DE69011756T2

DE69011756T2 - Stromspiegelschaltung.

Info

Publication number: DE69011756T2
Application number: DE69011756T
Authority: DE
Inventors: Christopher Cytera
Original assignee: Inmos Ltd
Current assignee: STMicroelectronics Ltd Great Britain
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2010-06-12
Also published as: JPH03114305A; EP0403195A1; US5087891A; EP0403195B1; JP3152922B2; DE69011756D1; GB8913439D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromspiegelschaltung.
Stromspiegelschaltungen sind in MOS (metal oxide semiconductor) Analogeinrichtungen gut bekannt. Im wesentlichen werden sie verwendet, um eine Stromquelle in eine Stromsenke umzuwandeln und umgekehrt.
Ein elementarer Stromspiegel umfaßt erste und zweite FET s (field effect transistors), deren Source-Anschlüsse an ein gemeinsames festes Potential angeschschlossen und deren Gate-Anschlüsse miteinander verbunden sind. Zusätzlich ist das Gate des ersten Transistors mit seinem Drain verbunden. Eine Stromquelle ist in den Drain des ersten Transistors geschaltet, und der Ausgangsstrom wird an einer Last im Drain des zweiten Transistors abgenommen. Unter diesen Umständen wird das Verhältnis des Ausgangs- zum Eingangsstrom im Idealfall bestimmt durch das Verhältnis der Transistorgrößen im Stromspiegel.
In der Praxis hängt jedoch die Genauigkeit einer Stromspiegelschaltung von anderen Faktoren ab, insbesondere von ihrer Ausgangsimpedanz. Idealerweise sollte die Impedanz unendlich oder wenigstens sehr groß sein im Verhältnis zu einer an den Stromspiegel angeschlossenen Last. In der Praxis ist die Impedanz einer herkömmlichen Stromspiegelschaltung für manche Anwendungen wie z.B. Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad zu niedrig.
Stromspiegelschaltungen finden auch Anwendung zur Erzeugung eines Ausgangsstroms, welcher ein festes Vielfaches eines Eingangsstroms oder mehrerer derartiger Eingangsströme ist.
In der Zeichnung sind:
Fig. 1 ein Schaltplan einer herkömmlichen Kaskoden-Stromspiegelschaltung;
Fig. 2 ein Schaltplan einer herkömmlichen Kaskoden-Stromspiegelschaltung, die dazu verwendet wird, einen Ausgangsstrom zu liefern, welcher ein Vielfaches eines Eingangsstroms ist, und die so ausgelegt werden kann, daß sie mehrere Ausgangsströme liefert; und
Fig. 3 bis 5 Schaltpläne von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Kaskoden-Stromspiegel, welcher ein erstes Transistorpaar aufweist, das einen n-Kanal-Transistor 1 umfaßt, dessen Gate mit seinem Drain verbunden ist, sowie einen zweiten n-Kanal-Transistor 3, dessen Gate mit dem Gate des Transistors 1 verbunden ist. Eine Stromquelle, welche einen Eingangsstrom Iin liefert, ist in den Drain-Anschluß des ersten Transistors geschaltet, wobei ein Ausgangsstrom Iout an einer (nicht gezeigten) Last abgenommen wird, die in den Drain-Anschluß des zweiten Transistors 3 geschaltet ist. Ein zweites Transistorpaar ist wie folgt geschaltet: ein dritter n-Kanal-Transistor 2, dessen Gate sowohl mit seinem Drain als mit dem Gate eines vierten n-Kanal-Transistors 4 verbunden ist, ist in den Source-Anschluß des ersten Transistors 1 geschaltet. Der vierte Transistor 4 ist in den Source-Anschluß des zweiten Transistors 3 geschaltet. Schließlich sind die Source-Anschlüsse des dritten und vierten Transistors 2, 4 an Masse geschlossen. Wenn bei dieser Ausführungsform aufgrund eines Anstiegs der Drainspannung Vds&sub3; des zweiten Transistors der Ausgangsstrom Iout dazu neigt, im Verhältnis zu seinem Normalwert bezüglich des Eingangsstroms Iin anzusteigen, erfolgt eine Erhöhung der Drain-Source-Spannung Vds&sub4; des vierten Transistors, was dann seinerseits dazu führt, die Gate-Source-Spannung Vgs&sub3; des zweiten Transistors 3 zu reduzieren. Dies wiederum begrenzt die Strommenge, welche längs des Drain-Source-Kanals des zweiten Transistors 3 fließen kann, und damit wird der Ausgangsstrom Iout reduziert. Die Schaltung verwendet somit negative Rückkopplung, um Eigenüberwachung zu erzielen.
