[发明专利]具有良好匹配的开关电流镜

说明书

优先权

本申请要求于2010年9月30日提交的题为“Switched Current Mirror with Good Matching”的美国临时专利申请号No.61/388,326的优先权，通过引用方式将其公开的内容并入本文中。

背景技术

电流镜是已知电路，其设计用于通过控制一个有源器件(例如晶体管)中的电流来复制通过另一个有源器件的电流，以在不关乎负载的情况下保持输出电流恒定。相比于输入电流，输出电流可以施加到不同的节点，并且具有由使用的输入和输出晶体管的比来设置的(相对于参考电流的)电流比。

晶体管的尺寸比以及因此的电流比，可以通过并联连接多个输出晶体管来改变。通过添加与并联连接的输出晶体管串联的开关，在任何给定时刻的电流镜中激活的输出晶体管的数量可以通过对开关进行控制来改变，并且电流比可以这种方式而被动态地控制。当开关由数字信号控制时，模拟输出电流可被数字地控制，表现得像数字到模拟转换器(DAC)。

图1描绘了其中有源器件是NMOS晶体管M₁和M₂的电流镜。由于R₁，电流I₁流过参考晶体管M₁，引起栅极-源极电压V_gs1。输出NMOS晶体管M2的栅极-源极电压V_gs2是相同的(V_gs1＝V_gs2)，以在当用作开关的晶体管M₄处于导通状态时导致了电流I₂。这在当开关S₁处于上部位置时发生，以将高电压加在M₄的栅极上。与参考晶体管M₁串联的晶体管M₃也用作开关，其始终是“接通”，这是因为其栅极端被绑定为高。当开关S₁处于下部位置时，开关M₄不导通，或是断开的，造成电流1₂转为零。因此，开关S₁控制电流I₂以与I₁成比例或为零。

当参考晶体管M₁和输出晶体管M₂具有相等布局，并且开关晶体管M₃和M₄也相同(实际上，M₃只针对这种路径匹配而存在，因为它始终处于“接通”状态)，并且当然地R₁＝R₂时，电流I₁和I₂是几乎相等的。在这种情况下，如果S₁切换以将脉冲串施加在具有50％占空比的M4的栅极上，则电流比I₂/I₁是二分之一(1/2)。施加到M₄的栅极的开关信号的频率和脉冲宽度将影响该电流比。开关速度和脉冲宽度受产品结温度和产品工艺扩散影响，这导致关于输出电流I₂的不可接受的大的扩散。这种扩散的一些可由反馈系统进行补偿。然而，测量高频开关信号具有有限的准确度，从而限制这种反馈系统的性能。

发明内容

通过将开关信号施加到与电流镜的参考电路和输出电路二者中的晶体管串联的接地通路开关，电流镜电路展现出改进的电流匹配。开关信号可以包括可以被调相的高频信号例如射频(RF)载波。通过由解码的数字调制数据使施加到每个对应的串联连接的接地通路开关的开关信号符合要求，可以选择性地使能多个匹配的、并联连接的输出晶体管。在一个实施例中，调制数据被解码为温度码(thermometer-coded)表示。在一个实施例中，开关信号通路基本上与参考和输出电路相同。

一个实施例涉及高频调制电流镜电路。该电路包括在输出功率控制器与到信号地的开关通路之间的二极管连接的参考晶体管。该电路还包括在公共负载与到信号地的独立开关通路之间的并联连接的多个输出晶体管，其中输出晶体管的栅极都连接到该参考晶体管的栅极。该电路还包括：用作接收高频信号的高频输入，以及用作接收和解码数字调制码的数字解码器。多个逻辑功能与多个输出晶体管关联。每个逻辑功能用作接收高频信号和解码的调制码的位。每个逻辑功能的输出用作控制输出晶体管的相应的接地通路开关。