一種差分電壓轉(zhuǎn)電流電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種差分電壓轉(zhuǎn)電流電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常要將一個(gè)電壓與參考電壓的差值線性轉(zhuǎn)換成電流。例如， 在鎖相環(huán)電路中的壓控振蕩器（VCO)通常會(huì)用到差分電壓轉(zhuǎn)電流電路。
[0003] 差分電壓轉(zhuǎn)電流電路通過(guò)電壓變化引起電流變化，再通過(guò)電流變化控制壓控振蕩 器的頻率輸出。在設(shè)計(jì)時(shí)要求較寬的差值電壓范圍，以及很高的差分電壓-電流轉(zhuǎn)換線性 度，同時(shí)輸出電流也要盡量大以滿足越來(lái)越高的鎖相環(huán)頻率要求。習(xí)慣上通過(guò)線性跨導(dǎo)放 大器進(jìn)行差分電壓到電流的轉(zhuǎn)換，但是線性跨導(dǎo)放大器一般線性輸入范圍較窄，以及存在 轉(zhuǎn)換線性度不理想的缺點(diǎn)。差分電壓-電流轉(zhuǎn)換線性度不高會(huì)導(dǎo)致壓控振蕩器的輸出頻率 的線性度也變低，因而可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鎖相環(huán)的不穩(wěn)定。
[0004] 因此，設(shè)計(jì)一種容易實(shí)現(xiàn)、線性度高、轉(zhuǎn)換速度快的用于將差分電壓轉(zhuǎn)換為電流的 改進(jìn)電路是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，該差分電壓轉(zhuǎn) 電流電路具有較高的差分電壓-電流轉(zhuǎn)換線性度，尤其是差分電壓很小情況下也能很好的 保證轉(zhuǎn)換線性度以及轉(zhuǎn)換速度。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，該電路包括：
[0008] 第一電壓跟隨器，用于接收輸入電壓Vinl并緩沖；
[0009] 第二電壓跟隨器，用于接收輸入電壓Vin2并緩沖；
[0010] 第一 V-I轉(zhuǎn)換電阻單元，包括電阻R1，將電壓轉(zhuǎn)換成電流；
[0011] 第二V-I轉(zhuǎn)換電阻單元，包括電阻R2,將電壓轉(zhuǎn)換成電流；
[0012] 第一電流鏡單元，用于按比例復(fù)制來(lái)自第一電壓跟隨器的支路電流，產(chǎn)生第一輸 出電流；
[0013] 第二電流鏡單元，用于按比例復(fù)制來(lái)自第二電壓跟隨器的支路電流，產(chǎn)生第二輸 出電流；
[0014] 第一、第二輸出電流合并后形成電路輸出電流。
[0015] 在一種優(yōu)選的方案中，
[0016] 當(dāng)輸入電壓Vinl較高時(shí)，所述第一電壓跟隨器包括第一折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨 器，所述第一折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨器包括電流源I0、PM0S管M3、M5和NMOS管M7,輸入 電壓Vinl接M3的柵極，M3的源極接M5的源極，M3的漏極通過(guò)電流源10接地，M3的漏極 接M7的柵極，M5的柵極接M5的漏極，M5的漏極接M7的漏極，M7的源極接地；
[0017] 當(dāng)輸入電壓Vin2較高時(shí)，所述第二電壓跟隨器包括第二折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨 器；所述第二折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨器包括電流源IO、PMOS管M4、M6和NMOS管M8,輸入 電壓Vinl接M4的柵極，M4的源極接M6的源極，M4的漏極通過(guò)電流源10接地，M4的漏極 接M8的柵極，M6的柵極接M6的漏極，M6的漏極接M8的漏極，M8的源極接地。
[0018] 第一、二折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨器輸出阻抗很低、響應(yīng)速度快，可以產(chǎn)生不隨負(fù) 載電流變化的輸出電壓。
[0019] 在一種優(yōu)選的方案中，當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，
[0020] 所述第一電壓跟隨器還包括第一源極跟隨器，所述第一源極跟隨器包括電流源11 和PM0S管Ml;輸入電壓Vinl接Ml的柵極，Ml的源極接M3的柵極，Ml的漏極接地；電源電 壓通過(guò)電流源II接Ml的源極；