Die Schaltung von Fig. 1 ist dazu geeignet, eine Stromquelle in eine Stromsenke umzuwandeln. Unter gewissen Umständen ist es erforderlich, eine Schaltung vom Stromspiegeltyp zu verwenden, um eine zweite Stromquelle aus einer bestehenden Quelle zu schaffen. Dies kann der Fall sein, wo eine zweite Stromquelle mit einem anderen Wert als die bestehende Stromquelle benötigt wird, oder wo mehrere ähnliche Stromquellen aus einer einzigen Stromquelle erzeugt werden müssen. Die Erzeugung von mehreren Stromquellen wird z.B. in Digital- Analog-Umwandlern angewandt. Zu diesem Zweck wird eine "invertierte" Stromspiegelschaltung als Last im Drain-Anschluß des zweiten Transistors 3 verwendet (siehe Fig. 2). Die invertierte Stromspiegelschaltung besteht aus zwei Stromspiegel-p-Kanal-Transistorpaaren 5, 6 und 7, 8, welche, wie oben mit Bezug auf die Transistoren 1 bis 4 von Fig. 1 beschrieben, in Kaskodenform geschaltet sind. Die Funktionsweise dieser "invertierten" Schaltung wird nicht beschrieben, da sie im wesentlichen die gleiche ist wie bei der Anordnung der Transistoren 1 bis 4. Es genügt zu erwähnen, daß zur Erzielung zufriedenstellender Ausgangsimpedanzen, damit der Ausgangsstrom Iout eine vorbestimmte und genaue Beziehung zum Eingangsstrom Iin aufweist, in jedem Fall das Transistorpaar 1, 3 und 7, 8 erforderlich ist. Bei einem bekannten Digital-Analog-Umwandler-Stromspiegel besteht eine Anzahl von Transistor-Ausgangsanordnungen, wie durch die Transistoren 6, 8 dargestellt und in Fig. 2 lediglich schematisch durch die gestrichelten Linien angezeigt.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung weist beträchtliche Nachteile auf, wenn sie in einen Halbleiterchip für CMOS-Digitalabläufe mit großen Toleranzen eingesetzt wird. Bekanntlich ist für eine gegebene Gate-Source-Spannung (Vgs) der Drain-Source-Strom (Ids) eines FET durch sein Breite/Länge- Verhältnis begrenzt, wenn er in eine praktische integrierte Schaltung eingesetzt ist. Es ist stets notwendig, die Transistorbreite anzugeben, um den schlechtestmöglichen Fall in Betracht zu ziehen, der beim Betrieb auftreten könnte. Bei Abläufen mit hoher Toleranz ist dies ein ernsthaftes Problem für kurze Transistoren, bei denen eine Längenänderung aufgrund der Ablauftoleranzen eine stärkere nachteilige Auswirkung hat als bei Transistoren mit größerer Länge. Für typische Eingangsströme von der Größenordnung 2 mA kann jeder der Stromspiegeltransistoren 1 bis 4 eine Breite W von der Größenordnung 15000 um und eine Länge L von 1-2 um benötigen. In Anbetracht der Platzverhältnisse auf einem einzelnen Chip ist dies recht aufwendig. Außerdem bedeutet die Beziehung zwischen Ids, W und der Drain-Source-Spannung Vds bei einem FET daß, wenn das Breite/Länge-Verhältnis zunimmt, Vds für den gleichen Strom reduziert wird. Unter Bezugnahme auf die Schaltung von Fig. 2 muß, wenn das Breite/Länge-Verhältnis der p-Kanal-Transistoren 5 bis 8 abnimmt, die Vgs der Transistoren 5 und 7 zunehmen, um Ids konstant zu halten. Dies bedeutet, daß sich die Drainspannung des n-Kanal- Transistors 3 dem Massepotential nähert. Wenn die Vgs des Transistors 3 die Summe seiner Drain-Source-Spannung Vds und der Schwellenspannung Vt überschreiten darf, geht der Transistor 3 