vorgespannt, so daß er wie der Transistor 26A im Triodenbereich arbeitet. Die Spannung V3 kann gleich der Spannung V2 gemacht werden, indem sowohl die Gatespannungen der Transistoren 40 und 28A als auch die Drain-Sourcespannungen der Transistoren 42 und 26A gleich gemacht werden. Da beide Transistoren 40 und 28A im Sättigungsbereich arbeiten, können die Gate-Sourcespannungen gemäß der folgenden Gleichung gleich gemacht werden: W40/W28A = (IC3 + IC2)/(IC1/2) (2)wobei W40 und W28A die Kanalbreiten der Transistoren 40 bzw. 28A und (IC3 + IC2) und IC2/2 die Drain-Sourceströme der Transistoren 40 bzw. 28A sind.
  • Die Gleichung (2) wird somit z.B. erfüllt, wenn IC3 und IC2 beide gleich ein halb IC1 sind und der Transistor 40 doppelt so breit wie der Transistor 28A ist.
  • Da die Drains der Transistoren 42 und 26A mit den Gates der Transistoren 40 bzw. 28A verbunden sind, liegen die Drains der Transistoren 42 und 26A auf derselben Spannung. Wenn die Drain-Sourcespannungen der Transistoren 42 und 26A gleich sind, ist die Spannung V2 gleich V3. Da die Transistoren 42 und 26A beide in dem Triodenbereich arbeiten, können die Drain-Sourcespannungen der zwei Transistoren gleich gemacht werden, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt werden: W42/W26A = IC3/(IC1/2) (3)wobei W42 und W26A die Kanalbreiten der Transistoren 42 bzw. 26A und IC3 und IC1/2 die Drain-Sourceströme der Transistoren 42 bzw. 26A sind.
  • Die Gleichung (3) würde somit z.B. erfüllt, wenn IC3 gleich ein halb IC1 ist und beide Transistoren die gleiche Größe haben. Wenn schließlich die Source-Drainspannungen der Transistoren 42 und 26A gleich sind, sind die entsprechenden Sourcespannungen, V3 und V2, gleich. Da die Spannungen V1 und V3 gleich sind und da die Spannungen V2 und V3 gleich sind, folgt, daß auch die Spannungen V1 und V2 gleich sind.
  • Der tatsächliche Wert der Spannungen V1 und V2 ist wichtig, weil die Transistoren 28A und 28B in der Sättigung gehalten werden müssen. Ein p-Transistor 44 ist zwischen der Versorgungsspannung VDD und einer Stromquelle 36, die einen Strom IC4 liefert, in Reihe geschaltet. Das Gate und der Drain des Transistors 44 sind verbunden, um den Transistor im Sättigungsbereich zu halten. Man kann erkennen, daß die Spannung V3 gleich der Versorgungsspannung VDD minus die Differenz der Gate-Sourcespannungen der Transistoren 44 und 42 ist. Die Spannungen V1 und V2 sind gleich der Spannung V3, wie zuvor erläutert, und sie sind somit gleich der Versorgungsspannung VDD minus die Differenz der Gate-Sourcespannungen der Transistoren 44 und 42. Der Betrag der Differenz der Gate-Sourcespannungen kann eingestellt werden, indem die Geometrie und der Strom durch den Transistor 44 im Verhältnis zu dem Transistor 42 kontrolliert werden. Der Betrag der Spannungsdifferenz wird so eingestellt, daß die Drain-Sourcespannungen der Transistoren 28A und 28B im Verhältnis zu der Differenz aus der Gate-Sourcespannung und der Schwellwertspannung der beiden Transistoren ausreichend groß sind, um sicherzustellen, daß die Transistoren 28A und 28B im Sättigungsbereich arbeiten. Wie ferner gut bekannt ist, würde die Differenz der Gate-Sourcespannungen der Transistoren 42 und 44 einen Temperaturkoeffizienten aufweisen, der dem Temperaturkoeffizienten der minimalen Drain-Sourcespannung, die benötigt wird, um die Transistoren 28A und 28B in der Sättigung zu halten, folgt. Die Drain-Sourcespannungen der Transistoren 28A und 28B können somit nahe bei dem minimalen Wert eingestellt werden, der notwendig ist, um die Transistoren in der Sättigung zu halten, wobei sich dieser minimale Wert über der Temperatur ändert, um Änderungen der minimalen Sättigungsspannung über der Temperatur auszugleichen. Dieses Merkmal ermöglicht es dem Stromspiegelschaltkreis, bei niedrigen Pegeln der Versorgungsspannung VDD zuverlässig zu arbeiten.
