源極跟隨器及其穩定電流反饋電路的製作方法
2023-12-02 23:50:26 1
專利名稱：源極跟隨器及其穩定電流反饋電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種源極跟隨器，且特別涉及一種源極跟隨器及其穩定電流反饋電路。
背景技術：
源極跟隨器(Source follower)為一廣泛應用的電路，如圖1繪示所示。源極跟隨器100包括電流源Is、N型金氧半導體(NMOS電晶體)M1、NMOS電晶體M2及NMOS電晶體Mp。一電流I1流經NMOS電晶體M2與Mp。而由於NMOS電晶體會受通道長度調變效應(Channel length modulation effect)的影響，故電流I1並不如理想中穩定，進而會影響輸出信號Vout。舉例而言，當輸入信號Vin變動時，輸出信號Vout會對應輸入信號Vin而有同相的變化。當輸出信號Vout變動時，NMOS電晶體M2之漏極電壓亦一同變動，則NMOS電晶體M2的漏極與源極間的電壓差亦因此有變動。如此，因通道長度調變效應的影響，流經NMOS電晶體M2的電流I1亦會變動，因電流I1的變動會使NMOS電晶體Mp的柵極與源極的電壓差(Vgs)有所變動，亦即輸入信號Vin與輸出信號Vout的電壓差有所改變，因此輸入信號Vin將無法隨著輸出信號Vout做同幅度的變化，進而使得輸出信號Vout有信號失真(signal distortion)情況。
為了解決此信號失真的問題，傳統的解決方式是在原電路中加入了由PMOS電晶體M3及PMOS電晶體M4所組成的電流鏡，藉反饋的方式使電流I2穩定，進而避免輸出信號Vout失真。然而因集成電路的微縮化，集成電路的工作電壓也因此降低，故圖2所示的PMOS電晶體M4在源極與柵極間產生的壓降(Voltage Drop)可能造成NMOS電晶體Mp及NMOS電晶體M2無法正常工作，進而使源極跟隨器200無法作用。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種穩定電流反饋電路，其可應用於一源極跟隨器，藉以避免源極跟隨器的輸出信號產生失真的情況。
本發明的目的之一在於提供一種穩定電流反饋電路，其可應用於一源極跟隨器，並可在低電壓偏壓的情形下，維持源極跟隨器正常運作。
本發明提出一種應用於源極跟隨器的穩定電流反饋電路，該源極跟隨器包含一電晶體，其柵極接收一輸入信號且源極輸出一輸出信號，一漏極電流流經該電晶體，當該漏極電流變小時，該電晶體的漏極端所輸出的一誤差電壓隨之增大；當該漏極電流變小時，該誤差電壓則會隨之變小，此誤差電壓輸出至該穩定電流反饋電路所包含的一放大器，此放大器會根據該誤差電壓與預設的一參考電壓來輸出一參考電流至一加法器，該加法器將該參考電流與一主動電流相加以產生一加成電流，此加成電流經由該源極跟隨器所具有的一電流鏡結構來影響該漏極電流，藉以將該漏極電流維持在一定值，使該輸出電壓不會產生失真的情況。
為讓本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1繪示圖是為第一傳統源極跟隨器的電路圖。
圖2繪示圖是為第二傳統源極跟隨器的電路圖。
圖3繪示圖是為依照本發明一較佳實施例的源極跟隨器的電路圖。
圖4繪示圖是為依照本發明一較佳實施例的參考電壓產生器的電路圖。
附圖符號說明100、200、300源極跟隨器M1、M2、Mp、Q1、Q2、Q3NMOS電晶體M3、M4PMOS電晶體R1、R2電阻310穩定電流反饋電路320電流鏡330電流源311參考電壓產生器312放大器313加法器
具體實施例方式
請參照圖3，其繪示依照本發明一較佳實施例的源極跟隨器的電路圖。源極跟隨器300包括NMOS電晶體Q1、穩定電流反饋電路310、及電流鏡320。NMOS電晶體Q1在柵極接收輸入信號Vin，並在源極輸出輸出信號Vout。電流鏡320是依據穩定電流反饋電路310輸出的信號，以實質上固定流過NMOS電晶體Q1的漏極電流Id，藉此避免輸出信號Vout失真。
