電壓電流轉換器的製作方法

2023-10-21 15:11:52 1

專利名稱：電壓電流轉換器的製作方法
電壓電流轉換器技術領域
本發明關於一種電壓-電流轉換器，特別是關於一種用於壓控振蕩器的電壓-電 流轉換器。
背景技術：
眾所周知，在現有技術中，電壓-電流轉換器用於將輸入電壓轉換為與之成比例 的輸出電流。例如，在鎖相環電路中的壓控振蕩器(一般簡寫為VC0)中通常都會用到電 壓-電流轉換器。
傳統電壓-電流轉換電路通常採用一個NMOS電晶體和一電流鏡10來實現電壓到 電流的轉換，如圖1所示，根據其工作原理，電壓-電流轉換器的輸出電流12 = II，其中Il 為NMOS電晶體M8的漏電流，Il = V · G，V則為電壓-電流轉換器的輸入電壓Vctrl，G為 N型MOS電晶體M8的跨導，從而實現了電壓-電流的轉換，但是這種電壓-電流轉換電路存 在電源抑制比很差的缺點。
為解決傳統電壓-電流轉換電路電源抑制比很差的缺點，現有技術往往採用超級 源跟隨器結合電流鏡像電路有效降低輸出電阻以獲得較好的電源抑制比。圖2為現有技術 中一種採用超級源跟隨器的電壓-電流轉換器的電路結構圖。如圖2所示，其中電壓-電 流轉換器主要利用超級源跟隨器101結合電流鏡像電路102降低輸出電阻，並通過電流鏡 像電路102將電流反饋至超級源跟隨器101以穩定超級源跟隨器101的電流，進一步減小 超級源跟隨器101的電流抖動，更好的提高對外部噪聲的抑制作用，能獲得較好的電源抑 制比。
隨著工藝的更新以及鎖相環頻率的要求越來越高，與電壓-電流轉換電路輸出端 連接的電流控制振蕩器(ICO)的MOS管逐漸使用低工作電壓高工作電流的器件(工作電壓 通常為IV或1. 2V)。然而，現有技術中電壓-電流轉換器的超級源跟隨器因為要對輸入控 制電壓Vctrl提高一個Vgs，這樣就會使電壓-電流轉換器的輸出電壓大大超過IV，從而使 電流控制振蕩器(ICO)無法使用低工作電壓的MOS管，進而使鎖相環(PLL)的頻率提高受 到了限制，無法體現先進工藝的優勢。
綜上所述，可知先前技術的電壓電流轉換器存在輸出電壓大從而使電流控制振蕩 電路無法使用低工作電壓的MOS管的問題，因此，實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。發明內容
為克服上述現有技術存在的電壓-電流轉換器輸出電壓大的問題，本發明的主要 目的在於提供一種電壓-電流轉換器，其通過採用兩個超級源跟隨器，使電壓-電流轉換器 的輸出電壓與輸入控制電壓非常接近，從而使其能夠與採用低工作電壓器件的電流控制振 蕩器相連，從而提高鎖相環中壓控振蕩器(VCO)的頻率。
為達上述及其它目的，本發明一種電壓-電流轉換器，包含
第一超級源跟隨器，其至少包含一電流源、一第三NMOS電晶體以及漏極相接的第 一 PMOS電晶體與第二 NMOS電晶體，該第一 PMOS電晶體源極同時連接於該電流源與該第三 NMOS電晶體漏極，柵極接至一輸入控制電壓，該第二 NMOS電晶體柵極與一電流鏡像電路相 連，源極與該第三NMOS電晶體的源極同時接地，該第三NMOS電晶體柵極接至該第一 PMOS 電晶體漏極；
一電流鏡像電路，連接於該第一超級源跟隨器與該輸入控制電壓，用於將該輸入 控制電壓轉換為電流，並將該電流反饋至該第一超級源跟隨器以穩定該第一超級源跟隨 器；以及
