專利名稱：源極跟隨器及其穩(wěn)定電流反饋電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(wěn)定電流反饋電路。
背景技術(shù)：
源極跟隨器(Source follower)為一廣泛應(yīng)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(dǎo)體(NMOS晶體管)M1、NMOS晶體管M2及NMOS晶體管Mp。一電流I1流經(jīng)NMOS晶體管M2與Mp。而由于NMOS晶體管會受通道長度調(diào)變效應(yīng)(Channel length modulation effect)的影響，故電流I1并不如理想中穩(wěn)定，進(jìn)而會影響輸出信號Vout。舉例而言，當(dāng)輸入信號Vin變動(dòng)時(shí)，輸出信號Vout會對應(yīng)輸入信號Vin而有同相的變化。當(dāng)輸出信號Vout變動(dòng)時(shí)，NMOS晶體管M2之漏極電壓亦一同變動(dòng)，則NMOS晶體管M2的漏極與源極間的電壓差亦因此有變動(dòng)。如此，因通道長度調(diào)變效應(yīng)的影響，流經(jīng)NMOS晶體管M2的電流I1亦會變動(dòng)，因電流I1的變動(dòng)會使NMOS晶體管Mp的柵極與源極的電壓差(Vgs)有所變動(dòng)，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(jìn)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(tǒng)的解決方式是在原電路中加入了由PMOS晶體管M3及PMOS晶體管M4所組成的電流鏡，藉反饋的方式使電流I2穩(wěn)定，進(jìn)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晶體管M4在源極與柵極間產(chǎn)生的壓降(Voltage Drop)可能造成NMOS晶體管Mp及NMOS晶體管M2無法正常工作，進(jìn)而使源極跟隨器200無法作用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種穩(wěn)定電流反饋電路，其可應(yīng)用于一源極跟隨器，藉以避免源極跟隨器的輸出信號產(chǎn)生失真的情況。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種穩(wěn)定電流反饋電路，其可應(yīng)用于一源極跟隨器，并可在低電壓偏壓的情形下，維持源極跟隨器正常運(yùn)作。
本發(fā)明提出一種應(yīng)用于源極跟隨器的穩(wěn)定電流反饋電路，該源極跟隨器包含一晶體管，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(jīng)該晶體管，當(dāng)該漏極電流變小時(shí)，該晶體管的漏極端所輸出的一誤差電壓隨之增大；當(dāng)該漏極電流變小時(shí)，該誤差電壓則會隨之變小，此誤差電壓輸出至該穩(wěn)定電流反饋電路所包含的一放大器，此放大器會根據(jù)該誤差電壓與預(yù)設(shè)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(dòng)電流相加以產(chǎn)生一加成電流，此加成電流經(jīng)由該源極跟隨器所具有的一電流鏡結(jié)構(gòu)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(chǎn)生失真的情況。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1繪示圖是為第一傳統(tǒng)源極跟隨器的電路圖。
圖2繪示圖是為第二傳統(tǒng)源極跟隨器的電路圖。
圖3繪示圖是為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的源極跟隨器的電路圖。
圖4繪示圖是為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的參考電壓產(chǎn)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晶體管M3、M4PMOS晶體管R1、R2電阻310穩(wěn)定電流反饋電路320電流鏡330電流源311參考電壓產(chǎn)生器312放大器313加法器
具體實(shí)施例方式
請參照圖3，其繪示依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的源極跟隨器的電路圖。源極跟隨器300包括NMOS晶體管Q1、穩(wěn)定電流反饋電路310、及電流鏡320。NMOS晶體管Q1在柵極接收輸入信號Vin，并在源極輸出輸出信號Vout。電流鏡320是依據(jù)穩(wěn)定電流反饋電路310輸出的信號，以實(shí)質(zhì)上固定流過NMOS晶體管Q1的漏極電流Id，藉此避免輸出信號Vout失真。
穩(wěn)定電流反饋電路310包括電阻R1、放大器312、參考電壓產(chǎn)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晶體管Q1的漏極與放大器312耦接，該第二端具有一誤差電壓Verr，其等于高電位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(fù)輸入端，正輸入端接收誤差電壓Verr，負(fù)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(shí)，NMOS晶體管Q1的漏極的理想電壓值。放大器312是根據(jù)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(dòng)電流Ib相加，藉以產(chǎn)生并輸出一加成電流Ia至電流鏡320所包含的一NMOS晶體管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(jù)本發(fā)明，只要利用比較器來比較誤差電壓與參考電壓，并依據(jù)比較結(jié)果來作為調(diào)整漏極電流的依據(jù)，即在本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)。
參考電壓產(chǎn)生器311是用以產(chǎn)生參考電壓Vref。請參照圖4，其繪示是為參考電壓產(chǎn)生器311的電路圖。參考電壓產(chǎn)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并分別耦接至電流源410及放大器312的負(fù)輸入端，因流經(jīng)電阻R2的電流為Ik，故該參考電壓Vref等于高電位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(chǎn)生器311是藉由控制電阻R2及電流Ik的值以產(chǎn)生參考電壓Vref。以節(jié)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(chǎn)生同樣的參考電壓Vref情況下，達(dá)到省電的目的，故設(shè)計(jì)時(shí)，可朝此方向設(shè)計(jì)參考電壓產(chǎn)生器。需注意的是，對熟習(xí)此項(xiàng)技藝者而言，參考電壓產(chǎn)生器可利用許多不同方式實(shí)現(xiàn)，例如將電流源取代為電阻等，故上述參考電壓產(chǎn)生器311僅為依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明。