  • Die Verwendung eines Stromspiegelschaltkreises gemäß der Erfindung als eine aktive Last in einem Verstärker 22 wird das Einschwingverhalten des Verstärkers deutlich verbessern. Untersuchungen haben z.B. gezeigt, daß die Zeit, die die Pufferschaltung der 3 benötigt, um nach einem Eingangsspannungssprung von 2 Volt auf einen Wert einzuschwingen, der innerhalb von 0,2 mV des stationären Wertes ist, ungefähr halb so lang ist wie die Zeit, die der Schaltkreis des Standes der Technik gemäß 1 benötigt.
  • Es wurde somit ein neuer Hochgeschwindigkeits-Stromspiegelschaltkreis offenbart, der als eine aktive Last für einen Verstärker und in anderen Anwendungen eingesetzt werden kann. Obwohl eine Ausführungsform im einzelnen beschrieben wurde, wird man verstehen, daß der Fachmann Änderungen vornehmen kann, ohne den Bereich der Erfindung gemäß den Ansprüchen zu verlassen. Es wäre z.B. möglich, den Stromspiegelschaltkreis mit n-Transistoren anstelle der p-Bauteile zu realisieren, obwohl die Konfiguration mit dem langsameren p-Transistoren von den Verbesserungen des Einschwingverhalten mehr profitieren.

Claims (13)

  1. Stromspiegelschaltkreis mit folgenden Merkmalen: ein erster und ein zweiter MOS-Transistor (28A, 26A) eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der erste Transistor (28A) einen Drain-Source-Strompfad definiert, der mit einem Drain-Source-Strompfad des zweiten Transistors (26A) in Reihe geschaltet ist, um einen ersten Strompfad zu bilden; einen dritten und einen vierten MOS-Transistor (28B, 26B) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der dritte Transistor (28B) einen Drain-Source-Strompfad definiert, der mit einem Drain-Source-Strompfad des vierten Transistors (26B) in Reihe geschaltet ist, um einen zweiten Strompfad zu bilden, wobei die Sources des ersten und des dritten Transistors (28A, 28B) verbunden sind, die Gates des ersten und des dritten Transistors (28A, 28B) verbunden sind, ein Drain des zweiten Transistors (26A) einen Stromspiegeleingang bildet und ein Drain des vierten Transistors (26B) einen Stromspiegelausgang bildet; und eine Vorspannungsschaltung (24), die einen ersten Vorspannungsausgang aufweist, der mit einem Gate des zweiten Transistors (26A) verbunden ist, sowie einen zweiten Vorspannungsausgang, der mit einem Gate des vierten Transistors (26B) verbunden ist, wobei die Vorspannungsschaltung so konfiguriert ist, daß der zweite Transistor (26A) in einem Triodenbereich und der vierte Transistor (26B) in einem Sättigungsbereich arbeitet.
  2. Schaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der zweite Transistor (26A) eine Kanalbreite aufweist, die geringer ist als die Kanalbreite des vierten Transistors (26B).
  3. Schaltkreis nach Anspruch 2, bei dem die Kanalbreite des vierten Transistors (26B) wenigstens eineinhalb mal so groß wie die Kanalbreite des zweiten Transistors (26A) ist.
