DE69633886T2

DE69633886T2 - Spannung-Strom-Umsetzer

Info

Publication number: DE69633886T2
Application number: DE69633886T
Authority: DE
Inventors: Myung-Jun Puchon-si Choe; Byeong-Whee Puchon-si Yun
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1996-01-02
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2016-01-03
Also published as: DE740243T1; EP0740243A3; JP3940964B2; KR0134661B1; US5629614A; JPH08307165A; EP0740243A2; DE69633886D1; KR960039603A; EP0740243B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Spannungs-Strom-Wandler, der es ermöglicht, eine Umwandlung einer Spannung in einen Strom durch die Größe eines Transistors zu steuern, und zwar unabhängig von einer Versorgungsspannung, einer Eingangsspannung, sowie Fabrikationsbedingungen eines Transistors.
1 der beiliegenden Zeichnungen ist ein detaillierter Schaltplan einer Schaltung, die einen herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandler aufweist, welcher als eine Konstantstromquelle verwendet wird, indem eine Konstantstromquelle vorgesehen und eine Konstantspannungsquelle an einem Eingangsspannungsanschluss V_IN dieser Schaltung vorgesehen ist; der Konverter ist aber auch in verschiedenen Schaltungen nützlich, wenn eine analoge Schaltung für eine integrierte Schaltung verwendet wird. Eine derartige Schaltung wurde in einem „RAM 100" – Chip eingesetzt, der durch Samsung Electronics Co., Ltd zur Verwendung innerhalb ihrer Videografik-Adapterkarte der Modellnummern K50476 und K50478 hergestellt wurde.
Wie in 1 gezeigt umfasst der herkömmliche Spannungs-Strom-Wandler einen Operationsverstärker 10, um an einem nicht invertierenden Anschluss eine Konstantspannungsquelle V_IN aufzunehmen und um die Spannung zu verstärken; sowie eine Konstantstromquellen-Erzeugungsschaltung 20 zum Aufnehmen einer Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 10 als eine Eingabe und zum Umwandeln der eingegebenen Spannung in einen konstanten Strom I_OUT.
Die Konstantsstromquellen-Erzeugungsschaltung 20 umfasst eine Wandlerschaltung 21 zur Aufnahme der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 10 als eine Eingabe und zum Umwandeln der eingegebenen Spannung in einen Strom; einen Stromspiegel 22 zur Aufnahme der Ausgangsspannung der Wandlerschaltung 21 und zum es den Transistoren M2 und M3 zu ermöglichen Strom gleichen Werts durchzulassen; und
einen Ausgangsstromspiegel 23 zum Voreinstellen der Spannung eines Drain-Anschlusses des Transistors M3 auf einen festgelegten Wert, um den aus dem Stromspiegel 22 austretenden Strom konstant zu halten.
Die Wandlerschaltung 21 umfasst einen n-Kanal-Transistor M1, dessen Drain-Anschluss mit einem Drain-Anschluss a des Transistors M2 des Stromspiegels 22 verbunden ist, und dessen Gate- und Source-Anschlüsse jeweils mit einem Ausgangsanschluss b und einem invertierenden Anschluss (–) des Operationsverstärkers 10 verbunden sind; sowie einen Widerstand R1 zum Verbinden eines Source-Anschlusses des Transistors M1 mit einem Masse-Anschluss V_SS.
Der Stromspiegel 22 umfasst p-Kanal-Transistoren M2 und M3 zum Aufbringen einer Versorgungsspannung V_dd auf einen gemeinsamen Source-Anschluss, die einen gemeinsamen Gate-Anschluss haben, wobei der gemeinsame Gate-Anschluss mit dem Drain-Anschluss a des Transistors M2 verbunden ist; und einen p-Kanal-Transistor M4 zum Verbinden des Source-Anschlusses mit einem Drain-Anschluss c des Transistors M3 und eines Gate-Anschlusses mit einem Gate-Anschluss b des Transistors M1 der Wandlerschaltung 21.
Der Ausgangsstromspiegel 23 umfasst einen n-Kanal-Transistor M5 mit einem Drain-Anschluss, der mit dem Drain-Anschluss des Transistors M4 des Stromspiegels 22 verbunden ist, wobei ein Drain-Anschluss und ein Gate-Anschluss verbunden sind, und ein Source-Anschluss mit einem Masse-Anschluss V_SS; sowie einen n-Kanal-Transistor M6 zum Verbinden eines Drain-Anschlusses mit einem Ausgangsanschluss I_OUT der Konstantstromquelle, wobei ein Gate-Anschlusses mit dem Gate-Anschluss des Transistors M5 verbunden ist, und ein Source-Anschluss mit dem Masse-Anschluss V_SS.