aus seinem Sättigungs-Arbeitsbereich in seinen linearen Bereich. Ein für den Betrieb im Sättigungsbereich ausgelegter Stromspiegel wird im linearen Bereich fehlerhaft arbeiten, da geringe Änderungen von Vds große Änderungen von Ids bewirken. Wenn der Transistor 4 ebenfalls aus seinem Sättigungs-Arbeitsbereich herausgeht, steigert sich der Fehler, und die Schaltung hört auf, richtig als Stromspiegel zu arbeiten. Die Reduzierung des Breite/Länge-Verhältnisses der Transistoren 1 bis 4 hat eine ähnliche Wirkung auf die Betriebsbedingungen der Transistoren 3 und 4. Wenn, wie bei der Schaltung von Fig. 2, vier Transistoren zwischen die Versorgungsspannung VDD und Masse geschaltet sind, ist es erforderlich, daß das Breite/Länge-Verhältnis jedes Transistors so groß wie möglich ist, um sicherzustellen, daß selbst unter den schlechtestmöglichen Umgebungsbedingungen die Transistoren im Sättigungszustand bleiben. Bei hohen Temperaturen und niedrigen Versorgungsspannungen ist es bei Verwendung der bekannten Schaltungsarten in einem Ablauf mit hohen Toleranzen nicht möglich, die Transistoren in Sättigung zu halten, ohne daß deren Abmessungen untragbar groß werden. Es ist natürlich auch unter dem Gesichtspunkt der Unterbringung möglichst vieler Schaltungen auf einem einzigen Chip wichtig, daß die Transistorbreite reduziert wird.
Es wird auf einen Artikel mit dem Titel "Negative currentmirror using n-p-n transistors" in Electronic Letters, vom 26. Mai 1977, Spalte 13, Nr. 11 verwiesen, der einen Stromspiegel beschreibt, welcher einen Operationsverstärker verwendet, um das gleiche Potentialgefälle an diodengekoppelten angepaßten Stromspielgeltransistoren festzulegen. Die Transistoren sind Bipolartransistoren.
Desgleichen wird auf die EP-A-0356570 unter dem Namen von Siemens Bezug genommen, welche nur für Deutschland aufgrund von Artikel 54(3) zum Stand der Technik gehört. Sie beschreibt eine Stromspiegelschaltung, welche Feldeffekttransistoren und einen Operationsverstärker in Rückkopplung verwendet.
Gemäß der Erfindung wird eine Stromspiegelschaltung geschaffen, welche aufweist: einen ersten und zweiten MOS-Feldeffekttransistor, deren Source-Anschlüsse mit einem festen Potential verbunden und deren Gate-Anschlüsse zur Aufnahme einer gemeinsamen Spannung geschaltet geschlossen sind, wobei der Drain-Anschluß des ersten Transistors an eine Stromquelle anschließbar ist; ein aktiv steuerbares Rückkopplungselement, das mit dem Drain-Anschluß des zweiten Transistors verbunden ist, wobei das Rückkopplungselement durch einen Differentialverstärker in Abhängigkeit von der Differenz der Drainspannungen des ersten und zweiten Transistors steuerbar ist, um dadurch die Drainspannungen des ersten und zweiten Transistors im wesentlichen einander gleich zu halten, und wobei der Ausgang des Differentialverstärkers mit einem ersten Ausgangsanschluß gekoppelt ist, der geeignet ist, eine erste Bezugsspannung auf eine Ausgangsstufe zu geben; und in der ein Vorspannungselement mit dem Drain-Anschluß des zweiten Transistors und dem aktiv steuerbaren Rückkopplungselement verbunden ist, wobei das Vorspannungelement mit einem zweiten Ausgangsanschluß gekoppelt ist, um eine zweite Bezugsspannung der Ausgangsstufe zuzuführen.
