專利名稱：電流源的單電流偏置電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及基于MOS元件的Cascode模擬電流源，更具體地指一種電流源的單電流偏置電路。
背景技術：
在模擬電子電路中廣泛采用電流源為模擬電流電壓信號的傳遞媒介。衡量電流源性能的指標包括電流源的輸出阻抗、輸出節點電壓動態范圍和電流跟蹤特性等。由于Cascode電流源能夠提供非常高的輸出阻抗和良好的電流跟蹤特性而受到了廣泛的應用，但是它的輸出節點的電壓動態范圍受限于Cascode電流源結構的偏置電壓，因此需要正確地偏置Cascode電流源來提高它的輸出節點電壓動態范圍。
圖1給出了一種最簡單的Cascode電流源的偏置電路，因為它的簡單，使得它得到了非常廣泛的應用，該偏置電路的缺點是輸出節點的電壓動態范圍較小。在這種Cascode電流源中，輸出節點N2的最小電壓為VN2(min)＝Vgs3+Vgs4-Vth＝Vgs3+Vdsat4＝Vdsat3+Vdsat4+Vth3圖2給出了另一種Cascode電流源的偏置電路，如果N4點的電壓為M1的Vdsat1，那么M5的柵電壓Vg5＝Vdsat1+Vgs5。如果M2和M6的寬長比相等，則Vgs2＝Vgs6，所以VN2的最小值為VN2(min)＝Vg2-Vth＝Vdsat1+Vgs2-Vth＝Vdsat1+Vdsat2和前面的電路相比N2點的擺幅增大了Vth。但它的缺點是采用了兩路電流偏置電路。
圖3又給出了一種Cascode電流源的偏置電路，M2的柵電壓Vg2為Vgs4+Vds5，如果Vgs4等于Vgs2，Vds5等于Vdsat1那么N2點的最小電壓為VN2(min)＝Vg2-Vth＝Vgs4+Vds5-Vth＝Vgs2-Vth2+Vds5＝Vdsat1+Vdsat2該電路缺點同樣也是采用了兩路電流偏置電路，而且該電路結構有兩個限制條件Vgs4等于Vgs2、Vds5等于Vdsat1。
發明內容
本發明的目的是針對傳統的Cascode電流源偏置電路存在的缺點，提出一種擺幅大、功耗低的電流源的單電流偏置電路。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案該電流源的單電流偏置電路包括數個相串接的MOS管，在兩只相鄰的MOS管中，一只MOS管的源極與另一只MOS管的漏極相接，位于最上端的MOS管的漏極接恒流源，最上端的MOS管與其相鄰的MOS管的柵極相并接后也接至恒流源，位于最下端的MOS管的源極接公共端，該MOS管的柵極接至與其相鄰的MOS管的漏極，與最下端MOS管相鄰的MOS管的柵極接至最上端的MOS管的源極，同時，與最上端的MOS管相鄰的MOS管為輸出管，其漏源極作為偏置電路的輸出。
在本發明的上述偏置電路中，仍然采用了單電流偏置方式，cascode MOS管的偏置電壓由最下端MOS管的柵源偏置電壓加上次上端MOS管的漏源偏置電壓，該漏源電壓用來保證最下端MOS管具有一定的漏源電壓使其工作在飽和區，用來產生該電壓的MOS管工作在線性區，它的漏源電壓能夠及時跟蹤偏置電流的變化。本發明的偏置電路既克服了傳統的偏置電路中存在的兩路偏置存在的功耗大缺點，又克服了采用單路的偏置電路中存在的輸出節點電壓動態范圍小的缺點。
圖1為傳統最簡單的Cascode電流源偏置電路及電流源示意圖。
圖2為另一種傳統的Cascode電流源偏置電路及電流源示意圖。
圖3為又一種傳統的Cascode電流源偏置電路及電流源示意圖。
圖4為采用本發明單電流偏置電路及電流源示意圖。
圖5為采用本發明偏置電路的Cascode電流源作為運算放大器的負載的一個電路實例。
具體實施例方式
