專利名稱：一種高精度可控電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度可控電流源。
背景技術(shù)：
LED顯示屏從八十年代后期興起，在短短的十幾年中，LED顯示屏作為 一項(xiàng)高科技產(chǎn)品引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。采用微機(jī)控制，將光、電融為一體的 LED顯示屏已成為重要的現(xiàn)代信息發(fā)布的手段，在證券交易、金融、交通、 體育、廣告等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。LED顯示屏主要由發(fā)光二極管(LED) 及其驅(qū)動(dòng)電路組成的顯示單元拼接而成，因此LED顯示屏的顯示效果(如亮
度、色彩等)與它所采用的驅(qū)動(dòng)控制電路密切相關(guān)。
為獲得較好的顯示效果，LED都采用恒流驅(qū)動(dòng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路可以獲得 良好而平穩(wěn)的電流使LED顯示更加均勻，并延長(zhǎng)其壽命；同時(shí)驅(qū)動(dòng)電流的大 小也決定了 LED的亮度和色彩。這樣，高精度的可控電流源設(shè)計(jì)將是整個(gè)LED 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高精度可控電流源。
本發(fā)明提供的高精度可控電流源，包括
電壓電流轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成第一電流；
電流鏡電路，用于將所述第一電流轉(zhuǎn)換為第二電流；
輸出電路，用于將所述第二電流轉(zhuǎn)換為第三電流輸出，并使得輸出電流恒定。
優(yōu)選地，所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路包括第一 NMOS晶體管、第一運(yùn)算放大 器和第一電阻，其中
所述第一NMOS晶體管的源極通過(guò)所述第一電阻接地，漏極接所述電流 鏡電路的輸入，柵極接所述第一運(yùn)算放大器的輸出；
所述第一運(yùn)算放大器的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓，反向輸入端連接于所述第一NMOS晶體管的源極和所述第一電阻之間。
優(yōu)選地，所述電流鏡電路包括第一PMOS晶體管、第二PMOS晶體管、 第三PMOS晶體管和第二運(yùn)算放大器，其中
所述第一 PMOS晶體管的源極接電源，漏極接所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路的 輸出，柵極和漏極短接，柵極還接所述第二 PMOS晶體管的柵極以及所述第 二運(yùn)算放大器的正向輸入端；
所述第二 PMOS晶體管的源極接電源，漏極接所述第三PMOS晶體管的 源極以及所述第二運(yùn)算放大器的反向輸入端；
所述第三PMOS晶體管的柵極接所述第二運(yùn)算放大器的輸出，漏極接所 述輸出電路的輸入。
優(yōu)選地，所述輸出電路包括第三運(yùn)算放大器、第四運(yùn)算放大器、第五運(yùn)算 放大器、第二NMOS晶體管、第三NMOS晶體管、第四NMOS晶體管、第 二電阻和第三電阻，其中
所述第三運(yùn)算放大器的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓，反向輸入端和輸出短接并 通過(guò)串聯(lián)的所述第二電阻、第三電阻接地；
所述第四運(yùn)算放大器的反向輸入端接所述第二電阻和第三電阻的公共端， 正向輸入端接所述第二NMOS晶體管的漏極；
所述第二NMOS晶體管的源極接地，漏極接所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路的輸 出以及所述第五運(yùn)算放大器的正向輸入端，柵極接所述第四運(yùn)算放大器的輸
出；
所述第三NMOS晶體管的源極接地，柵極接所述第四運(yùn)算放大器的輸出， 漏極接所述第五運(yùn)算放大器的反向輸入端以及所述第四NMOS晶體管的源
極；
所述第四NMOS晶體管的柵極接所述第五運(yùn)算放大器的輸入，漏極為所 述高精度可控電流源的輸出端。
本發(fā)明的高精度可控電流源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，能夠應(yīng)用于LED驅(qū)動(dòng) 電路中。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的高精度可控電流源的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖 及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
首先，對(duì)本發(fā)明所涉及的專業(yè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行說(shuō)明
PMOS: P-channel metal oxide semiconductor FET， P溝道金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管；
