JP2000201032A - 広範囲の出力負荷インピ―ダンスに対して定電流を供給するカレントミラ― - Google Patents

広範囲の出力負荷インピ―ダンスに対して定電流を供給するカレントミラ―

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JP2000201032A
JP2000201032A JP11362322A JP36232299A JP2000201032A JP 2000201032 A JP2000201032 A JP 2000201032A JP 11362322 A JP11362322 A JP 11362322A JP 36232299 A JP36232299 A JP 36232299A JP 2000201032 A JP2000201032 A JP 2000201032A
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current mirror
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transistor
impedance
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JP11362322A
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Harry J Mcintyre
ジェイ マクインタイア ハリー
Mehrdad Zomorrodi
ゾモロディ メアダッド
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Xerox Corp
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Xerox Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • H03F3/345DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only with field-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定電流を生成するために、従来のカレントミ
ラーはできるだけ出力インピーダンスを増大させること
に焦点をあてるが、負荷インピーダンスの値に依存する
カレントミラーの出力電流には常に電流変動がある。 【解決手段】 演算増幅器24の出力はpMOSトラン
ジスタT3及びT4の各々のゲートに接続されており、演
算増幅器24の各入力はpMOSトランジスタT 3及び
4のドレインに接続されている。この組み合わせによ
り2個のトランジスタの電圧を制御し、広範囲の負荷イ
ンピーダンスに対してカレントミラーの出力電流を実質
的に一定に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本出願はカレントミラーに関
し、特に、広範囲の出力負荷インピーダンスに対応で
き、入力電流に等しいかまたは比例する実質的に一定の
出力電流を供給できるカレントミラーに関する。
【0002】
【従来の技術】図1に、典型的な従来技術のカレントミ
ラー10を示す。図1において、カレントミラー10は
2個のp−チャネル金属酸化物電界効果トランジスタ
(pMOS)T1、T2を備える。両トランジスタT1
2のソースは電源VDDに接続され、両トランジスタ
1、T2のゲートは互いに接続されている。また、トラ
ンジスタT1のゲートとドレインは互いに接続されてい
る。トランジスタT1のドレインは入力電流源11のイ
ンピーダンスを表すインピーダンスR1を介して接地さ
れ、トランジスタT2のドレインは出力負荷インピーダ
ンスを表すインピーダンスR2を介して接地されてい
る。電流源11はトランジスタT1を通って流れる入力
電流IIN1を供給する。また、トランジスタT1のゲート
はそのドレインに接続されている。
【0003】カレントミラーには多くの異なるバリエー
ションがある。しかし、カレントミラーの役割を論じる
ために図1のカレントミラー10を簡単な例として選ん
だ。カレントミラーは、出力において入力電流I
IN1(トランジスタT1を通る電流)を出力電流I
OUT1(トランジスタT2を通る電流)として複製する
か、あるいは所定の係数を以って入力電流IIN1に比例
する出力電流IOUT1を供給するよう設計されている。
【0004】上記を実現するため、トランジスタはま
ず、等電流を生成するために同種のものでなければなら
ず、あるいは所定の係数に等しいサイズ比率を持たねば
ならない。比例電流を供給するためにトランジスタのサ
イズ、電流と電圧を調整することができるため、以下で
は簡単のため等電流を供給するカレントミラーについて
のみ論じる。
【0005】図1において、2個のトランジスタT1
2は同じサイズのものが選択されている。両トランジ
スタT1、T2のソースがVDDに接続され、ゲートが互い
に接続されているため、両トランジスタで同様に正確な
電流を供給するためには両トランジスタのドレイン電圧
を同レベルに維持しなければならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ドレイン電圧
を同じに保つことは困難である。困難である原因は、カ
レントミラーの出力インピーダンスおよびカレントミラ
ーに接続される外部回路の負荷インピーダンスにある。
図2に、出力インピーダンスと負荷インピーダンスの例
を示す。トランジスタT2のドレインにおいて出力ノー
ド12を通して計測できるカレントミラーの内部インピ
ーダンスを出力インピーダンスROと呼ぶ。また、ノー
ド16(ノード12に接続されるノード)から計測でき
る負荷14の内部インピーダンスを負荷インピーダンス
Lと呼ぶ。
【0007】カレントミラーは、任意の負荷インピーダ
ンスに対して定電流を供給する電流源の役割を果たさね
ばならない。理想的な電流源モデルにおいて出力インピ
ーダンスは無限であるのが望ましい。出力インピーダン
スが無限である場合、負荷インピーダンスに依らず、電
流源は定電流を供給する。しかし実際には出力インピー
ダンスは無限ではなく、負荷インピーダンスの値に依存
してカレントミラーの電流は変化する。定電流を生成す
るために、従来のカレントミラーはできるだけ出力イン
ピーダンスを増大させることに焦点をあてる。また、カ
レントミラーにおいて、電流と電圧の関係はVGSとVDS
の関数である。ここでVDSはチャネル長変調現象に変換
される。出力インピーダンスが無限ではないとき、負荷
インピーダンスの異なる値がVDSを変え、VGSが一定で
ある一方で出力電流は変化する。従って、負荷インピー