穩定電流反饋電路310包括電阻R1、放大器312、參考電壓產生器311、及加法器313。電阻R1具第一端及第二端，第一端耦接至高電位Vdd，第二端則分別與NMOS電晶體Q1的漏極與放大器312耦接，該第二端具有一誤差電壓Verr，其等於高電位Vdd減去漏極電流I d在電阻R1的造成的壓降，亦即Verr Vdd Id×R1。放大器312具正輸入端及負輸入端，正輸入端接收誤差電壓Verr，負輸入端則接收參考電壓Vref，此參考電壓Vref是為漏極電流Id為特定值時，NMOS電晶體Q1的漏極的理想電壓值。放大器312是根據誤差電壓Verr及參考電壓Vref來輸出參考電流Iref，加法器313會將參考電流Iref與電流源330輸出的主動電流Ib相加，藉以產生並輸出一加成電流Ia至電流鏡320所包含的一NMOS電晶體Q3的漏極。
前述的放大器與加法器等電路組件可利用等效的比較器及控制器來加以取代，依據本發明，只要利用比較器來比較誤差電壓與參考電壓，並依據比較結果來作為調整漏極電流的依據，即在本發明的精神與範圍內。
參考電壓產生器311是用以產生參考電壓Vref。請參照圖4，其繪示是為參考電壓產生器311的電路圖。參考電壓產生器311包括有電阻R2及一提供電流Ik的電流源410，電阻R2一端耦接至高電位Vdd，另一端具有一參考電壓Vref並分別耦接至電流源410及放大器312的負輸入端，因流經電阻R2的電流為Ik，故該參考電壓Vref等於高電位Vdd減去電流Ik在電阻R2上造成的壓降，亦即Vref Vdd Ik×R2。參考電壓產生器311是藉由控制電阻R2及電流Ik的值以產生參考電壓Vref。以節省功率(功率P＝I2*R)的角度衡量，若能將電流Ik的值減小，即使電阻R2的值加大，亦可在產生同樣的參考電壓Vref情況下，達到省電的目的，故設計時，可朝此方向設計參考電壓產生器。需注意的是，對熟習此項技藝者而言，參考電壓產生器可利用許多不同方式實現，例如將電流源取代為電阻等，故上述參考電壓產生器311僅為依據本發明的一實施例，並非用以限定本發明。
電流鏡320則包括NMOS電晶體Q2及NMOS電晶體Q3。NMOS電晶體Q2的漏極與NMOS電晶體Q1的源極耦接。NMOS電晶體Q3的柵極分別與其漏極及NMOS電晶體Q2的柵極耦接。NMOS電晶體Q3的漏極是接收前述的加成電流Ia，以使NMOS電晶體Q2對應地產生漏極電流Id。
穩定電流反饋電路310動作原理如下當誤差電壓Verr較參考電壓Vref大時，表示漏極電流Id流經電阻R1後，電阻R1的壓降過小，亦即漏極電流Id過小，因此放大器312將輸出較大的參考電流Iref，以使加成電流Ia相對應地放大，且漏極電流Id亦在電流鏡320結構下隨著加成電流Ia增大，藉此漏極電流Id得以實質上等於一定值K；而若誤差電壓Verr較參考電壓Vref小時，表示漏極電流Id流經電阻R1後，電阻R1的壓降過大，亦即漏極電流Id過大。此時，放大器312將輸出較小的參考電流Iref，以使加成電流Ia相對應地減小，並使漏極電流I d亦隨之減少，藉此使漏極電流Id實質上等於固定值K。
本實施例中，電阻R1的電阻值可以很小，以使漏極電流Id在電阻R1上造成的壓降很小。如此即可在高電位Vdd的值較小的情況下，維持源極跟隨器300的正常操作。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種穩定電流反饋電路，用於一源極跟隨器中，該源極跟隨器包括一電晶體，其包含一第一電極、一第二電極及一第三電極，該第一電極接收一輸入信號，該第二電極依據該輸入信號輸出一輸出信號，一漏極電流流經該電晶體，該穩定電流反饋電路包括一阻抗，其分別耦接一電壓源及該第三電極，該漏極電流流經該阻抗，且該阻抗耦接該第三電極之端具有一誤差電壓；以及一比較器，其耦接該阻抗，並根據該誤差電壓及一參考電壓輸出一參考信號，該源極跟隨器根據該參考信號來調整該漏極電流的大小；其中，該誤差電壓隨著該電壓源的電壓、該阻抗的阻抗值及該漏極電流的大小而改變。