Die Verwendung eines Differentialverstärkers mit einem aktiv steuerbaren Rückkopplungselement ermöglicht auf diese Weise, daß die Drain-Source-Spannungen der Stromspiegeltransistoren gleich gehalten werden, unabhängig von Änderungen der Betriebsbedingungen der Schaltung, z.B. der Lastkennwerte (beeinflußt beispielsweise durch Temperatur- und Verfahrenstoleranzen) oder der Versorgungsspannung. Da die Drain-Source- Spannung des zweiten Transistors nur von der Drain-Source- Spannung des ersten Transistors abhängt, wird sie kaum durch Lastbedingungen beeinflußt, und somit hat die Stromspiegelschaltung eine Impedanz, welche höher ist als diejenige herkömmlicher Stromspiegelschaltungen und vergleichbar mit Kaskoden-Stromspiegelschaltungen.
Die Rückkopplungssteuerung der Drain-Source-Spannung ermöglicht es jedoch, daß die Breite der Stromspiegeltransistoren im Vergleich zu einer Kaskoden-Stromspiegelschaltung drastisch auf ca. 1300 um reduziert werden kann. Da die Kaskodentransistoren nicht benötigt werden, sind also weniger Transistoren zwischen die Versorgungsleitungen geschaltet, und somit ergeben sich weniger Probleme, sie im Sättigungsbereich zu halten.
Das aktiv steurbare Rückkopplungselement ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, dessen Gate derart geschaltet ist, daß er ein Ausgangssignal vom Differentialverstärker erhält.
Der weitere Transistor kann durch eine Vorwärtsverstärkungsschaltung gesteuert werden, welche derart gekoppelt ist, daß sie den Ausgang des Differentialverstärkers aufnimmt. Dies gestattet es, daß die Vgs des zweiten FET unabhängig von der Drainspannung des zweiten Transistors erhöht und somit stärker aufgeschaltet wird. Der Transistor kann daher für die gleiche Ids mit noch niedrigerem Breite/Länge-Verhältnis hergestellt werden.
Die Schaltung gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn sie zur Erzeugung eines Ausgangsstroms verwendet wird, der ein festes Vielfaches eines Eingangsstroms ist, da in den Drain-Anschluß des zweiten Transistors ein Vorspannungstransistor in Reihe mit dem aktiv steuerbaren Rückkopplungselement geschaltet ist. Ein erstes Ausgangselement kann vom Differentialverstärker gesteuert werden, und ein zweites, mit dem ersten Ausgangselement in Reihe geschaltetes Ausgangselement kann mit dem Vorspannungstransistor gekoppelt werden. Wenn mehrere Ausgangsströme erzeugt werden müssen, können mehrere Gruppen von ersten und zweiten in Reihe geschalteten Ausgangselementen parallelgeschaltet werden, wobei jede Gruppe einen entsprechenden Ausgangsstrom erzeugt. Mit dieser Anordnung hat die Schaltung gemäß der Erfindung einen besonderen Vorteil insofern als der Differentialverstärker ermöglicht, daß die Vorspannungen für die Ausgangselemente erzeugt werden, ohne den bei Schaltungen nach dem Stand der Technik benötigten Umfang an Siliziumflächen aufzubrauchen. Außerdem gewährleistet jede Gruppe von als Kaskadenpaar in Reihe geschalteten ersten und zweiten Ausgangselementen eine Stromquelle mit hoher Impedanz.
Die Gate-Anschlüsse der ersten und zweiten Transistoren können mit dem Drain des ersten Transistors verbunden werden. Vorzugsweise werden jedoch die Gate-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors derart geschaltet, daß sie die gemeinsame Gatespannung von einer getrennten Stromversorgungsschaltung erhalten.
Die unabhängige Steuerung der Gatespannung bedeutet, daß Vgs größer als Vds gemacht werden kann. Dies hat den beträchtlichen Vorteil, daß ein kleinerer Transistor, d.h. ein Transistor mit niedrigerem Breite/Länge-Verhältnis dazu gebracht werden kann, den gleichen Strom zu führen wie ein Transistor mit größerem Breite/Länge-Verhältnis. Im typischen Fall kann die Breite des Stromspiegeltransistors auf ca. 360 um reduziert werden. Somit werden, selbst wenn man mit großen Toleranzen rechnet, die Anforderungen für die Transistorbreiten wesentlich reduziert.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um aufzuzeigen, wie dieselbe zur Ausführung gelangen kann, wird nunmehr als Beispiel auf Fig. 3 bis 5 der beigefügten Zeichnung Bezug genommen.