第二超級源跟隨器，用於保持輸出電流穩定的同時減小該電壓-電流轉換器的輸 出電壓，使其接近於該輸入控制電壓，其至少包含該電流源、一第十NMOS電晶體以及漏極 相接的第八PMOS電晶體與第九NMOS電晶體，該第八PMOS電晶體源極同時連接於該電流 源與該第十NMOS電晶體漏極，柵極接至該電流鏡像電路；該第九MOS電晶體柵極與該第二 MOS電晶體柵極相連，源極與該第十MOS電晶體的源極同時接地，該第十MOS電晶體柵極接 至第八MOS電晶體漏極。
進一步地，該電流鏡像電路包含第四NMOS電晶體、第七NMOS電晶體、第五PMOS晶 體管以及第六PMOS電晶體，該第四NMOS電晶體柵極與該第二 NMOS電晶體柵極相連，漏極 與柵極短接，源極與該第七NMOS電晶體源極同時接地，該第七NMOS電晶體柵極連接至該 輸入控制電壓，漏極連接於該第六PMOS電晶體漏極，該第五PMOS電晶體與該第六PMOS晶 體管柵極短接後與該第七NMOS電晶體漏極相連，其源極與該第六PMOS電晶體源極、該第一 PMOS電晶體源極以及該第八PMOS電晶體的柵極共同相接。
進一步地，該第一超級源跟隨器還包含一米勒電路，該米勒電路包含相互串聯的 一電容和一電阻，該電容另一端連接至該第一 PMOS電晶體源極，該電阻另一端連接至該第 一 PMOS電晶體漏極。
進一步地，該第二超級源跟隨器還包含一米勒電路，該米勒電路包含相互串聯的 一電容和一電阻，該電容另一端連接至該第八PMOS電晶體源極，該電阻另一端連接至該第 八PMOS電晶體漏極。
進一步地，該輸入控制電壓為0. 7V-1. 2V。
與現有技術相比，本發明一種電壓-電流轉換器通過採用兩個超級源跟隨電路， 並利用超級源跟隨器結合電流鏡像電路降低輸出電阻，通過電流鏡像電路將電流反饋至 超級源跟隨器以穩定超級源跟隨器的電流，在進一步減小了超級源跟隨器的電流抖動的同 時，使電壓-電流轉換器的輸出電壓與輸入控制電壓非常接近，從而使其能夠輸出作用在 採用低工作電壓器件的電流控制振蕩器上，進一步提高壓控振蕩器的頻率。


圖1為傳統電壓-電流轉換器的電路結構示意圖2為現有技術中採用超級源跟隨器的電壓-電流轉換器的電路結構示意圖3為本發明採用兩個超級源跟隨器的電壓-電流轉換器的電路結構圖。
具體實施方式
以下通過特定的具體實例並結合

本發明的實施方式，本領域技術人員可 由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離 本發明的精神下進行各種修飾與變更。
圖3為本發明一種電壓-電流轉換器之較佳實施例的電路結構圖。如圖3所示，於 本發明較佳實施例中，本發明的電壓-電流轉換器用於壓控振蕩器(VCO)中，其至少包括: 第一超級源跟隨器201、第二超級源跟隨器202以及電流鏡像電路203。
其中，第一超級源跟隨器201包含一電流源Al、一 P型MOS電晶體(第一 MOS晶體 管Ml)、兩個N型MOS電晶體(第二 MOS電晶體M2以及第三MOS電晶體M3)、。供電電源Vcc 通過電流源Al與第一 MOS電晶體Ml的源極相連，第一 MOS電晶體Ml的漏極與第二 MOS晶 體管M2的漏極相連，其柵極接至一輸入控制電壓Vctrl，於本發明中，輸入控制電壓Vctrl 最好為0. 7V-1. 2V，從而使得電壓電流轉換器輸出電壓接近於IV ；第二 MOS電晶體M2源極 接地，柵極與電流鏡像電路202相連；第三MOS電晶體M3的源極接地，其漏極與第一 MOS晶 體管Ml的源極相連，柵極接至第一 MOS電晶體Ml的漏極。
