專(zhuān)利名稱(chēng)：電流鏡感應(yīng)放大器及其操作方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種感應(yīng)放大器及其操作方式，且特別是有關(guān)于一種電流鏡感應(yīng)放大器及其操作方式。
我們可通過(guò)普通的感應(yīng)放大器來(lái)做了解由

圖1可知普通第一型感應(yīng)放大器，它的操作方式是利用一晶體管112當(dāng)作是一顆二極管，轉(zhuǎn)換單位電流成其對(duì)應(yīng)電壓(VC)，再通過(guò)一差動(dòng)放大器141去比較對(duì)應(yīng)電壓(VC)與一參考電壓(VREF)而得到數(shù)據(jù)0和1。
但是，一個(gè)感應(yīng)放大器至少需要一個(gè)差動(dòng)放大器且2至8感應(yīng)放大器就需要一組參考電壓產(chǎn)生器；如此一來(lái)，就會(huì)消耗較大的電流以及電路尺寸(DIE SIZE)。加上對(duì)應(yīng)電壓(VC)值的變動(dòng)很小，數(shù)據(jù)0和1的噪聲幅度(noise margin)不是很好。
因此，另外發(fā)展出的一普通的第二型感應(yīng)放大器，不需要差動(dòng)放大器，在電路設(shè)計(jì)上的標(biāo)尺也比較小。由圖2可知，它是用一個(gè)時(shí)間周期信號(hào)CK1來(lái)預(yù)先充電，以使N1預(yù)先充電到數(shù)據(jù)0的位準(zhǔn)。當(dāng)周期信號(hào)CK1位準(zhǔn)變高，就可依照位線放電結(jié)果而在N1得到數(shù)據(jù)的位準(zhǔn)，而反向器234是一個(gè)用在位線放電時(shí)的延遲器234，數(shù)據(jù)通過(guò)延遲器234后，由反向器222以及223構(gòu)成的數(shù)據(jù)寄存器(latch)235儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。
這種放大器也有很多問(wèn)題。像是數(shù)據(jù)0要變?yōu)?的速度取決于所選取記憶單元電流放電的速度，因此比較不適用于高速裝置的運(yùn)用；當(dāng)一個(gè)預(yù)先充電周期中，較強(qiáng)的的充電效率容易發(fā)生位線位準(zhǔn)超出(overshoot)，而較弱的充電效率就會(huì)造成位線位準(zhǔn)不足(undershoot)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取失敗。
綜合上述，可知在普通的感應(yīng)放大器中，均存有在感應(yīng)時(shí)，因?yàn)轭A(yù)先充電時(shí)間的問(wèn)題，導(dǎo)致影響讀取數(shù)據(jù)時(shí)的速度。
本發(fā)明提出一種電流鏡感應(yīng)放大器，包括一個(gè)兩級(jí)電流鏡、一個(gè)第一晶體管以及一個(gè)第二晶體管。
其中，第一以及第二晶體管都各自具有第一以及第二連接端。第一晶體管的柵極端電性耦接一預(yù)先充電電壓，此晶體管的第一連接端電性耦接一電壓源；第二晶體管的柵極端電性耦接一參考信號(hào)，此晶體管的第一連接端電性耦接上述電壓源；且第一、第二晶體管的第二連接端并聯(lián)接于兩級(jí)電流鏡的電流輸出端上。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，兩級(jí)電流鏡包括第三晶體管，第四晶體管，第五晶體管與第六晶體管。其中，第三晶體管具有柵極端，第一連接端以及第二連接端，此晶體管的第一連接端耦接該電壓源。第四晶體管具有柵極端，第一連接端以及第二連接端，此晶體管的第一連接端耦接該電壓源。第五晶體管具有柵極端，第一連接端以及第二連接端，此晶體管的第一連接端耦接地。第六晶體管具有柵極端，第一連接端以及第二連接端，且此晶體管的第一連接端耦接地。