Die Bauteile einer herkömmlichen Stromspiegelschaltung können in Fig. 3 angegeben werden als ein erster n-Kanal-Transistor 24, in dessen Drain-Anschluß eine Stromquelle Iin geschaltet ist, und als ein zweiter Transistor 26, dessen Gate mit dem Gate von Transistor 24 verbunden ist. Die Source-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors sind mit einem festen Potential (Masse) verbunden. In den Drain-Anschluß des zweiten Transistors 26 ist ein aktiv steuerbares Rückkopplungselement in Form eines p-Kanal-Feldeffekttransistors 28 geschaltet. Bei der Ausführungsform von Fig. 3 sind die Gate-Anschlüsse der Transistoren 24, 26 mit dem Drain des ersten Transistors 24 im Knotenpunkt 30 verbunden. Das Gate des p-Kanal-Transistors 28 ist mit dem Ausgang eines Differentialverstärkers oder Operationsverstärkers 12 verbunden. Der Operationsverstärker 12 ist derart geschaltet, daß er eine Rückkopplungsschleife innerhalb der Stromspiegelschaltung bildet. Der negative Eingang 14 des Operationsverstärkers 12 ist derart geschaltet, daß er am Knotenpunkt 16 die Drainspannung V1 des ersten Transistors 24 aufnimmt. Der positive Eingang 18 des Operationsverstärkers 12 ist derart geschaltet, daß er am Knotenpunkt 20 die Drainspannung V2 des zweiten Transistors 26 aufnimmt. Der Zweck des Operationsverstärkers 12 ist es, daß er dazu neigt, die Drainspannungen V1 und V2 des ersten und zweiten Transistors 24, 26 gleich zu machen. Wenn die Drainspannung V2 des zweiten Transistors 26 im Verhältnis zur Drainspannung V1 des ersten Transistors 24 zunimmt, ist das Ausgangssignal Vo des Operationsverstärkers 12 so, daß es die Vgs des Transistors 28 und somit Ids reduziert, um dadurch die Drainspannung V2 des zweiten Transistors 26 zu reduzieren. Wenn die Drainspannung V2 des zweiten Transistors 26 unter die Drainspannung V1 des ersten Transistors 24 absinkt, ist das Ausgangssignal Vo des Operationsverstärkers 12 so, daß es die Vgs des Transistors 28 und somit Ids erhöht, um dadurch die Drainspannung V2 des zweiten Transistors 26 ansteigen zu lassen. Auf diese Weise sind die Knotenpunkte 16 und 20 dauernd gleich vorgespannt.
Zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 12 und seinen positiven Eingang 18 ist ein Kondensator C&sub1; geschaltet, um die Steuerschleife zu stabilisieren, wenn der Phasenrand der Schleife weniger als 45º beträgt.
Das Gate eines Ausgangstransistors 50 ist derart geschaltet, daß es das Ausgangssignal Vo des Operationsverstärkers 12 empfängt und durch dieses Signal gesteuert wird. Um die Ausgangsimpedanz der Schaltung zu erhöhen, ist ein zweiter Ausgangstransistor 52 in Reihe mit dem ersten Ausgangstransistor 50 geschaltet. Ein weiterer p-Kanal-Transistor 48 ist in den Drain-Anschluß des zweiten Transistors 26 geschaltet, um den zweiten Ausgangstransistor 52 zu steuern, welcher so geschaltet ist, daß er an seinem Gate die Gatespannung Vg des Transistors 48 erhält. Es können mehrere Ausgangstransistorgruppen vorhanden sein, wie schematisch durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 dargestellt. Die Ausgangstransistoren 50, 52 werden in Abhängigkeit von der Stromquelle Iin gesteuert, um den Ausgangsstrom Iout der Stromspiegelschaltung zu erzeugen.