NMOS: N-channel metal oxide semiconductor FET， N溝道金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
參照?qǐng)Dl,本發(fā)明實(shí)施例的高精度可控電流源，包括電壓電流轉(zhuǎn)換電路IO、 電流鏡電路20和輸出電路30，其中
電壓電流轉(zhuǎn)換電路IO，用于對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成第一電流I!;
電流鏡電路20,用于將所述第 一電流I,轉(zhuǎn)換為第二電流I2;
輸出電路30，用于將所述第二電流12轉(zhuǎn)換為第三電流13輸出，并使得輸 出電流恒定。
以下對(duì)電壓電流轉(zhuǎn)換電路10、電流鏡電路20和輸出電路30的詳細(xì)結(jié)構(gòu) 及工作原理進(jìn)行描述。
所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路10包括第一 NMOS晶體管Nl、第一運(yùn)算放大器 OP 1和第 一 電阻Rl;所述電流鏡電路20包括第一 PMOS晶體管P1 、第二 PMOS 晶體管P2、第三PMOS晶體管P3和第二運(yùn)算放大器OP2;所述輸出電路30 包括第三運(yùn)算放大器OP3、第四運(yùn)算放大器OP4、第五運(yùn)算放大器OP5、第二 NMOS晶體管N2、第三NMOS晶體管N3、第四NMOS晶體管N4、第二電 阻R2和第三電阻R3。
所述第一NMOS晶體管Nl的柵極和所述第一運(yùn)算放大器OP1的輸出連 接，第一NMOS晶體管Nl的源極接第一運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端和所 述第一電阻Rl的高端，第一 NMOS晶體管Nl的漏極和第一 PMOS晶體管 Pl的漏極連接；所述第一運(yùn)算放大器OPl的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓REF，第 一電阻R1的低端和地線相連接；所述第一PMOS晶體管Pl的柵極、漏極短 接并接第一NMOS晶體管N1的漏極和第二PMOS晶體管P1的4冊(cè)極以及第二 運(yùn)算放大器OP2的正向輸入端，第一 PMOS晶體管Pl和第二 PMOS晶體管P2的源極接電源VDD;
第二 PMOS晶體管P2的漏極和第三PMOS晶體管P3的源極連接，同時(shí) 還接第二運(yùn)算放大器OP2的反向輸入端，所述第二運(yùn)算放大器OP2的輸出端 和第三PMOS晶體管P3的柵極連接；所述第三PMOS晶體管P3的漏極和第 二 NMOS晶體管N2的漏極連接；
所述第三運(yùn)算放大器OP3正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓REF,其反向輸入端 和輸出短接并接第二電阻R2的高端，所述第二電阻R2的低端和第三電阻R3 的高端連接，并接第四運(yùn)算放大器OP4的反向輸入端；所述第三電阻R3的低 端與地線相連接；
所述第四運(yùn)算放大器OP4的正向輸入端接第三PMOS晶體管P3的漏極和 第二 NMOS晶體管N2的漏極以及第五運(yùn)算放大器OP5的正向輸入端，第四 運(yùn)算放大器OP4的輸出端接第二 NMOS晶體管N2和第三NMOS晶體管N3 的柵極；第五運(yùn)算放大器OP5的輸出端接第四NMOS晶體管N4的柵極，第 五運(yùn)算放大器OP5的反向輸入端接第四NMOS晶體管N4的源極和第三 NMOS晶體管N3的漏極；所述第二、三NMOS晶體管N2、 N3的源極和地 線連接，第四NMOS晶體管N4的漏極為所述高精度可控電流源的輸出端， 其輸出恒定的電流13。
第一NMOS晶體管Nl和第一電阻R1構(gòu)成反饋回路，其將第一運(yùn)算放大 器0P1的輸出反饋到其反向輸入端，第一運(yùn)算放大器OP1處于閉環(huán)負(fù)反饋狀 態(tài)，根據(jù)虛短、虛斷原理可知，第一運(yùn)算放大器0P1的反向輸入端，第一NMOS 晶體管Nl的源端電壓都等于基準(zhǔn)電壓Vref。這樣流過(guò)第一 NMOS晶體管Nl 的電流Ii應(yīng)該為
第一 PMOS晶體管Pl，第二 PMOS晶體管P2, 第三PMOS晶體管P3 和第二運(yùn)算放大器OP2構(gòu)成了新型的電流鏡結(jié)構(gòu)。第二運(yùn)算放大器OP2和第 三PMOS晶體管P3構(gòu)造成箝位電路，使得所述第一 PMOS晶體Pl和第二 PMOS晶體管P2的源漏電壓相等，從而確保電流鏡電路20的兩條支路電流的 高精度匹配，并可以得出流過(guò)第三PMOS晶體管P3的電流12為
7(2)
其中，Lpl是第一 PMOS晶體管Pl的溝道長(zhǎng)度，Wpl是第一 PMOS晶體 管Pl的溝道寬度；Lp2是第二PMOS晶體管P2的溝道長(zhǎng)度，Wp2是第二PMOS 晶體管P2的溝道寬度。
第三運(yùn)算放大器OP3，第三電阻R3和第四電阻R4構(gòu)成分壓電路，使得 第四運(yùn)算放大器OP4的正向輸入端的電壓V胸為
Vw= Vref~~ (3) R3+ R2
第四運(yùn)算放大器OP4處于閉環(huán)負(fù)反饋狀態(tài)，其正向輸入端和反向輸入端
的電壓保持相等。因此，第二 NMOS晶體管N2的漏極電壓也應(yīng)等于基準(zhǔn)電 壓在電阻R2和R3之間的分壓，第五運(yùn)算放大器OP5用于箝位第二NMOS晶 體管N2和第三NMOS晶體管N3的漏極，這樣第三NMOS晶體管N3的漏極 電壓也被箝位到基準(zhǔn)電壓在電阻R2和R3之間的分壓，使得所述高精度可控 電流源的輸出電壓不受負(fù)載變化的影響。第三NMOS晶體管N3的漏、源電 壓VosN3被固定為