2.如權利要求1所述的電路，其進一步包含一設計阻抗，其分別耦接該電壓源及該比較器，一設計電流流經該設計阻抗，且該設計阻抗耦接該比較器之端具有該參考電壓；其中，該參考電壓隨著該設計阻抗與該設計電流而改變。
3.如權利要求1所述的電路，其中，該電路進一步包含一加法器，其耦接該比較器，並根據該參考信號以輸出一加成電流，該源極跟隨器根據該加成電流的值調整該漏極電流的值。
4.如權利要求3所述的電路，其中，該參考信號是一參考電流，且該源極跟隨器進一步包括一電流源，其產生一主動電流，且該加法器是加總該參考電流及該主動電流以輸出該加成電流；以及一電流鏡，其分別耦接至該加法器及該電晶體，並依據該加成電流的值調整該漏極電流的值。
5.一種源極跟隨器，包括一電晶體，其包含一第一電極、一第二電極及一第三電極，該第一電極接收一輸入信號，該第二電極依據該輸入信號輸出一輸出信號，一漏極電流流經該電晶體；一阻抗，其分別耦接一電壓源及該第三電極，該汲極電流流經該阻抗，且該阻抗耦接該第三電極之端具有一誤差電壓；一放大器，其耦接該阻抗，並根據該誤差電壓及一參考電壓輸出一參考電流；一電流源，其輸出一主動電流；一加法器，其加總該參考電流及該主動電流以輸出一加成電流；以及一電流鏡，分別耦接該加法器及該電晶體，並依據該加成電流調整該漏極電流。
6.如權利要求5所述的電路，其進一步包含一參考電壓產生電路，用以產生該參考電壓，且該參考電壓產生電路包含一設計阻抗，其分別耦接該電壓源及比較器，一設計電流流經該設計阻抗，且該設計阻抗耦接該比較器之端具有該參考電壓；其中，該參考電壓隨該設計阻抗與該設計電流而變動。
7.一種源極跟隨器，包括一電晶體，其柵極接收一輸入信號、源極依據該輸入信號輸出一輸出信號，一漏極電流流經該電晶體；一阻抗，其分別耦接一電壓源及該電晶體的源極，該漏極電流流經該阻抗，且該阻抗耦接該第三電極之端具有一誤差電壓；一比較器，其耦接該阻抗，並根據該誤差電壓及一參考電壓輸出一參考信號；以及一反饋電路，其將該參考信號反饋至該源極跟隨器，該源極跟隨器並依據該參考信號調整該漏極電流，其中，該誤差電壓隨該電壓源的電壓、該阻抗的阻抗值及該漏極電流的大小而變化。
8.如權利要求7所述的電路，其進一步包含一設計阻抗，其分別耦接該電壓源及比較器，一設計電流流經該設計阻抗，且該設計阻抗耦接該比較器之端形成該參考電壓；其中，該參考電壓隨該設計阻抗及該設計電流而改變。
9.如權利要求7所述的電路，其中，該反饋電路進一步包含一加法器，其根據該參考信號以輸出一加成電流，該源極跟隨器根據該加成電流的值調整該漏極電流的值。
10.如權利要求9所述的電路，其中，該參考信號是一參考電流，且該源極跟隨器進一步包括一電流源，其產生一主動電流，該加法器是加總該參考電流及該主動電流以輸出該加成電流；以及一電流鏡，其分別耦接至該加法器及該電晶體，並依據該加成電流的值調整該漏極電流的值。
全文摘要
一種穩定電流反饋電路，用於一源極跟隨器中。源極跟隨器包括第一MOS電晶體及一電流鏡。第一MOS電晶體的柵極接收一輸入信號，其源極輸出一輸出信號，且一漏極電流是流過第一MOS電晶體。電流鏡是根據一加成電流，以產生漏極電流。穩定電流反饋電路是用以使漏極電流實質上等於固定值。穩定電流反饋電路包括被動組件及放大器。被動組件具第一端及第二端，對應電流是流經被動組件，在第二端產生一誤差電壓，對應電流的大小是隨著漏極電流的大小而改變。放大器是根據誤差電壓及參考電壓輸出參考信號，以調整加成電流的大小。
文檔編號H03F3/50GK1808894SQ200510004599
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月18日 優先權日2005年1月18日
發明者杜全平 申請人:瑞昱半導體股份有限公司