Bezugnehmend auf Fig. 4 kann nun eine aus zwei p-Kanal-Transistoren 40, 42 und zwei n-Kanal-Transistoren 44, 46 bestehende Vorwärtsverstärkungsschaltung zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 12 und das Gate des weiteren p-Kanal- Transistors 48 geschaltet werden, was dann ein zweites aktiv steuerbares Rückkopplungselement bildet. Die Transistoren in der Verstärkungsschaltung sind geschaltet wie im folgenden beschrieben: Das Gate des p-Kanal-Transistors 40 ist derart geschaltet, daß es die Ausgangsspannung Vo vom Operationsverstärker 12 erhält. Dieser Transistor 40 ist zwischen die Versorgungsschiene VDD und den Drain des n-Kanal-Transistors 44 geschaltet. Das Gate des Transistors 44 ist mit seinem Drain verbunden. Source bzw. Gate des n-Kanal-Transistors 44 sind mit Source bzw. Gate des n-Kanal-Transistors 46 verbunden. Ein p-Kanal-Transistor 42 ist in den Drain des Transistors 46 geschaltet. Der Transistor 42 ist an die Versorgung VDD angeschlossen, und sein Gate ist sowohl mit dem Drain des Transistors 46 als mit dem Gate des Transistors 48 verbunden, der das steuerbare Rückkopplungselement bildet.
Der Zweck dieser Schaltung ist es, die Gatespannung Vg des Transistors 48 zu einer positiven Funktion der Ausgangsspannung Vo der Vergleichsschaltung 12 zu machen. Das Verhältnis wird durch das folgende angegeben:
worin W40 bzw. W42 die Breite der Transistoren 40 bzw. 42 und K&sub1; eine Konstante ist. Die Wirkung der Verstärkungsschaltung besteht darin, zu ermöglichen, daß das Breite/Länge-Verhältnis des Transistors 48 reduziert wird, wie zuvor erläutert.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung wird in Fig. 5 gezeigt. Anstatt mit dem Drain des ersten Transistors 24 verbunden zu sein, sind die Gate-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors 24, 26 derart geschaltet, daß sie eine Steuerspannung Vc am Knotenpunkt 10 erhalten. Die Steuerspannung Vc wird von der Verstärkungsschaltung abgezweigt, welche die Drainspannung V1 des ersten Transistors 24 vom Knotenpunkt 22 abnimmt. Die Verstärkungsschaltung besteht aus Eingangs- und Ausgangs-n-Kanal-Transistoren 36, 38 mit an Masse geschalteten Source-Anschlüssen. Zwei p-Kanal-Transistoren 32, 34 sind in die Drain-Anschlüsse der Transistoren 36, 38 und an die Versorgungsschiene VDD geschaltet, und ihre Gate-Anschlüsse sind miteinander verbunden. Die Gate- Anschlüsse der Transistoren 32, 34 sind auch mit dem Drain des Eingangstransistors 36 verbunden. Der Drain des Ausgangstransistors 38 ist mit seinem Gate verbunden. Die Schaltung arbeitet so, daß das Verhältnis von Vc zu V1 durch folgendes gegeben ist:
worin W38 bzw. W36 die Breite der Transistoren 38 bzw. 36 und K&sub2; eine Konstante ist. Die unabhängige Steuerung von Vc und somit der Gatespannung des ersten und zweiten Transistors 24, 26 ermöglicht es, daß die Gatespannung höher gehalten wird als die Drainspannung V1, jedoch nicht um so viel höher, daß der Transistor aus der Sättigung herausgeht. Dies hat den Vorteil, daß für einen Transistor gleicher Größe, bei welchem die Gatespannung an die Drainspannung gebunden ist, mehr Strom geleitet werden kann. Umgekehrt kann für gegebene Stromwerte ein kleiner bemessener Transistor verwendet werden. Der erste Transistor 24 wird durch die Spannungsversorgungsschaltung 32, 34, 36, 38 näher an den linearen Betriebsbereich vorgespannt, bleibt aber dennoch im Sättigungsbereich. Die unabhängige Steuerung des durch die p-Kanal-Transistoren 28, 48 gebildeten Rückkopplungselements hat eine ähnliche Wirkung insofern als die Breite der Transistoren im Verhältnis zu 5, 7 in Fig. 2 reduziert werden und dennoch den gleichen Strom führen kann. Die Größen der p-Kanal-Transistoren 28, 48, 40, 42 werden so gewählt, daß für die schlechtesten Fälle mit höchster Temperatur, niedrigster Versorgungsspannung, maximaler Transistorlänge und höchster Schwellenspannung die Rückkopplungselemente 28, 48 gerade im Sättigungsbereich liegen. Für andere Fälle liegen sie weiter im Sättigungsbereich.
