Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromspiegelschaltung
zur Erzeugung eines in einem Ausgangszweig fließenden Aus
gangsstroms, der einem in einem zwischen einem Versorgungs
spannungsanschluß und Masse liegenden Eingangszweig fließen
den Referenzstrom entspricht, mit einem ersten bipolaren
Transistor im Eingangszweig, durch dessen Kollektor-Emitter-
Strecke der von einer mit dem Kollektor verbundenen Strom
quelle gelieferte Referenzstrom fließt, und einem zweiten
bipolaren Transistor im Ausgangszweig, durch dessen Kollek
tor-Emitter-Strecke der Ausgangsstrom fließt, wobei die
Basis-Anschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbun
den sind.The invention relates to a current mirror circuit
to generate an out flowing in an output branch
gangsstrom, one in one between a supply
The voltage connection and the ground input branch flow
corresponds to the reference current, with a first bipolar
Transistor in the input branch, through its collector-emitter
Range of a current connected to the collector
source supplied reference current flows, and a second
bipolar transistor in the output branch, through its collector
gate-emitter path the output current flows, the
Base connections of the two transistors connected together
they are.
Stromspiegelschaltungen werden dazu verwendet, in einem
Ausgangszweig einen Strom zu erzeugen, der möglichst genau
einem in einem Eingangszweig fließenden Strom entspricht. Es
ist auch möglich, in einer solchen Schaltung den Strom im
Ausgangszweig so zu erzeugen, daß er in einem genauen Ver
hältnis zum Strom im Eingangszweig steht. In einer bekannten
Schaltung dieser Art, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind
zwei bipolare Transistoren 10, 12 vorgesehen, von denen der
erste im Eingangszweig liegt, während der zweite im Aus
gangszweig liegt. Der Referenzstrom Ir, der im Eingangszweig
fließt und in den Ausgangszweig als Strom Ia gespiegelt
werden soll, wird von einer Stromquelle 14 erzeugt. Wie zu
erkennen ist, sind die Basis-Anschlüsse der beiden Tran
sistoren 10 und 12 miteinander verbunden, und der von diesen
Transistoren benötigte Basisstrom Ib wird über die Drain-
Source-Strecke eines MOS-Feldeffekttransistors 16 geliefert,
dessen Gate-Anschluß mit dem Kollektor des Transistors 10
verbunden ist. Da der Gate-Anschluß des MOS-Feldeffekt
transistors 16 keinen Strom aufnimmt, fließt durch die
Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 10 der Referenz
strom Ir, der von der Stromquelle 14 erzeugt wird. Dieser
Strom fließt dann aufgrund der bekannten Stromspiegelwirkung
auch durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 12,
so daß die gewünschte Wirkung erreicht wird, nämlich daß im
Ausgangszweig der Schaltung ein dem Referenzstrom Ir ent
sprechender Strom Ia fließt.Current mirror circuits are used to generate a current in an output branch which corresponds as closely as possible to a current flowing in an input branch. It is also possible to generate the current in the output branch in such a circuit so that it is in a precise relationship to the current in the input branch. In a known circuit of this type, which is shown in Fig. 2, two bipolar transistors 10 , 12 are provided, of which the first is in the input branch, while the second is in the output branch. The reference current I r , which flows in the input branch and is to be reflected in the output branch as current I a , is generated by a current source 14 . As can be seen, the base connections of the two transistors 10 and 12 are connected to one another, and the base current I b required by these transistors is supplied via the drain-source path of a MOS field-effect transistor 16 , the gate connection of which Collector of transistor 10 is connected. Since the gate terminal of the MOS field effect transistor 16 does not consume any current, the reference current I r that is generated by the current source 14 flows through the collector-emitter path of the transistor 10 . This current then flows from the known current mirror action by the collector-emitter path of the transistor 12 so that the desired effect is achieved, namely that in the output branch of the circuit, a reference current I r ent speaking current I a flows.