R3 (4)
V DSN3= V im= V i
R3+ R2
由于第三NMOS晶體管N3和第二 NMOS晶體管N2的漏極電壓相同，因 此第二 NMOS晶體管N2和第三NMOS晶體管N3的電流比率完全取決于它 們之間的寬長(zhǎng)比，可以得出可控電流源的輸出電流13，其大小由下式?jīng)Q定
Z/"2
(8)
其中，Wn3是第三NMOS晶體管N3的溝道寬度，Ln3是第三NMOS晶體 管N3的溝道長(zhǎng)度。由上式可以看出可控電流源的輸出電流與第 一 電阻R1的電阻值的倒數(shù)成
正比，通過(guò)調(diào)整第一電阻R1的電阻值可以控制電流源輸出不同大小的電流，
以滿足LED對(duì)不同驅(qū)動(dòng)電流的需求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高精度可控電流源，其特征在于，包括電壓電流轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成第一電流；電流鏡電路，用于將所述第一電流轉(zhuǎn)換為第二電流；輸出電路，用于將所述第二電流轉(zhuǎn)換為第三電流輸出，并使得輸出電流恒定。
2. 如權(quán)利要求1所述的高精度可控電流源，其特征在于，所述電壓電流 轉(zhuǎn)換電路包括第一NMOS晶體管、第一運(yùn)算放大器和第一電阻，其中所述第一NMOS晶體管的源極通過(guò)所述第一電阻接地，漏極接所述電流 鏡電路的輸入，柵極接所述第一運(yùn)算放大器的輸出；所述第一運(yùn)算放大器的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓，反向輸入端連接于所述第 一NMOS晶體管的源極和所述第一電阻之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的高精度可控電流源，其特征在于所述第一電阻的電阻值可調(diào)，且不同的電阻值對(duì)應(yīng)于所述第一電流的不同 電流值。
4. 如權(quán)利要求1所述的高精度可控電流源，其特征在于，所述電流鏡電 路包括第一PMOS晶體管、第二PMOS晶體管、第三PMOS晶體管和第二運(yùn) 算放大器，其中所述第一 PMOS晶體管的源極接電源，漏極接所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路的 輸出，柵極和漏極短接，柵極還接所述第二 PMOS晶體管的4冊(cè)極以及所述第 二運(yùn)算放大器的正向輸入端；所述第二 PMOS晶體管的源極接電源，漏極接所述第三PMOS晶體管的 源極以及所述第二運(yùn)算放大器的反向輸入端；所述第三PMOS晶體管的柵極接所述第二運(yùn)算放大器的輸出，漏極接所 述輸出電路的輸入。
5. 如權(quán)利要求4所述的高精度可控電流源，其特征在于 所述第二運(yùn)算放大器和第三PMOS晶體管被構(gòu)造成箝位電路，使得所述第一 PMOS晶體管和第二 PMOS晶體管的源漏電壓相等，從而使得所述第一電流和第二電流相匹配。
6. 如權(quán)利要求1所述的高精度可控電流源電路，其特征在于，所述輸出 電路包括第三運(yùn)算放大器、第四運(yùn)算放大器、第五運(yùn)算放大器、第二 NMOS 晶體管、第三NMOS晶體管、第四NMOS晶體管、第二電阻和第三電阻，其 中所述第三運(yùn)算放大器的正向輸入端接基準(zhǔn)電壓，反向輸入端和輸出短接并 通過(guò)串聯(lián)的所述第二電阻、第三電阻接地；所述第四運(yùn)算放大器的反向輸入端接所述第二電阻和第三電阻的公共端， 正向輸入端接所述第二NMOS晶體管的漏極；所述第二NMOS晶體管的源極接地，漏極接所述電流鏡電路的輸出以及 所述第五運(yùn)算放大器的正向輸入端，柵極接所述第四運(yùn)算放大器的輸出；所述第三NMOS晶體管的源極接地，柵極接所述第四運(yùn)算放大器的輸出， 漏極接所述第五運(yùn)算放大器的反向輸入端以及所述第四NMOS晶體管的源 極；所述第四NMOS晶體管的柵極接所述第五運(yùn)算放大器的輸出，漏極為所 述高精度可控電流源的輸出端。
7. 如權(quán)利要求6所述的高精度可控電流源，其特征在于 所述第五運(yùn)算放大器被構(gòu)造成用于箝位所述第二 NMOS晶體管的漏極和所述第三NMOS晶體管的漏極，使得所述高精度可控電壓源的輸出電流恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度可控電流源，包括電壓電流轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成第一電流；電流鏡電路，用于將所述第一電流轉(zhuǎn)換為第二電流；輸出電路，用于將所述第二電流轉(zhuǎn)換為第三電流輸出，并使得輸出電流恒定。本發(fā)明的高精度可控電流源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，能夠應(yīng)用于LED驅(qū)動(dòng)電路中。
文檔編號(hào)G09F9/33GK101557669SQ20091012648
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者朱樟明, 石立勇, 許樂(lè)平 申請(qǐng)人:深圳市民展科技開(kāi)發(fā)有限公司