[发明专利]一种具有栅极漏电补偿的电流镜电路

说明书

技术领域

本发明属于半导体和集成电路技术领域，具体涉及集成电路中的一种电流镜电路。

背景技术

随着半导体工艺进入超深亚微米（UDSM）时代，CMOS（互补金属氧化物半导体）电路的电源电压越来越低，从1.2V到1V不等。MOS（金属氧化物半导体）管的栅氧化层仅大约2nm至3nm，也就是说只有几个原子的厚度。如此低的电源电源电压，如此薄的栅氧化层，给CMOS集成电路设计带来严峻的挑战。

电流镜电路在集成电路中以一定的比例产生正比于输入参考电流的输出电流。最简单的电流镜电路由两个MOS管组成，其中一个MOS管作为输入参考电流支路，另一个MOS管作为镜像电流输出支路。略微复杂的电流镜电路，其输入参考电流支路由两个、或者三个、甚至更多的MOS管构成一个共源共栅电路（CASCODE）。这种情况下，镜像电流输出支路也采用同样的共源共栅电路。在较陈旧的半导体工艺中，由于电源电压较高，栅氧化层较厚，这些传统的电流镜电路一般可以获得良好的性能。

在超深亚微米时代，栅氧化层厚度降低带来的直接后果就是栅氧化层的漏电大大增加。于是电流镜电路的输入参考电流的一部分流经所述第一个MOS管MP1和第二个MOS管MP2的栅极，而没有全部进入MOS管的漏极，于是破坏了电流镜电路的镜像比例。通常在这种情况下，电流镜电路的镜像比例小于预期。

在传统的电流镜电路中（如图1所示），有一种技术可以减小上述镜像比例的误差。在电流镜的输入端和所述第一个MOS管MP1、第二个MOS管MP2的栅极之间连接一个源级跟随器。源级跟随器由一个与第一个、第二个MOS管同类型的MOS管MP5构成。这个MOS管MP5的栅极（源级跟随器的输入）连接电流镜电路的输入端，这个MOS管MP5的源级（源级跟随器的输出）连接所述第一个MOS管MP1、第二个MOS管MP2的栅极。所述第一个MOS管MP1和第二个MOS管MP2的栅极漏电流来自源级跟随器的输出，而非参考电流的一部分。这样就消除了上述镜像比例的误差。但是使用源级跟随器的技术，在电流镜电路的输入端和所述第一个MOS管MP1、第二个MOS管MP2的栅极之间存在一个栅源电压（V_GS）。于是从电流镜输入端到电源（或者从电流镜输入端到地）存在至少两个栅源电压。在超深亚微米集成电路设计中，这严重限制了从电源到地之间可以叠加使用的MOS管数量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有栅极漏电补偿的电流镜电路，使得从电源到地之间叠加使用的MOS管数量更多。

本发明提供具有栅极漏电补偿的电流镜电路，由参考电流输入级和镜像电流输出级，以及一个运算放大器210构成。运算放大器210具有正负两个输入端和一个输出端。从参考电流输入级输入参考电流，而运算放大器210的正输入端连接在参考电流输入级的输入端。运算放大器210的输出端和负输入端连接，构成单位增益放大器，也就是闭环增益为一。运算放大器210的输出端也连接参考电流输入级和镜像电流输出级的公共节点，即第一个MOS管MP1和第二个MOS管MP2的栅极。于是运算放大器的输出电流可以补偿MOS管栅极的漏电，使得参考电流输入级和镜像电流输出级之间保持正确的电流镜像比例，且与栅极漏电无关。进一步，参考电流输入端的电压等于第一个MOS管MP1和第二个MOS管MP2栅极的电压，本发明不仅补偿栅极漏电，使得电流镜像比例与栅极漏电无关，而且与传统技术相比减少了一个栅源电压。

本发明中，所述具有栅极漏电补偿的电流镜电路，参考电流输入级和镜像电流输出级为同类型的MOS管，即同为PMOS管，或同为NMOS管。

本发明中，所述具有栅极漏电补偿的电流镜电路，参考电流输入级由第一个MOS管MP1组成，镜像电流输出级由第二个MOS管MP2组成。如果所述第一个MOS管MP1和第二个MOS管MP2为PMOS管，那么其源极连接到电源；如果所述第一个MOS管MP1和第二个MOS管MP2为NMOS管，那么其源级连接到地。

本发明中，所述具有栅极漏电补偿的电流镜电路，参考电流输入级中所述第一个MOS管MP1的漏极连接第三个MOS管MP3的源级，镜像电流输出级中所述第二个MOS管MP2的漏极连接第四个MOS管MP4的源级，所述第三个MOS管MP3和第四个MOS管MP4的栅极均连接在第一个公共的偏置电压节点，也就是说参考电流输入级和镜像电流输出级分别由共源共栅电路组成。依此类推，参考电流输入级和镜像电流输出级可以分别由叠加更多MOS管的共源共栅电路组成。