其中，第三晶體管的柵極端，第三晶體管的第二連接端以及第四晶體管的柵極端耦接于一點(diǎn)，此點(diǎn)為兩級(jí)電流鏡的電流輸入端，旦第四晶體管的第二連接端，第五晶體管的第二連接端，第五晶體管的柵極端以及第六晶體管的柵極端耦接于一點(diǎn)，而第六晶體管的第二連接端為兩級(jí)電流鏡的電流輸出端。
此外第三晶體管以及第四晶體管構(gòu)成一第一級(jí)電流鏡，第五晶體管以及第六晶體管構(gòu)成一第二級(jí)電流鏡。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，由于當(dāng)電流鏡開(kāi)始感應(yīng)電流時(shí)，電流由電流鏡輸入端進(jìn)入。因此可通過(guò)改變第二晶體管長(zhǎng)與寬(W/L)的比例來(lái)改變?cè)撾娏麋R輸出端與第二晶體管的第二連接端的電流間的比率，也就是第六晶體管的第二連接端電流與第二晶體管的第二連接端電流之間的比率；或是可改變第四晶體管或第五晶體管或第六晶體管的長(zhǎng)與寬比例(W/L)的比例，來(lái)改變兩極電流鏡的輸出端與第二晶體管的第二連接端的電流間的比率。通過(guò)晶體管在感應(yīng)的時(shí)候，提供一個(gè)電流給該電流鏡的輸出端，而改變其輸出端的電位。
其中，通過(guò)感應(yīng)放大器中的兩級(jí)電流鏡將其輸入端流進(jìn)的電流在輸出端穩(wěn)定放大，利用其放大器中的一組并聯(lián)晶體管，來(lái)防止電流鏡在感應(yīng)的過(guò)程中，輸出端的電壓不至于因?yàn)轭A(yù)先充電電流的關(guān)系而掉的太低，也比較能夠抵抗噪聲所造成的影響。
加上，輸出端本身的負(fù)載遠(yuǎn)比輸入端負(fù)載小，所以，對(duì)于輸出端的充放電速度，一定比對(duì)輸入端快的多，如此一來(lái)，在輸出端讀取數(shù)據(jù)的速度，就不會(huì)因?yàn)檩斎攵素?fù)載的影響而變慢。
綜合上述，本發(fā)明以?xún)杉?jí)電流鏡來(lái)做數(shù)據(jù)位準(zhǔn)的感應(yīng)，輸入端電流經(jīng)過(guò)兩級(jí)電流鏡的穩(wěn)定放大，再通過(guò)一并聯(lián)晶體管，提供一電位來(lái)彌補(bǔ)，當(dāng)放大器感應(yīng)時(shí)，因?yàn)轭A(yù)先充電電流的關(guān)系，所造成在放大器輸出端電位大幅下降的情況。如此一來(lái)，便不會(huì)受到預(yù)先充電時(shí)間的影響，而可以使數(shù)據(jù)得以穩(wěn)定的應(yīng)用在高速傳輸?shù)难b置上。
100-105，111，112，211，212，401-404，411，413，414MOS晶體管121-123，125，221-223，421-423反相器124，224，424反或器131，231，431位線解碼器132，232，432陣列133，233，433地線解碼器134，234，434延遲器135，235，435數(shù)據(jù)寄存器141差動(dòng)放大器441兩級(jí)電流鏡請(qǐng)參考圖3，其為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的感應(yīng)放大器與內(nèi)部的部分電路方框圖。
在本實(shí)施例中，以晶體管401-404作為一兩級(jí)電流鏡441，加上一組并聯(lián)的晶體管413、414構(gòu)成一電流鏡感應(yīng)放大器。
其中，此兩級(jí)電流鏡以晶體管401以及402作為第一級(jí)電流鏡，以晶體管403以及404作為第二級(jí)電流鏡；而晶體管401的第二連接端為此兩級(jí)晶體管的電流輸入端，晶體管404的第二連接端為此兩級(jí)電流鏡的電流輸出端。
而兩并聯(lián)的晶體管(晶體管414以及晶體管413)也各自具有第一以及第二連接端。第一晶體管的柵極端電性耦接一預(yù)先充電電壓，此晶體管414的第一連接端電性耦接一電壓源。晶體管413的柵極端電性耦接一參考信號(hào)，此晶體管413的第一連接端電性耦接上述電壓源。且晶體管414以及晶體管413的第二連接端并聯(lián)接于上述該電流輸出端N2上。