[0021] 所述第二電壓跟隨器還包括第二源極跟隨器，所述第二源極跟隨器包括電流源11 和PM0S管M2;輸入電壓Vinl接M2的柵極，M2的源極接M4的柵極，M2的漏極接地；電源電 壓通過(guò)電流源II接M2的源極。
[0022] 電流源II和Ml或M2組成的源極跟隨器將較低的輸入電壓抬高一個(gè)|Ves|。
[0023] 在一種優(yōu)選的方案中，第一 V-I轉(zhuǎn)換電阻單元中電阻R1 -端接第一電壓跟隨器中 M3的源極，另一端接電源電壓，將電壓轉(zhuǎn)換成電流；第二V-I轉(zhuǎn)換電阻單元中電阻R2 -端 接第二電壓跟隨器中M4的源極，另一端接電源電壓，將電壓轉(zhuǎn)換成電流。
[0024] 在一種優(yōu)選的方案中，所述第一電流鏡單元包括NM0S管M13、M15,組成NM0S共源 共柵電流鏡，按比例復(fù)制第一電壓跟隨器中M7管的電流，作為第一輸出電流；
[0025]所述第二電流鏡單元包括 NM0S 管 M13、M15，PM0S 管 119、]?10、]\111、]\112，]\113、]\115組 成NMOS，M9、M10、Mil、M12組成PM0S共源共柵電流鏡，用于按比例復(fù)制第二電壓跟隨器中 M8管的電流，作為第二輸出電流。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用電阻作為電壓電流轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)， 具有線性度高的特點(diǎn)，采用flipped voltage follower (FVF)結(jié)構(gòu)作為輸入級(jí)，能夠探測(cè)較 小的差分電壓產(chǎn)生大的輸出電流，響應(yīng)速度快，精度高。本發(fā)明的差分電壓轉(zhuǎn)電流電路具 有轉(zhuǎn)換線性度高的特點(diǎn)，其能夠探測(cè)較小的差分電壓產(chǎn)生大的輸出電流，響應(yīng)速度快，精度 尚。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明差分電壓轉(zhuǎn)電流電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0028] 圖2是傳統(tǒng)的FVF結(jié)構(gòu)原理圖。
[0029] 圖3本發(fā)明所采用的折疊式FVF結(jié)構(gòu)原理圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明差分電壓轉(zhuǎn)電流電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0032] 本發(fā)明公開了一款差分電壓-電流轉(zhuǎn)換線性度高，能夠探測(cè)較小的差分電壓產(chǎn)生 大的輸出電流，響應(yīng)速度快的差分電壓轉(zhuǎn)電流電路。
[0033] 參照?qǐng)D1，圖1是本發(fā)明差分電壓轉(zhuǎn)電流電路結(jié)構(gòu)框圖。該差分電壓轉(zhuǎn)電流電路包 括第一電壓跟隨器101、第二電壓跟隨器201、第一 V-I轉(zhuǎn)換電阻單元102、第二V-I轉(zhuǎn)換電 阻單元二202、第一電流鏡單元103、第二電流鏡單元203。其中：
[0034] 所述第一電壓跟隨器101、第二電壓跟隨器201，用于接收輸入電壓Vinl、Vin2并 進(jìn)行緩沖；
[0035] 所述第一 V-I轉(zhuǎn)換電阻單元102、第二V-I轉(zhuǎn)換電阻單元二202,用于將電壓線性 轉(zhuǎn)換成電流；
[0036] 所述第一電流鏡單元103、第二電流鏡單元203,用于按比例復(fù)制來(lái)自第一電壓跟 隨器101、第二電壓跟隨器201的支路電流并產(chǎn)生第一、二輸出電流，第一、第二輸出電流合 并后形成電路輸出電流。
[0037] 參照?qǐng)D2,是傳統(tǒng)的FVF結(jié)構(gòu)原理圖，通過(guò)M2的電流被偏置為I。，因此M2的柵源 極電壓差|\ S2|也是固定的，\到V。的小信號(hào)增益是1，并且獨(dú)立于輸出電流，它們的關(guān)系 如式⑴所示：
[0038] H+IVj (1)
[0039] 電路在M2管的漏極和Ml管的柵極存在負(fù)反饋，能根據(jù)輸出電流的變化來(lái)調(diào)節(jié) Ves2，電路的輸出電阻r。?