Diese bekannte Schaltung von Fig. 2 erfüllt zwar die ge
nannte Bedingung sehr genau, jedoch hat sie Nachteile, wenn
nur eine kleine Versorgungsspannung Vdd zur Verfügung steht,
wie dies bei modernen batteriegespeisten elektronischen Ge
räten häufig der Fall ist. Wie zu erkennen ist, stellt sich
am Punkt A der Schaltung eine Spannung ein, die der Summe
der Basis-Emitter-Spannung des bipolaren Transistors 10 und
der Schwellenspannung Vth des MOS-Feldeffekttransistors 16
entspricht. Diese beiden Spannungen liegen etwa in der Grö
ßenordnung von 0,7 V, so daß am Punkt A eine Spannung von
mindestens 1,4 V auftritt. Wenn nun die Versorgungsspannung
VDD nur 1,8 V beträgt, wie dies in praktischen Anwendungen
durchaus der Fall sein kann, dann steht für den Betrieb der
Stromquelle 14 nur noch eine Spannung von maximal 0,4 V zur
Verfügung, die nicht ausreicht, die Stromquelle 14 mit
einfachen Mitteln so aufzubauen, daß sie zuverlässig den
gewünschten Referenzstrom Ir liefert. Die Schaltung von
Fig. 2 eignet sich also nur für den Betrieb mit höheren
Versorgungsspannungen.This known circuit of FIG. 2 fulfills the mentioned condition very precisely, but it has disadvantages if only a small supply voltage V dd is available, as is often the case with modern battery-powered electronic devices. As can be seen, a voltage is established at point A of the circuit which corresponds to the sum of the base-emitter voltage of the bipolar transistor 10 and the threshold voltage V th of the MOS field-effect transistor 16 . These two voltages are of the order of magnitude of 0.7 V, so that a voltage of at least 1.4 V occurs at point A. If the supply voltage V DD is only 1.8 V, as can be the case in practical applications, then only a maximum voltage of 0.4 V is available for the operation of the current source 14 , which is insufficient Build current source 14 with simple means so that it reliably delivers the desired reference current I r . The circuit of FIG. 2 is therefore only suitable for operation with higher supply voltages.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromspiegel
schaltung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten,
daß sie auf niedrigen Betriebsspannungen in der Lage ist,
mit hoher Genauigkeit den im Eingangszweig fließenden Refe
renzstrom in den Ausgangszweig zu spiegeln.The invention has for its object a current mirror
to design the circuit of the type specified at the beginning,
that it is capable of operating at low voltages
the refe flowing in the input branch with high accuracy
to mirror the reference current in the output branch.
Diese Aufgabe wird in einer Stromspiegelschaltung der ein
gangs angegeben Art gelöst durch eine weitere Stromspiegel
schaltung mit einem zwischen dem Versorgungsspannungsan
schluß und Masse liegenden Eingangszweig und einem zwischen
dem Versorgungsspannungsanschluß und den verbundenen Basis-
Anschlüssen der beiden bipolaren Transistoren liegenden
Ausgangszweig zur Erzeugung eines Basisstroms für diese
Transistoren, wobei im Eingangszweig dieser weiteren Strom
spiegelschaltung eine von der Kollektorspannung des ersten
bipolaren Transistors gesteuerte Stromquelle liegt, deren
Ausgangsstrom in den Ausgangszweig dieser weiteren Strom
spiegelschaltung gespiegelt wird.This task is done in a current mirror circuit
initially specified type solved by another current mirror
circuit with a between the supply voltage
circuit and ground input branch and a between
the supply voltage connection and the connected base
Connections of the two bipolar transistors
Output branch for generating a base current for this
Transistors, this further current in the input branch
mirror circuit one of the collector voltage of the first
Bipolar transistor controlled current source, whose
Output current in the output branch of this further current
mirror circuit is mirrored.
In der erfindungsgemäßen Stromspiegelschaltung wird der für
die bipolaren Transistoren benötigte Basisstrom durch eine
weitere Stromspiegelschaltung erzeugt, die diesen Basisstrom
in ihrem Ausgangszweig erzeugen kann, ohne daß vom Referenz
strom Ir Strom abgezweigt werden muß. Aufgrund der Verwen
dung dieser weiteren Stromspiegelschaltung und ihrer im
Eingangszweig liegenden Stromquelle zwischen dem Versor
gungsspannungsanschluß und Masse wird der unvermeidliche
Spannungsabfall stark reduziert, so daß die für den Betrieb
der den Referenzstrom Ir liefernden Stromquelle im Eingangs
zweig verbleibende Spannung dementsprechend größer wird. Die
Stromspiegelschaltung kann daher auch bei niedrigerer Ver
sorgungsspannung mit großer Genauigkeit den Referenzstrom Ir
in ihren Ausgangszweig spiegeln.In the current mirror circuit according to the invention, the base current required for the bipolar transistors is generated by a further current mirror circuit which can generate this base current in its output branch without the current I r having to be branched off from the reference current. Due to the use of this further current mirror circuit and its current source in the input branch between the supply voltage connection and ground, the inevitable voltage drop is greatly reduced, so that the voltage remaining for the operation of the current source supplying the reference current I r in the input branch becomes correspondingly larger. The current mirror circuit can therefore mirror the reference current I r in its output branch with great accuracy even at a lower supply voltage.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
The invention will now be described by way of example with reference to the drawing
explained. The drawing shows:
Fig. 1 eine Stromspiegelschaltung gemäß der Erfindung und Fig. 1 shows a current mirror circuit according to the invention and
Fig. 2 eine Stromspiegelschaltung nach dem Stand der
Technik. Fig. 2 shows a current mirror circuit according to the prior art.
