[发明专利]电压－电流转换器

说明书

技术领域

本发明是有关电压-电流转换器，该转换电路有一个包含两个晶体管的第一电流镜，这两个晶体管设计为在同等驱动条件下通过第一晶体管的电流大于通过第二晶体管的电流，通过第二晶体管的电流按预先确定的系数构成了电压-电流转换器的输出电流。

背景技术

众所周知，在现有技术中，电压-电流转换器用于将输入电压转换为与之成比例的输出电流。例如，在锁相环(也可以简写为PLL)中的压控振荡器(也可以简写为VCO)中必须有电压-电流转换器。

文中开始提到的电压-电流转换器的现有技术如图2所示。它包含一个电流镜10，此电流镜含有两个常关(normally-off)的N沟道MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor的缩写，意为金属氧化物半导体场效应晶体管)12和MOSFET14。电流镜10通过串联电阻16进行设计，该电阻与第一晶体管12的漏极串联并连接到输入电压U_B，因此确定了第一晶体管12的漏电流I₁₂，这个漏电流构成了电流镜10的输入电流I_E。

晶体管12和14的栅极连接在一起，并连接到了第一晶体管12的漏极，这样晶体管12和晶体管14的驱动条件相同。第一晶体管12的源极接地。第二晶体管14的源极接地，电压一电流转换器的输出电流I_A得自于其漏极。

SEIFART，MANFRED，Analoge Schaltungen-5.Auflage(模拟电路-第五版)，Verlag Technik有限公司，柏林，1996，DE(ISBN 3-341-01175-7)一书中的图6.21揭示了电流镜10的原理。该图所示的基于现有技术的电压-电流转换器在图2中已经得到了更改，输入电压U_E代替了电源电压U_DD连接到串联电阻16上。因此，输入电压U_E与输入电流I_B成比例关系，比值取决于串联电阻16的电阻值。

由于晶体管12和晶体管14在饱和区工作，所以它们的漏电流I₁₂和I₁₄间存在比例关系。只要晶体管12和晶体管14的其他参数(例如，沟道中电荷载体的表面迁移率μ₀、单位表面积的栅极电容C_0x和阈值电压U_T)都相等，那么这个比值可以方便地通过选择晶体管12和晶体管14的几何尺寸来设置。这种情况下，下面的等式适用于两个漏电流I₁₂和I₁₄：

               I₁₄/I₁₂＝β₁₄/β₁₂，其中β＝W/L是晶体管的几何尺寸沟道宽度W和沟道长度L的商。

如果第一晶体管12和第二晶体管14在芯片上的几何尺寸布局可以使等式β₁₂＝10·β₁₄成立，例如，第一晶体管12的沟道设计为与第二晶体管14的沟道长度相同，但宽度为其10倍，那么即可相应地得到如下关系：I₁₂＝10·I₁₄。

则在这种情况下，根据前面所述的输入电压U_B和输入电流I_E≡I₁₂之间的比例关系，第二晶体管14的漏电流I₁₄(在该技术中构成电压-电流转换器的输出电流I_A)与输入电压U_E呈比例关系。

由于在所述的锁相环的应用中输入电压U_B通常在2至5伏间，而需要的输出电流强度I_A在几毫微安的范围内，因此串联电阻16的电阻值必须在几兆欧的范围内。但是，一个很大的缺点就是这个级别的电阻值需要的集成电路面积很大，因为集成电路的成本主要决定于需要的面积。

发明内容

本发明的目的就是提供一个需要较小面积的电压-电流转换器。