  4. Schaltkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Vorspannungsschaltung (24) so konfiguriert ist, daß sie ungefähr gleiche Drainspannungen des ersten und des dritten Transistors (26A, 28B) aufrechterhält.
  5. Schaltkreis nach Anspruch 4, bei dem die Vorspannungsschaltung (24) einen fünften MOS-Transistor (40) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der bei einem Verhältnis des Drain-Sourcestromes zum Kanalseitenverhältnis arbeitet, das ungefähr gleich einem Verhältnis des Drain-Sourcestromes zum Kanalseitenverhältnis des ersten Transistors (28A) ist, wobei die Drainspannung des fünften Transistors (40) ungefähr gleich der Drainspannung des ersten Transistors (28A) ist.
  6. Schaltkreis nach Anspruch 5, bei dem die Vorspannungsschaltung (24) einen sechsten MOS-Transistor (42) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der einen Drain-Sourcepfad definiert, der mit einem Drain-Sourcepfad des fünften Transistors (40) in Reihe geschaltet ist, und der bei einem Verhältnis des Drain-Sourcestromes zum Kanalseitenverhältnis arbeitet, das ungefähr gleich einem Verhältnis des Drain-Sourcestroms zum Kanalseitenverhältnis des zweiten Transistors (26A) ist, wobei die Gatespannung des sechsten Transistors (42) ungefähr gleich der Gatespannung des zweiten Transistors (26A) ist.
  7. Schaltkreis nach Anspruch 6, bei dem die Vorspannungsschaltung einen siebten MOS-Transistor (38) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der einen Drain-Sourcepfad definiert, der in Reihe mit dem Drain-Sourcepfad des fünften Transistors (40) geschaltet ist, wobei der siebte Transistor (38) bei einem Verhältnis des Drain-Sourcestromes zum Kanalseitenverhältnis arbeitet, das ungefähr gleich dem Verhältnis des Drain-Sourcestromes zum Kanalseitenverhältnis des vierten Transistors (26B) ist, wobei die Gatespannung des siebten Transistors (38) gleich der Gatespannung des vierten Transistors (26B) ist.
  8. Schaltkreis nach Anspruch 7, bei dem das Gate des sechsten Transistors (42) den ersten Vorspannungsausgang umfaßt und das Gate des siebten Transistors (38) den zweiten Vorspannungsausgang umfaßt.
  9. Schaltkreis nach Anspruch 8, bei dem die Vorspannungsschaltung (24) einen achten MOS-Transistor (44) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der relativ zu dem sechsten Transistor (42) so angeschlossen ist, daß die Drain-Sourcespannung des ersten und des dritten Transistors (28A, 28B) ungefähr gleich der Differenz des Betrags der Gate-Sourcespannung des achten und des sechsten Transistors (44, 42) ist.
  10. Schaltkreis nach Anspruch 9, bei dem das Gate des achten Transistors (44) mit dem Gate des sechsten Transistors (42) verbunden ist.
  11. Schaltkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem ersten und einem zweiten Transistor (23A, 23B) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, die als ein Differenzpaar angeordnet sind, wobei der erste Transistor (23A) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen Drain-Sourcepfad definiert, der mit dem ersten Strompfad in Reihe geschaltet ist, und der zweite Transistor (23B) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen Drain-Sourcepfad definiert, der mit dem zweiten Strompfad in Reihe geschaltet ist, wobei der Schaltkreis und das Differenzpaar einen Verstärker bilden, der einen ersten Verstärkereingang bei dem Gate des ersten Transistors (23A) des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Verstärkereingang bei dem Gate des zweiten Transistors (23B) des zweiten Leitfähigkeitstyps sowie einen Verstärkerausgang bei einem Knoten zwischen dem vierten Transistor (26B) des ersten Leitfähigkeitstyps und dem zweiten Transistor (23B) des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
  12. Schaltkreis nach Anspruch 11, bei dem der Verstärkerausgang mit dem zweiten Verstärkereingang verbunden ist.
  13. Schaltkreis nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der erste und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ bzw. der n-Typ sind.
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