[发明专利]一种基于差分运放控制的电流镜电路

说明书

本发明适于电子电路技术改进领域，提供一种基于差分运放控制的电流镜电路；包括镜像电流源单元；镜像电流源单元包含基础电流源对管和cascode对管；差分运放的输入端连接基本电流源对管的漏极，差分运放的输出端分别连接cascode对管的栅极；跟踪单元的输入端及镜像电流源单元的输入端、栅端连接参考电流输入点，跟踪单元的输出端连接差分运放的共模输入端。采用差分运放控制双cascode管镜像电流镜电路，当输入电流Iref发生变化时，镜像MOS对管的Vds、运放的输出端只有较小变化幅度，从而实现输入参考电流在大动态范围变化时镜像电路仍保持高精度镜像比例，提高电路对较低电源电压的适用性，降低电流镜对管所需面积。

技术领域

本发明属于电子电路技术改进领域，尤其涉及一种基于差分运放控制的电流镜电路。

背景技术

植入式神经电刺激是通过输出电信号刺激不同的神经靶点，以恢复人体机能正常运作的新兴电子医疗方法。这种方法已被证实对包括帕金森氏症、癫痫、视网膜感光细胞凋亡失明等疾病具有确切的疗效。神经电刺激的输出电信号分为电压或电流两种方式。电流型电刺激有2个特征：1、输出电流幅度可调，便于模拟压强、光照、力度等物理量；2、输出负载变化范围较大，原因是不同的接触方式、不同的生理组织以及个体差异导致阻抗不同。

产生确定数值输出电流的电路通常采用电流镜实现。传统电流镜的一种实现结构由两个尺寸成比例的NMOS组成，它们的源极共同连接到地，栅极连接在一起，输入NMOS的漏、栅极短接作为参考电流输入极，参考电流产生的栅源电压使得输出NMOS的漏极产生等比例的输出电流。传统电流镜结构存在两个应用局限，一是当负载电阻变化较大时其输出电流的镜像比例精度差，二是输入参考电流数值变化时其输出电流的镜像比例精度差。这些局限产生的原因来自于其简单的电路结构，该结构的问题一是等效输出电阻较小，二是镜像MOS对管的Vds不一致，如图1所示。

为解决上述问题，一项美国专利（US7622993B2）提出一种使用单端运放结合输出cascode管的电路，见图2所示。

已有技术在输出支路增加了一个cascode管M3，并且使用单端运算放大器控制cascode管M3的栅极，形成负反馈结构，增大了等效输出电阻，并且使镜像MOS对管的Vds一致性变好。

已有技术的输入支路使用PMOS管M4做输入管，M4的栅极接地，M4的源极连输入电流及镜像输入管NMOS管M1的栅极，M4的漏极和M1的漏极相连。输入支路分压点电压VX3由NMOS管M1和PMOS管M4的Vds比值构成，因为NMOS管和PMOS管的阈值电压、沟道长度调制系数、跨导系数都不同，而NMOS管M1和PMOS管M4两管的栅源电压Vgs、源漏电流Ids相同，当输入电流Iref发生变化时，分压点电压VX3会随之变化。VX3的变化会引起输出通路的单端运放的输出端较大幅度变化，以保证输出通路cascode管的稳定工作。

已有技术存在电流镜所需芯片面积较大问题。由于使用单端运放结合单个输出cascode管的电路，在输入支路采用PMOS管，因为要对PMOS、NMOS管进行隔离布局，所以与全部使用同类MOS管的结构相比存在芯片面积较大的问题。

已有技术存在内部节点变化幅度大，不适用于低电源电压（如1.8V）问题。当输入电流Iref发生变化时，镜像MOS对管M1与M2的Vds、单端运放的输出端都会大幅度变化。当输入参考电流变化动态范围较大或电源电压较低时，单端运放的输出端摆幅范围有限，当上述单端运放输出端的大幅度变化被电源电压限制而达不到应有值时，其输出电流的镜像比例精度就变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于差分运放控制的电流镜电路，旨在解决使用单端运放结合单个输出cascode管的电路，存在输入和输出两条镜像支路不对称问题、存在电流镜所需芯片面积较大问题以及输入支路分压点电压VY3不稳定的技术问题。