電流鏡320則包括NMOS晶體管Q2及NMOS晶體管Q3。NMOS晶體管Q2的漏極與NMOS晶體管Q1的源極耦接。NMOS晶體管Q3的柵極分別與其漏極及NMOS晶體管Q2的柵極耦接。NMOS晶體管Q3的漏極是接收前述的加成電流Ia，以使NMOS晶體管Q2對應(yīng)地產(chǎn)生漏極電流Id。
穩(wěn)定電流反饋電路310動(dòng)作原理如下當(dāng)誤差電壓Verr較參考電壓Vref大時(shí)，表示漏極電流Id流經(jīng)電阻R1后，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(yīng)地放大，且漏極電流Id亦在電流鏡320結(jié)構(gòu)下隨著加成電流Ia增大，藉此漏極電流Id得以實(shí)質(zhì)上等于一定值K；而若誤差電壓Verr較參考電壓Vref小時(shí)，表示漏極電流Id流經(jīng)電阻R1后，電阻R1的壓降過大，亦即漏極電流Id過大。此時(shí)，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(yīng)地減小，并使漏極電流I d亦隨之減少，藉此使漏極電流Id實(shí)質(zhì)上等于固定值K。
本實(shí)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(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定電流反饋電路，用于一源極跟隨器中，該源極跟隨器包括一晶體管，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(jù)該輸入信號輸出一輸出信號，一漏極電流流經(jīng)該晶體管，該穩(wěn)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(jīng)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，并根據(jù)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(jù)該參考信號來調(diào)整該漏極電流的大??；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(quán)利要求1所述的電路，其進(jìn)一步包含一設(shè)計(jì)阻抗，其分別耦接該電壓源及該比較器，一設(shè)計(jì)電流流經(jīng)該設(shè)計(jì)阻抗，且該設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)阻抗與該設(shè)計(jì)電流而改變。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，該電路進(jìn)一步包含一加法器，其耦接該比較器，并根據(jù)該參考信號以輸出一加成電流，該源極跟隨器根據(jù)該加成電流的值調(diào)整該漏極電流的值。
4.如權(quán)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(jìn)一步包括一電流源，其產(chǎn)生一主動(dòng)電流，且該加法器是加總該參考電流及該主動(dòng)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晶體管，并依據(jù)該加成電流的值調(diào)整該漏極電流的值。
5.一種源極跟隨器，包括一晶體管，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(jù)該輸入信號輸出一輸出信號，一漏極電流流經(jīng)該晶體管；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(jīng)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，并根據(jù)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(dòng)電流；一加法器，其加總該參考電流及該主動(dòng)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晶體管，并依據(jù)該加成電流調(diào)整該漏極電流。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其進(jìn)一步包含一參考電壓產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生該參考電壓，且該參考電壓產(chǎn)生電路包含一設(shè)計(jì)阻抗，其分別耦接該電壓源及比較器，一設(shè)計(jì)電流流經(jīng)該設(shè)計(jì)阻抗，且該設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)阻抗與該設(shè)計(jì)電流而變動(dòng)。
7.一種源極跟隨器，包括一晶體管，其柵極接收一輸入信號、源極依據(jù)該輸入信號輸出一輸出信號，一漏極電流流經(jīng)該晶體管；一阻抗，其分別耦接一電壓源及該晶體管的源極，該漏極電流流經(jīng)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，并根據(jù)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，該源極跟隨器并依據(jù)該參考信號調(diào)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(quán)利要求7所述的電路，其進(jìn)一步包含一設(shè)計(jì)阻抗，其分別耦接該電壓源及比較器，一設(shè)計(jì)電流流經(jīng)該設(shè)計(jì)阻抗，且該設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)阻抗及該設(shè)計(jì)電流而改變。
9.如權(quán)利要求7所述的電路，其中，該反饋電路進(jìn)一步包含一加法器，其根據(jù)該參考信號以輸出一加成電流，該源極跟隨器根據(jù)該加成電流的值調(diào)整該漏極電流的值。
10.如權(quán)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(jìn)一步包括一電流源，其產(chǎn)生一主動(dòng)電流，該加法器是加總該參考電流及該主動(dòng)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晶體管，并依據(jù)該加成電流的值調(diào)整該漏極電流的值。
全文摘要
一種穩(wěn)定電流反饋電路，用于一源極跟隨器中。源極跟隨器包括第一MOS晶體管及一電流鏡。第一MOS晶體管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晶體管。電流鏡是根據(jù)一加成電流，以產(chǎn)生漏極電流。穩(wěn)定電流反饋電路是用以使漏極電流實(shí)質(zhì)上等于固定值。穩(wěn)定電流反饋電路包括被動(dòng)組件及放大器。被動(dòng)組件具第一端及第二端，對應(yīng)電流是流經(jīng)被動(dòng)組件，在第二端產(chǎn)生一誤差電壓，對應(yīng)電流的大小是隨著漏極電流的大小而改變。放大器是根據(jù)誤差電壓及參考電壓輸出參考信號，以調(diào)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(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者杜全平 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司