感應(yīng)器的輸入端N1接著一顆晶體管411，而晶體管411被控制信號(hào)SAEB所控制。晶體管411下端接數(shù)據(jù)線(DL)，數(shù)據(jù)線下接位線解碼器(BL decoder)431、陣列(Array)432還有地線解碼器(GLdecoder)433；感應(yīng)器的輸出端接著一個(gè)延遲器(DEL)434，而延遲器434后面則接著一個(gè)由兩個(gè)反向器422，423做成的數(shù)據(jù)寄存器435。
參考圖3可大致了解到電路的流程，晶體管411是感應(yīng)放大器的門(mén)，而控制信號(hào)SAEB就是感應(yīng)放大器的開(kāi)關(guān)。所以當(dāng)控制信號(hào)SAEB在低位(low)的時(shí)候，感應(yīng)放大器打開(kāi)(on)，一條位線將連接數(shù)據(jù)線來(lái)決定單位感應(yīng)電流，電流在N1的地方被電流鏡感應(yīng)，電流通過(guò)電流鏡而在N2形成感應(yīng)電流，當(dāng)延遲器434高準(zhǔn)位(high)時(shí)，數(shù)據(jù)將被儲(chǔ)存起來(lái)。
當(dāng)數(shù)據(jù)在N1的感應(yīng)上沒(méi)有問(wèn)題后，接下來(lái)要看的是本發(fā)明的較佳實(shí)施例在N2上電位的變化。晶體管413的動(dòng)作反映在單位電流的變化，當(dāng)晶體管413提供的電流大于晶體管404所需時(shí)，N2電位將被提高為一預(yù)定值；然而，當(dāng)晶體管404所需的電流大于晶體管413所能夠提供的電流時(shí)，N2將電位將被降低為一預(yù)定值。所以，在感應(yīng)的過(guò)程中，N2的電位就會(huì)因?yàn)榫w管413與晶體管404之間電流的關(guān)系，而有所變化。
當(dāng)數(shù)據(jù)線被選擇接在一位線和地線上的時(shí)候，由于依附在位線上電容效應(yīng)的關(guān)系，位線會(huì)暫時(shí)耦合下來(lái)，而這種現(xiàn)象卻影響了感應(yīng)時(shí)的速度。
如果，我們加了一預(yù)先電路徑在N1上，結(jié)果是分享晶體管401的電流，如此會(huì)使晶體管404的電流也變小，而且組件的大小是很難去設(shè)計(jì)的，電流太強(qiáng)會(huì)使位線超過(guò)充電范圍，電流太弱也是沒(méi)有用的。感應(yīng)的過(guò)程中可能一直有預(yù)先充電電流，而這種預(yù)先充電電流就會(huì)使得電位的起伏有很大的變化，所以就必須在N2預(yù)留預(yù)先充電時(shí)間的幅度。
當(dāng)在一點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)必須是一個(gè)高電位時(shí)，如果當(dāng)時(shí)N2是低電位，就必須要等此點(diǎn)從低電位充電至高電位。其中，充電的時(shí)間，也就是預(yù)先充電時(shí)間的幅度，就決定了數(shù)據(jù)在讀取上的速度。
為了不用預(yù)留預(yù)先充電時(shí)間的幅度，在晶體管413以及晶體管414的部分，利用改變晶體管413長(zhǎng)與寬(W/L)的比例來(lái)改變電流鏡輸出端N2(此輸出端即是第二級(jí)電流鏡的輸出端)與晶體管413的第二連接端的電流間的比率；或是改變晶體管402或該晶體管403或該晶體管404的長(zhǎng)與寬比例(W/L)的比例，來(lái)改變?cè)搩蓸O電流鏡的輸出端與該晶體管413的第二連接端的電流間的比率。加上一個(gè)晶體管414，其柵極端接一預(yù)先充電電壓(VPRE)，從晶體管414的第二連接端端提供一個(gè)電流給N2，讓N2電位在一些比較糟的情況下，不至于掉的太低。而且N2本身的負(fù)載遠(yuǎn)比N1小，所以晶體管413和晶體管404對(duì)N2的充放電速度就比對(duì)N1快的多，讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候自然不會(huì)受到預(yù)先充電時(shí)間的影響。