與第一超級源跟隨器201相似，第二超級源跟隨器202也至少包含電流源Al、一 P 型MOS電晶體(第八MOS電晶體M8)、兩個N型MOS電晶體(第九MOS電晶體M9以及第十 MOS電晶體M10)，供電電源Vcc通過電流源Al與第八MOS電晶體M8的源極相連，第八MOS 電晶體M8的漏極與第九MOS電晶體M9的漏極相連，與第一超級源跟隨器201不同的是，其 柵極接至電流鏡像電路203 ；第九MOS電晶體M9源極接地，柵極與電流鏡像電路203相連， 並與第一超級源跟隨器201的第二 MOS電晶體M2的柵極相連；第十MOS電晶體MlO的源極 接地，其漏極與第八MOS電晶體M8的源極相連，柵極接至第八MOS電晶體M8的漏極，第二 超級源跟隨器203用於在保持輸出電流穩定的同時減小電壓-電流轉換器的輸出電壓，使 其接近於輸入控制電壓Vctrl，從而使電壓-電流轉換器的輸出端能夠直接與採用低工作 電壓MOS電晶體(目前工作電壓通常為IV或1. 2V)的ICO直接相連。
電流鏡像電路203，用於將輸入控制電壓Vctrl轉換為電流，並將此電流反饋至兩 個超級源跟隨器以穩定兩個超級源跟隨器的電流，減小超級源跟隨器的電流抖動，提高對 噪聲的抑制作用，其包含兩個N型MOS電晶體(第四MOS電晶體M4以及第七MOS電晶體 M7)以及兩個P型MOS電晶體(第五MOS電晶體M5以及第六MOS電晶體M6)。其中第四 MOS電晶體M4與第七MOS電晶體M7源極接地，其柵極與超級源跟隨器202的第二 MOS晶體 管M2的柵極相連，該第四MOS電晶體M4的漏極與其柵極短接後與第五MOS電晶體M5漏極 相連；第七MOS電晶體M7的柵極與輸入控制電壓Vctrl相連，其漏極與第六MOS電晶體M6 的漏極相連；第五MOS電晶體M5的源極、第六MOS電晶體M6的源極、第一 MOS電晶體Ml的 源極以及第八MOS電晶體的柵極共同相連，並連接至一 N型第十一 MOS電晶體Mll的柵極， 通過第十一 MOS電晶體Mll源極端作為電壓-電流轉換器的輸出埠 V2I—。ut，輸出埠 V2I— 。ut用於連接至電流控制振蕩器IC0，通過輸出埠 V21。ut向電流控制振蕩器ICO灌入電流， 第五MOS電晶體M5與第六MOS電晶體M6的柵極相互短接後與第七MOS電晶體M7的漏極 相連。
為使本發明輸出信號更為穩定，本發明還可於第一超級源跟隨器201及第二超級源跟隨器202中設置米勒(Miller)電路，以對第一超級源跟隨器201與第二超級源跟隨器 203起米勒(Miller)補償作用。米勒電路由相互串連的電容Cl與電阻Rl組成，在第一超 級源跟隨器201中，電容Cl 一端與第一 MOS電晶體Ml的源極相連，另一端與電阻Rl相連， 電阻Rl的另一端與第一 MOS電晶體Ml的漏極相連接；在第二超級源跟隨器203中，電容 Cl 一端與第八MOS電晶體M8的源極相連，另一端與電阻Rl相連，電阻Rl的另一端與第八 MOS電晶體M8的漏極相連接。
可見，本發明的電壓-電流轉換器通過採用兩個超級源跟隨器，並利用超級源跟 隨器結合電流鏡像電路降低輸出電阻，通過電流鏡像電路將電流反饋至超級源跟隨器以穩 定超級源跟隨器的電流，在進一步減小了超級源跟隨器的電流抖動的同時，使電壓-電流 轉換器的輸出電壓與輸入控制電壓非常接近，從而使其能夠輸出作用在採用低工作電壓器 件的電流控制振蕩器上，進一步提高了壓控振蕩器的頻率。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本 領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此， 本發明的權利保護範圍，應如權利要求書所列。