ダンスの値に依存するカレントミラーの出力電流には常
に電流変動がある。この変動は、1を超える係数を以っ
て入力電流に比例する出力電流を供給するカレントミラ
ーにおいてさらに拡大される。
【0008】本発明の目的は、広範囲のインピーダンス
負荷に対して実質的に定電流を供給することが可能なカ
レントミラーの設計を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一ドレイン
電圧を有する第一金属酸化物シリコン電界効果トランジ
スタと、第二ドレイン電圧を有する第二金属酸化物シリ
コン電界効果トランジスタと、前記第二ドレイン電圧を
前記第一ドレイン電圧と等しくさせるために前記第一ト
ランジスタおよび第二トランジスタに電気的に接続され
た平衡化手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】本発明に基づき、2個のMOSFETトラ
ンジスタと演算増幅器を利用するカレントミラーを開示
する。両トランジスタのソースは電源に接続されてお
り、両トランジスタのゲートは演算増幅器の出力に接続
している。一方のトランジスタのドレインは演算増幅器
の一方の入力および電流源に接続されている。もう一方
のトランジスタのドレインは演算増幅器のもう一方の入
力および負荷インピーダンスに接続されている。
【0011】
【発明の実施の形態】図3に、本発明の実施の形態のカ
レントミラー20を開発するための第一ステップを示
す。カレントミラー20は、2個の同サイズのpMOS
トランジスタT 3、T4を備える。両トランジスタのソー
スはVDDに接続されており、トランジスタT3のドレイ
ンは入力電流源22のインピーダンスを表すインピーダ
ンスR3を通して接地されており、トランジスタT4のド
レインは負荷インピーダンスR4を通して接地されてい
る。論議の目的のため、負荷インピーダンスR4の値は
未知と仮定する。演算増幅器24の正入力はトランジス
タT3のドレインに接続され、演算増幅器24の負入力
はトランジスタT4のドレインに接続されている。演算
増幅器24の出力はトランジスタT3のゲートに接続さ
れている。論議の目的のため、トランジスタT4のゲー
トはバイアス電圧VBIASに接続されている。
【0012】この構成において、演算増幅器24は負帰
還モードで動作し、従ってその2個の入力における両電
圧は実質的に等しくなるように強制される。ノード2
6、28は演算増幅器24の正、および負入力に接続さ
れているため、電圧が等しくなる。この構成において、
ノード28は負荷インピーダンスの値にかかわらず、ノ
ード26の電圧と等しい電圧を有する。またこの構成に
おいて、演算増幅器24の出力は、ノード26、28の
両電圧を強制的に等しくするためにトランジスタT3
ゲートの適正な電圧を決定する。
【0013】図4に示すように、VBIASからトランジス
タT4のゲートを切り離し、それを演算増幅器24の出
力に接続することにより、2個のトランジスタのゲート
は演算増幅器24により決定される等しい電圧を持つこ
とになる。本発明の完全な実施の形態である図4の構成
において、ソース同士、ドレイン同士、およびゲート同
士はそれぞれ等しい電圧を有する。従って、出力電流I
OUT2は実質的に入力電流IIN2と等しい。
【0014】図4の構成において、演算増幅器24は両
トランジスタT3、T4のVGSを調整して、異なる負荷イ
ンピーダンスに基づくトランジスタT4のVDSの変化を
補償する。従って図4において、両トランジスタのVGS
はカレントミラー20の制御電圧になる。
【0015】本発明で開示された実施の形態は、広範囲
の負荷インピーダンスに対して実質的に定出力電流を供
給する。
【0016】カレントミラー20は2個のp−チャネル
トランジスタを利用する。しかし、必要ならば、カレン
トミラーは2個のn−チャネルトランジスタを用いるよ
うに設計することができる。
【0017】本発明で開示された実施の形態は出力電流
の大きさを加減できるように設計可能な点に留意された
い。異なるサイズのトランジスタを選択することによ
り、出力電流を望みの値に設定することができる。出力
トランジスタのサイズの入力トランジスタのサイズに対
する比率は、入力電流と出力電流の比率を決定する。出
力トランジスタのサイズがその時の入力トランジスタの
サイズより大きいか、または小さい場合、出力電流はそ
れに応じてより大きく、またはより小さくなる。
【0018】本発明の詳細な構成、あるいは構成要素の
組み合わせや配列にいかなる変更を加えようとも、上記
請求項に述べた本発明の真髄と範囲から何ら逸脱するも
のではない点に留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 典型的な従来技術のカレントミラーを示す回
路図である。
【図2】 代表的な出力インピーダンスと負荷インピー
ダンスを示す回路図である。
【図3】 本発明の実施の形態のカレントミラーの開発
の第1段階を示す回路図である。
【図4】 本発明の実施の形態のカレントミラーを示す
回路図である。
【符号の説明】
10,20カレントミラー、11,22 入力電流源、
12 出力ノード、14 負荷、16,26,28 ノ
ード、24 演算増幅器、T1,T2,T3,T4 pMOS
トランジスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メアダッド ゾモロディ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ウェ スト ヒルズ カーメニタ レーン 7621

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一ドレイン電圧を有する第一金属酸化
    物シリコン電界効果トランジスタと、 第二ドレイン電圧を有する第二金属酸化物シリコン電界
    効果トランジスタと、 前記第二ドレイン電圧を前記第一ドレイン電圧と等しく
    させるために前記第一トランジスタおよび第二トランジ
    スタに電気的に接続された平衡化手段と、を備えること
    を特徴とするカレントミラー。
JP11362322A 1998-12-28 1999-12-21 広範囲の出力負荷インピ―ダンスに対して定電流を供給するカレントミラ― Withdrawn JP2000201032A (ja)

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US22242898A 1998-12-28 1998-12-28
US09/222428 1998-12-28

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