綜合上述，現(xiàn)將本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)略述如下。本發(fā)明具有不需要預(yù)留預(yù)先充電時(shí)間幅度的控制電路。如此，就可以使得數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中更穩(wěn)定快速。
權(quán)利要求
1.一種電流鏡感應(yīng)放大器，其特征是，該電流鏡感應(yīng)放大器包括一兩級(jí)電流鏡，該兩級(jí)電流鏡具有輸入端以及輸出端；一第一晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第一晶體管的柵極端電性耦接一預(yù)先充電電壓，且該第一晶體管的第一連接端電性耦接一電壓源；以及一第二晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第二晶體管的柵極端電性耦接一參考信號(hào)，且該第二晶體管的該第一連接端電性耦接該電壓源；其中，該第一、第二晶體管的第二連接端并聯(lián)接于上述該兩級(jí)電流鏡的輸出端上。
2.如權(quán)利要求1所述的電流鏡感應(yīng)放大器，其特征是，該第二晶體管為利用改變?cè)摰诙w管長(zhǎng)與寬(W/L)的比例來(lái)改變?cè)搩杉?jí)電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率。
3.如權(quán)利要求1所述的電流鏡感應(yīng)放大器，其特征是，該兩級(jí)電流鏡包括一第三晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第三晶體管的第一連接端耦接該電壓源；一第四晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第四晶體管的第一連接端耦接該電壓源；一第五晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第五晶體管的第一連接端耦接地；以及一第六晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第六晶體管的第一連接端耦接地；其中，該第三晶體管的柵極端，該第三晶體管的第二連接端以及該第四晶體管的柵極端耦接于一點(diǎn)，該點(diǎn)為該兩級(jí)電流鏡的電流輸入端，且該第四晶體管的第二連接端，該第五晶體管的第二連接端，該第五晶體管的柵極端以及該第六晶體管的柵極端耦接于一點(diǎn)，而該第六晶體管的第二連接端為該兩級(jí)電流鏡的電流輸出端，此外該第三晶體管以及該第四晶體管構(gòu)成一第一級(jí)電流鏡，該第五晶體管以及該第六晶體管構(gòu)成一第二級(jí)電流鏡。
4.如權(quán)利要求3所述的電流鏡感應(yīng)放大器，其特征是，該第二晶體管為利用改變?cè)摰诙w管長(zhǎng)與寬(W/L)的比例來(lái)改變?cè)搩杉?jí)電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率。
5.如權(quán)利要求3所述的電流鏡感應(yīng)放大器，其特征是，也可改變?cè)摰谒木w管或該第五晶體管或該第六晶體管的長(zhǎng)與寬比例(W/L)的比例，來(lái)改變?cè)搩蓸O電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率。
6.如權(quán)利要求4所述的電流鏡感應(yīng)放大器，其特征是，該兩級(jí)電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率即為該第六晶體管的第二連接端電流與該第二晶體管的第二連接端電流間的比率。