Die Stromspiegelschaltung von Fig. 1 enthält als Grundbe
standteile die beiden bipolaren Transistoren 10 und 12 sowie
die den Referenzstrom Ir liefernde Stromquelle 14. Der zu
erzeugende Ausgangsstrom Ia fließt durch einen Lastwider
stand R.The current mirror circuit of Fig. 1 comprises, as constituents Grundbe the two bipolar transistors 10 and 12 and the reference current I r-supplying current source 14. The output current I a to be produced flows through a load resistor R.
Die Schaltung von Fig. 1 enthält eine weitere Stromspiegel
schaltung, die aus zwei p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren
16 und 18 sowie einem als Stromquelle wirkenden n-Kanal-MOS-
Feldeffekttransistor 20 besteht. Die Gate-Anschlüsse der p-
Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 16 und 18 sind miteinander
verbunden, während ihre Source-Anschlüsse an der Versor
gungsspannung VDD liegen. Der Drain-Anschluß des p-Kanal-
MOS-Feldeffekttransistors 16 ist mit den Gate-Anschlüssen
dieser beiden MOS-Transistoren verbunden. Ferner ist mit dem
Drain-Anschluß des p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 16 der
Drain-Anschluß des n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 20 ver
bunden, dessen Source-Anschluß direkt an Masse gelegt ist.The circuit of FIG. 1 contains a further current mirror circuit, which consists of two p-channel MOS field effect transistors 16 and 18 and an n-channel MOS field effect transistor 20 acting as a current source. The gate connections of the p-channel MOS field-effect transistors 16 and 18 are connected to one another, while their source connections are connected to the supply voltage V DD . The drain connection of the p-channel MOS field-effect transistor 16 is connected to the gate connections of these two MOS transistors. Furthermore, with the drain connection of the p-channel MOS field-effect transistor 16, the drain connection of the n-channel MOS field-effect transistor 20 is connected, the source connection of which is connected directly to ground.
Wie im Schaltbild von Fig. 1 zu erkennen ist, tritt am
Punkt A eine Spannung auf, die der Schwellenspannung Vth des
n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 20 entspricht. Dies bedeu
tet, daß bei gleicher Versorgungsspannung VDD für den Be
trieb der Stromquelle 14 eine Spannung zur Verfügung steht,
die gegenüber der Stromspiegelschaltung von Fig. 2 um die
Basis-Emitter-Spannung Vbe höher ist. Bei einer Versorgungs
spannung VDD von 1,8 V und einer Transistorschwellenspannung
Vth von 0,7 V steht somit am Schaltungspunkt A eine Spannung
von 1,1 V zur Verfügung. Mit dieser Spannung läßt sich mit
einfachen Mitteln die Stromquelle 14 betreiben. Das ange
strebte Ziel, nämlich den im Eingangszweig fließenden Refe
renzstrom Ir exakt in den Ausgangszweig zu spiegeln, wird
daher auf sehr einfache Weise erreicht.As can be seen in the circuit diagram of FIG. 1, a voltage occurs at point A which corresponds to the threshold voltage V th of the n-channel MOS field-effect transistor 20 . This means that with the same supply voltage V DD for operating the current source 14, a voltage is available which is higher than the base-emitter voltage V be compared to the current mirror circuit of FIG. 2. With a supply voltage V DD of 1.8 V and a transistor threshold voltage V th of 0.7 V, a voltage of 1.1 V is thus available at node A. The current source 14 can be operated with this voltage using simple means. The desired goal, namely to mirror the reference current I r flowing in the input branch exactly in the output branch, is therefore achieved in a very simple manner.