Eine Umwandlungsgleichung die durch den oben stehend genannten herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandler erreicht werden kann, lautet wie folgt: IOUT = K × (VIN/R1) (1)
Durch den Operationsverstärker 10 des in 1 gezeigten herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandlers hat der Widerstand R1 der Wandler-Schaltung 21 die Eingangsspannung V_IN. Durch diese Spannung V_IN beträgt der Stromwert des n-Kanal-Transistors M1 V_IN/R1, der auch zum p-Kanal-Transistor M3 des Stromspiegels 22 fließt.
Eine Gleichung, die die Drain-Spannung eines MOSFETs zeigt, lautet wie folgt: iD = K(VGS – VT)2(1 + λVDS) (2)
Wobei i_D die Drain-Spannung des MOSFETs ist;
V_GS die Gate-Zu-Source-Spannung des MOSFETs;
V_DS die Drain-Zu-Source-Spannung des MOSFETSs;
V_T die Schwellwert-Spannung des MOSFETs;
K eine proportionale Konstante, die von der Größe des MOSFETs abhängt;
und λ eine proportionale Konstante die sowohl von der Größe des MOSFETs als auch vom elektrischen Potential des Substrats des MOSFETs, nämlich ein Kanallängen-Modulationsfaktor.
In der Konstantstromquellen-Erzeugungsschaltung 20 ermöglicht es der Stromspiegel 22 den Transistoren M2 und M3, jeweils eine Spannung gleichen Werts abzugeben, indem gemeinsame Gate- und Source-Anschlüsse vorgesehen sind. Gemäß der Gleichung (2) bestimmt der Stromspiegel 22 den Strom beider Transistoren durch die Gate-Zu-Source-Spannung V_GS und die Drain-Zu-Source-Spannung V_DS.
Um den gleichen Strom für die beiden Transistoren aufrechtzuerhalten sollte dementsprechend die gleiche Spannung für die Gate-Zu-Source-Spannung V_GS und die Drain-Zu-Source-Spannung V_DS. aufrechterhalten werden. Zudem wird, wie in Gleichung (2) gezeigt, dass Stromverhältnis der beiden Transistoren des Stromspiegels 22 durch die proportionale Konstante K bestimmt, die mit der Größe des MOSFETs zusammenhängt.
Bei dem Transistor M2 des Stromspiegels 22 ist der Gate-Anschluss mit dem Drain-Anschluss verbunden. Dementsprechend ist die Drain-Zu-Source-Spannung V_GS identisch mit der Drain-Zu-Source-Spannung V_DS. Ferner wird durch Bestimmen der Drain-Zu-Source-Spannung V_GS. bezüglich des Drain-Stroms i_D als konstant die auf den Anschluss a des Transistors M2 aufgebrachte Spannung durch den Drain-Strom i_D als ein konstanter Wert bestimmt.
Währenddessen sollte die Spannung des Drain-Anschlusses a des Transistors M2 gleich derjenigen des Drain-Anschlusses c des Transistors M3 sein, um das konstante Stromverhältnis der Transistoren M2 und M3 im Stromspiegel 22 aufrechtzuerhalten.
Zum oben stehend genannten Zweck hat der Transistor M4 des Stromspiegels 22 eine Funktion, die Spannung des Drain-Anschlusses c des Transistors M3 durch einen konstanten Wert voreinzustellen.
Zusätzlich wird der Gate-Anschluss b der Transistoren M1 und M4 der Konstantstromquellen-Erzeugungsschaltung 20 zum Aufbringen bzw. Anwenden einer Drain-Zu-Source-Spannung V_GS1 voreingestellt, die geeignet ist, den Drain-Strom i_D durch den Transistor M1 strömen zu lassen.
Dementsprechend haben die Gate-Anschlüsse der Transistoren M1 und M4 eine durch Addieren der Eingangsspannung V_IN und der Drain-Zu-Source-Spannung V_GS1 bestimmte Spannung.
Die auf den Drain-Anschluss des Transistors M3 des Stromspiegels 22 aufgebrachte Spannung wird zur Drain-Zu-Source-Spannung |V_GS4| des Transistors M4 am Anschluss b der Transistoren M1 und M4 hinzuaddiert. Die Spannung wird durch die folgende Gleichung (3) beschrieben: V(c) = VIN + VGS1 + |VGS4| (3)
Dabei ist V(c) das elektrische Potential der Verbindung c.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Gate-Zu-Source-Spannung V_GS1 des Transistors M1 größer als die Schwellwert-Spannung V_T1 des Transistors M1 und die Gate-Zu-Source-Spannung |V_GS4| des Transistors M4 größer als die Schwellwert-Spannung V_T4 des Transistors M4.