7.一種電流鏡感應(yīng)放大器的操作方式，其特征是，該電流鏡感應(yīng)放大器為具有輸入以及輸出端的一兩級(jí)電流鏡與具有第一連接端、第二連接端、柵極端的一第一晶體管以及一第二晶體管組成，該兩級(jí)電流鏡的輸出端并聯(lián)耦接該第一晶體管以及該第二晶體管的第二連接端，且該第一晶體管與該第二晶體管的第一連接端皆耦接一參考電壓，而該第一晶體管以及該第二晶體管的柵極端則分別耦接一預(yù)先充電電壓以及一參考信號(hào)，其操作方式包括當(dāng)一單位電流由該兩級(jí)電流鏡的輸入端輸入時(shí)，于該兩級(jí)電流鏡的輸出端產(chǎn)生一電位；以及當(dāng)該電位位準(zhǔn)低于一預(yù)定值時(shí)，以根據(jù)該第二晶體管長(zhǎng)與寬(W/L)的比例來(lái)改變?cè)搩杉?jí)電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率并以該第一晶體管耦接的一預(yù)先充電電壓所提供的電流提高該電位位準(zhǔn)至該預(yù)定值。
8.如權(quán)利要求7所述的電流鏡感應(yīng)放大器的操作方式，其特征是，該兩級(jí)電流鏡由一第三晶體管、一第四晶體管、一第五晶體管、一第六晶體管構(gòu)成其結(jié)構(gòu)如下一第三晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第三晶體管的第一連接端耦接該電壓源；一第四晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第四晶體管的第一連接端耦接該電壓源；一第五晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第五晶體管的第一連接端耦接地；以及一第六晶體管，具有柵極端、第一連接端以及第二連接端，該第六晶體管的第一連接端耦接地；其中，該第三晶體管的柵極端，該第三晶體管的第二連接端以及該第四晶體管的柵極端耦接于一點(diǎn)，該點(diǎn)為該兩級(jí)電流鏡的電流輸入端，且該第四晶體管的第二連接端，該第五晶體管的第二連接端，該第五晶體管的柵極端以及該第六晶體管的柵極端耦接于一點(diǎn)，而該第六晶體管的第二連接端為該兩級(jí)電流鏡的電流輸出端，此外該第三晶體管以及該第四晶體管構(gòu)成一第一級(jí)電流鏡，該第五晶體管以及該第六晶體管構(gòu)成一第二級(jí)電流鏡。
9.如權(quán)利要求7所述的電流鏡感應(yīng)放大器的操作方式，其特征是，也可改變?cè)摰谒木w管或該第五晶體管或該第六晶體管的長(zhǎng)與寬比例(W/L)的比例，來(lái)改變?cè)搩蓸O電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率。
10.如權(quán)利要求8所述的電流鏡感應(yīng)放大器的操作方式，其特征是，該兩級(jí)電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率即為該第六晶體管的第二連接端電流與該第二晶體管的第二連接端電流間的比率。
全文摘要
一種電流鏡感應(yīng)放大器及其操作方式。其中，此電流鏡感應(yīng)放大器具有兩級(jí)的電流鏡、第一晶體管以及第二晶體管，其中第一以及第二晶體管都各自具有第一、第二連接端以與柵極端。此電流鏡具有電流輸入端與電流輸出端。第一以及第二晶體管的柵極端分別耦接預(yù)先充電電壓以及參考信號(hào)且其第一連接端電性都耦接電壓源，而其第二連接端則接耦接該電流鏡的輸出端。通過(guò)改變第二晶體管長(zhǎng)與寬的比例改變?cè)搩杉?jí)電流鏡的輸出端與該第二晶體管的第二連接端的電流間的比率以及利用第一晶體管所耦接的預(yù)先充電電壓所提供的電流的方式對(duì)該兩級(jí)電流鏡的輸出端電位作預(yù)先充電。
文檔編號(hào)H03F3/00GK1414700SQ01136750
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2001年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月23日
發(fā)明者郭勝昌, 陳俤文 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司