非常小，為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，其特征在于，該電路包括： 第一電壓跟隨器（101)，用于接收輸入電壓Vinl并緩沖； 第二電壓跟隨器（201)，用于接收輸入電壓Vin2并緩沖； 第一 V-I轉(zhuǎn)換電阻單元（102 )，包括電阻R1，將電壓轉(zhuǎn)換成電流； 第二V-I轉(zhuǎn)換電阻單元（202)，包括電阻R2，將電壓轉(zhuǎn)換成電流； 第一電流鏡單元（103)，用于按比例復(fù)制來(lái)自第一電壓跟隨器（101)的支路電流，產(chǎn)生 第一輸出電流； 第二電流鏡單元（203)，用于按比例復(fù)制來(lái)自第二電壓跟隨器（201)的支路電流，產(chǎn)生 第二輸出電流； 第一、第二輸出電流合并后形成電路輸出電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，其特征在于，第一電壓跟隨器（101)包 括第一折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨器，所述第一折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨器包括電流源10、 PMOS管M3、M5和NMOS管M7,輸入電壓Vinl接M3的柵極，M3的源極接M5的源極，M3的漏 極通過(guò)電流源10接地，M3的漏極接M7的柵極，M5的柵極接M5的漏極，M5的漏極接M7的 漏極，M7的接地； 第二電壓跟隨器（201)包括第二折疊式FVF結(jié)構(gòu)電壓跟隨器；所述第二折疊式FVF結(jié) 構(gòu)電壓跟隨器包括電流源I0、PM0S管M4、M6和NMOS管M8,輸入電壓Vinl接M4的柵極，M4 的源極接M6的源極，M4的漏極通過(guò)電流源10接地，M4的漏極接M8的柵極，M6的柵極接M6 的漏極，M6的漏極接M8的漏極，M8的接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，其特征在于，所述第一電壓跟隨器 (101) 還包括第一源極跟隨器，所述第一源極跟隨器包括電流源II和PMOS管Ml ;輸入電壓 Vinl接Ml的柵極，Ml的源極接M3的柵極，Ml的漏極接地；電源電壓通過(guò)電流源II接Ml 的源極； 所述第二電壓跟隨器（201)還包括第二源極跟隨器，所述第二源極跟隨器包括電流源 II和PMOS管M2 ;輸入電壓Vinl接M2的柵極，M2的源極接M4的柵極，M2的漏極接地；電 源電壓通過(guò)電流源II接M2的源極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，其特征在于，第一 V-I轉(zhuǎn)換電阻單元 (102) 中電阻R1 -端接第一電壓跟隨器（101)中M3的源極，另一端接電源電壓，將電壓轉(zhuǎn) 換成電流；第二V-I轉(zhuǎn)換電阻單元（202)中電阻R2 -端接第二電壓跟隨器（201)中M4的 源極，另一端接電源電壓，將電壓轉(zhuǎn)換成電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，其特征在于， 所述第一電流鏡單元（103)包括NMOS管Ml3、Ml5,組成NMOS共源共柵電流鏡，按比例 復(fù)制第一電壓跟隨器（101)中M7管的電流，作為第一輸出電流； 所述第二電流鏡單元（203)包括 NMOS 管 M13、M15, PMOS 管 M9、M10、M11、M12, M13、M15 組成NMOS, M9、MIO、Mil、M12組成PMOS共源共柵電流鏡，用于按比例復(fù)制第二電壓跟隨器 (201)中M8管的電流，作為第二輸出電流。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種差分電壓轉(zhuǎn)電流電路，該電路包括：第一電壓跟隨器，用于接收輸入電壓Vin1并緩沖；第二電壓跟隨器，用于接收輸入電壓Vin2并緩沖；第一V-I轉(zhuǎn)換電阻單元，包括電阻R1，將電壓轉(zhuǎn)換成電流；第二V-I轉(zhuǎn)換電阻單元，包括電阻R2，將電壓轉(zhuǎn)換成電流；第一電流鏡單元，用于按比例復(fù)制來(lái)自第一電壓跟隨器的支路電流，產(chǎn)生第一輸出電流；第二電流鏡單元，用于按比例復(fù)制來(lái)自第二電壓跟隨器的支路電流，產(chǎn)生第二輸出電流；第一、第二輸出電流合并后形成電路輸出電流。本發(fā)明采用電阻作為電壓電流轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，具有線性度高的特點(diǎn)，采用FVF結(jié)構(gòu)作為輸入級(jí)，能夠探測(cè)較小的差分電壓產(chǎn)生大的輸出電流，響應(yīng)速度快，精度高。
【IPC分類】G05F3-26
【公開號(hào)】CN104536510
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410660035
【發(fā)明人】曾衍瀚, 譚洪舟, 李毓鰲, 徐永鍵
【申請(qǐng)人】中山大學(xué), 廣州市花都區(qū)中山大學(xué)國(guó)光電子與通信研究院, 中山大學(xué)花都產(chǎn)業(yè)科技研究院
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月18日