權利要求
1 一種電壓-電流轉換器，至少包含第一超級源跟隨器，其至少包含一電流源、一第三NMOS電晶體以及漏極相接的第一 PMOS電晶體與第二 NMOS電晶體，該第一 PMOS電晶體源極同時連接於該電流源與該第三 NMOS電晶體漏極，柵極接至一輸入控制電壓，該第二 NMOS電晶體柵極與一電流鏡像電路相 連，源極與該第三NMOS電晶體的源極同時接地，該第三NMOS電晶體柵極接至該第一 PMOS 電晶體漏極；一電流鏡像電路，連接於該第一超級源跟隨器與該輸入控制電壓，用於將該輸入控制 電壓轉換為電流，並將該電流反饋至該第一超級源跟隨器以穩定該第一超級源跟隨器；以 及第二超級源跟隨器，用於保持輸出電流穩定的同時減小該電壓-電流轉換器的輸出電 壓，使其接近於該輸入控制電壓，其至少包含該電流源、一第十NMOS電晶體以及漏極相接 的第八PMOS電晶體與第九NMOS電晶體，該第八PMOS電晶體源極同時連接於該電流源與該 第十NMOS電晶體漏極，柵極接至該電流鏡像電路；該第九MOS電晶體柵極與該第二 MOS晶 體管柵極相連，源極與該第十MOS電晶體的源極同時接地，該第十MOS電晶體柵極接至第八 MOS電晶體漏極。
2.如權利要求1所述的電壓-電流轉換器，其特徵在於該電流鏡像電路包含第四 NMOS電晶體、第七NMOS電晶體、第五PMOS電晶體以及第六PMOS電晶體，該第四NMOS晶體 管柵極與該第二 NMOS電晶體柵極相連，漏極與柵極短接，源極與該第七NMOS電晶體源極同 時接地，該第七NMOS電晶體柵極連接至該輸入控制電壓，漏極連接於該第六PMOS電晶體漏 極，該第五PMOS電晶體與該第六PMOS電晶體柵極短接後與該第七NMOS電晶體漏極相連， 其源極與該第六PMOS電晶體源極、該第一 PMOS電晶體源極以及該第八PMOS電晶體的柵極 共同相接。
3.如權利要求2所述的電壓-電流轉換器，其特徵在於該第一超級源跟隨器還包 含一米勒電路，該米勒電路包含相互串聯的一電容和一電阻，該電容另一端連接至該第一 PMOS電晶體源極，該電阻另一端連接至該第一 PMOS電晶體漏極。
4.如權利要求2所述的電壓-電流轉換器，其特徵在於該第二超級源跟隨器還包 含一米勒電路，該米勒電路包含相互串聯的一電容和一電阻，該電容另一端連接至該第八 PMOS電晶體源極，該電阻另一端連接至該第八PMOS電晶體漏極。
5.如權利要求3或4所述的電壓-電流轉換器，其特徵在於該輸入控制電壓為 0. 7V-1. 2V。
全文摘要
本發明公開一種電壓-電流轉換器，包含第一超級源跟隨器、第二超級源跟隨器及一電流鏡像電路，其利用兩個超級源跟隨器結合電流鏡像電路降低輸出電阻，並通過電流鏡像電路將電流反饋至超級源跟隨器以穩定超級源跟隨器，實現電壓-電流轉換器輸出端的低阻抗，從而可以得到很高的電源抑制比，對電源噪聲有很好的抑制作用。本發明採用兩個超級源跟隨電路，降低電壓-電流轉換器的輸出電壓，使其接近於輸入控制電壓，從而使其輸出能夠作用在採用低工作電壓MOSFET器件的電流控制振蕩器上，提高壓控振蕩器的頻率。
文檔編號H03L7/099GK102035547SQ20101057526
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者任錚, 周偉, 唐逸, 胡少堅 申請人:上海集成電路研發中心有限公司