Die durch die beschriebene Schaltung ermöglichte Reduzierung der Transistorbreite ist bedeutend und kann aus Tabelle I entnommen werden, welche die Transistorbreiten für den Fall (i) von Fig. 2, den Fall (ii) von Fig. 3, den Fall (iii) von Fig. 4 und den Fall (iv) von Fig. 5 vergleicht. TABELLE I (VDD = 4,4 V, Temperatur = 100ºC) Abmessungen in um. TABELLE I (Fortsetzung)

Claims

1. Stromspiegelschaltung, welche aufweist:

einen ersten und zweiten MOS-Feldeffekttransistor (24, 26), deren Source-Anschlüsse mit einem festen Potential und deren Gate-Anschlüsse zur Aufnahme einer gemeinsamen Spannung angeschlossen sind, wobei der Drain-Aschluß des ersten Transistors an eine Stromquelle anschließbar ist;

ein aktiv steuerbares Rückkopplungselement (28), das mit dem Drain-Anschluß des zweiten Transistors verbunden ist, wobei das Rückkopplungselement durch einen Differentialverstärker (12) in Abhängigkeit von der Differenz der Drain-Spannungen des ersten und zweiten Transistors (24, 26) steuerbar ist, um dadurch die Drain-Spannungen des ersten und zweiten Transistors im wesentlichen einander gleich zu halten, und wobei der Ausgang des Differentialverstärkers (12) mit einem ersten Ausgangsanschluß gekoppelt ist, der geeignet ist, eine erste Bezugsspannung auf eine Ausgangsstufe (50, 52) zu geben; und

in der ein Vorspannungselement (48) mit dem Drain-Anschluß des zweiten Transistors und dem aktiv steuerbaren Rückkopplungselement verbunden ist, wobei das Vorspannungselement mit einem zweiten Ausgangsanschluß gekoppelt ist, um eine zweite Bezugsspannung der Ausgangsstufe (50, 52) zuzuführen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, in welcher das aktiv steuerbare Rückkopplungselement (28) ein Feldeffekttransistor ist, dessen Gate mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, welche eine Ausgangsstufe mit einem Ausgangselement (50) aufweist, das mit dem ersten Ausgangsanschluß verbunden und vom Differentialverstärker getrieben ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, in welcher die Ausgangsstufe ein weiteres Ausgangselement (51) in Reihe mit dem erstgenannten Ausgangselement (50) umfaßt, das mit dem zweiten Auslaßanschluß gekoppelt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, in der das oder jedes Ausgangselement ein Feldeffekttransistor ist.

6. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welcher das Vorspannungselement ein Feldeffekttransistor ist, dessen Gate mit seinem Drain-Anschluß verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 4, in welcher eine Vorwärtsverstärkerschaltung (40, 42, 44, 46) so angeschlossen ist, daß sie das Ausgangssignal des Differentialverstärkers aufnimmt, und so angeordnet ist, daß sie das Vorspannungselement (48) und das weitere Ausgangselement (52) treibt.

8. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche eine Anzahl von derartigen Ausgangsstufen umfaßt, um eine entsprechende Anzahl von Ausgangsströmen zu erzeugen.

9. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welcher die Gate-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors mit dem Drain-Anschluß des ersten Transistors verbunden sind.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in welcher die Gate-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors so angeschlossen sind, daß sie die gemeinsame Spannung aus einer unabhängigen Spannungszuführschaltung aufnehmen.

11. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche ferner einen Kondensator (C1) aufweist, der zwischen den Ausgang des Differentialverstärkers (12) und den dritten Anschluß des zweiten Transistors (26) geschaltet ist.