為了能夠對本發明偏置電路有更深刻的了解，下面結合上述附圖對本發明作一較為詳細地說明。
請參閱圖4所示，本發明的偏置電路包括數個相串接的MOS管M3、M4、M5、M6，在該實施例中，MOS管的數量采用了四只。在兩只相鄰的MOS管中，一只MOS管的源極與另一只MOS管的漏極相接。位于最上端的MOS管M6的漏極接恒流源，最上端的MOS管M6與其相鄰的MOS管M5的柵極相并接后也接至恒流源，位于最下端的MOS管M3的源極接公共端，該MOS管M3的柵極接至與其相鄰的MOS管M4的漏極，與最下端MOS管M3相鄰的MOS管M4的柵極接至最上端的MOS管M6的源極，同時，與最上端的MOS管M6相鄰的MOS管M5為輸出管，其漏源極作為偏置電路的輸出。
本發明的偏置電路中的各MOS管的電壓關系描述如下，在圖4所示的電路中，MOS管M4的柵電壓可以表示為Vg4＝Vds3+Vgs4＝Vgs3+Vds5所以Vds3可以表示如下Vds3＝Vds5+Vgs3-Vgs4通過調節MOS管M5Vds5能夠方便地使Vds5-Vgs4＝-Vth3成立。所以在這種條件下，有下面的關系滿足Vds3＝Vgs3-(Vds5-Vgs4)＝Vgs3-Vth3＝Vdsat3MOS管M4的柵電壓就是M2的柵電壓，所以輸出節點N2的最小電壓為VN2(min)＝Vg4-Vth2如果MOS管M4的開啟電壓和MOS管M2的開啟電壓相同，則VN2(min)＝Vg4-Vth2＝Vg4-Vth4＝Vds3+Vgs4-Vth4＝Vdsat4+Vds3＝Vdsat4+Vdsat3＝Vdsat1+Vdsat2顯然它的輸出電壓的擺幅和圖2、圖3所示意的偏置電路是相同的，但是該偏置電路卻只用了一路偏置電流。
采用本發明偏置電路的電流源具有非常高的輸出阻抗和良好的電流跟蹤特性，可以廣泛地應用在模擬集成電路中，極大地提高了模擬電路的性能。如圖5就給出了采用本發明偏置電路的Cascode電流源作為運算放大器的負載的一個電路實例，在圖5中，虛框部分即為帶有本發明偏置電路的Cascode電流源。
權利要求
1.一種電流源的單電流偏置電路，其特征在于該偏置電路包括數個相串接的MOS管，在兩只相鄰的MOS管中，一只MOS管的源極與另一只MOS管的漏極相接，位于最上端的MOS管的漏極接恒流源，最上端的MOS管與其相鄰的MOS管的柵極相并接后也接至恒流源，位于最下端的MOS管的源極接公共端，該MOS管的柵極接至與其相鄰的MOS管的漏極，與最下端MOS管相鄰的MOS管的柵極接至最上端的MOS管的源極，同時，與最上端的MOS管相鄰的MOS管為輸出管，其漏源極作為偏置電路的輸出。
2.如權利要求1所述的電流源的單電流偏置電路，其特征在于所述的數個相串接的MOS管的數量為四只MOS管。
全文摘要
本發明公開了一種電流源的單電流偏置電路，包括數個相串接的MOS管，在兩只相鄰的MOS管中，一只MOS管的源極與另一只MOS管的漏極相接，位于最上端的MOS管的漏極接恒流源，最上端的MOS管與其相鄰的MOS管的柵極相并接后也接至恒流源，位于最下端的MOS管的源極接公共端，該MOS管的柵極接至與其相鄰的MOS管的漏極，與最下端MOS管相鄰的MOS管的柵極接至最上端的MOS管的源極，同時，與最上端的MOS管相鄰的MOS管為輸出管，其漏源極作為偏置電路的輸出。該偏置電路既克服了傳統的偏置電路中存在的兩路偏置存在的損耗大缺點，又克服了采用單路的偏置電路中存在的輸出節點電壓動態范圍小的缺點。
文檔編號G05F1/10GK1632706SQ20031012266
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月24日 優先權日2003年12月24日
發明者劉家洲 申請人:上海貝嶺股份有限公司