Durch den Betrieb des oben stehend beschriebenen herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandler halten die Transistoren M2 und M3 des Stromspiegels 22, wie in Gleichung (3) gezeigt, den gleichen Strom nicht kontinuierlich aufrecht, da die Verbindung c entsprechend der Eingangsspannung V_IN eine variierende Spannung aufweist. Dementsprechend hat in dem Fall, dass die Eingangsspannung V_IN variiert wird, der herkömmliche Spannungs-Strom-Wandler ein Problem, dass zur Erzeugung eines Fehlers in der Umwandlungsgleichung (1) führt.
2 ist der sich in einer Simulation ergebende Graph, der die Variation bzw. Schwankung des Ausgangsstroms I_OUT mit der Eingangsspannung V_IN des herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandlers aus 1 zeigt.
Wie in 2 gezeigt, hat das Ist-Ergebnis der Computersimulation einige Fehler, die in Kontrast zu einer Variationskennlinie der idealen Ausgangsspannung V_OUT bezogen auf die durch die Umwandlungsgleichung in Gleichung (1) berechnete Variation der Eingangsspannung V_IN stehen.
Wie weitläufig bekannt ist, kann, falls der herkömmliche Spannungs-Strom-Wandler als eine integrierte Schaltung ausgeführt ist, die Schwellwert-Spannung V_T des MOSFETs auch eine dem Typ des Chips entsprechende Abweichung zeigen. In diesem Fall kann das in der Gleichung (3) beschriebene elektrische Potential der Verbindung c sowohl entsprechend des Fabrikationsverfahrens des Typs als auch entsprechend der Versorgungsspannung V_DD empfindlich schwanken.
3 ist der sich in einer Simulation ergebende Graph, der die Variation des Ausgangsstroms I_OUT sowohl bezogen auf die Ausgangsspannung V_DD als auch auf die der Schwellwert-Spannung V_T des herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandlers zeigt.
In dem in 3 gezeigten Simulations-Graph zeigt die X-Achse die Versorgungsspannung V_DD, wobei jede auf dem Graph gedruckte Linie ein Ist-Ergebnis zeigt, wenn die Schwellwert-Spannung V_T um ein kleines Inkrement variiert wird.
Da die Eingangsspannung V_IN 1,2 V beträgt und der Widerstand R1 600 KΩ, beträgt der durch die Umwandlungsgleichung (1) berechnete ideale Ausgangsstrom I_OUT 200 μA. Die tatsächlichen Simulationsergebnisse haben verglichen mit dem oben stehend genannten idealen Strom I_OUT jedoch eine Anzahl von Fehlern.
DE-C1-43 29 867 offenbart ein System, welches eine Spannung an einem Verstärker aufnimmt und eine Ausgangsspannung von dem Verstärker in einen Strom umwandelt, wodurch ein Ausgangsstrom bereitgestellt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Spannungs-Strom-Wandler bereitzustellen, welcher es ermöglicht, die Umwandlung einer Spannung in einen Strom durch Berücksichtigen der Größe eines Transistors unabhängig von Versorgungsspannung, Eingangsspannung und Fabrikationsbedingungen eines Transistors zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Spannungs-Strom-Wandler vorgesehen, mit:
einem Operationsverstärker (10) mit einem nicht-invertierenden Anschluss, der eine Eingangsspannung von einer Konstantspannungsquelle aufnimmt, und eine verstärkte Spannung an einen Ausgangsanschluss liefert; einem Wandlermittel (31) zur Aufnahme der verstärkten Spannung und zum Wandeln dieser Spannungseingabe in einen Strom;
einem Stromspiegel (32) zur Aufnahme des Stroms von dem Wandlermittel als Eingabe, welcher einen ersten Transistor (M2) und einen zweiten Transistor (M3) umfasst;
einem Ausgangsstromspiegel (34) zum konstanten Aufrechterhalten bzw. Konstanthalten des Stromflusses von dem Stromspiegel, der das elektrische Potential des Drain-Anschlusses des zweiten in dem Stromspiegel verwendeten Transistors (M3) voreinstellt und eine konstante Spannung einem Konstantstromquellen-Ausgangsanschluss (I_OUT) des Ausgangsstromspiegels zuführt; gekennzeichnet durch ein Potential-Halte-Mittel (33) mit: p-Kanal-Transistoren (M7) und (M8) zur Aufnahme der Versorgungsspannung (V_DD) über einen gemeinsamen Source-Anschluss; p-Kanal-Transistoren (M9) und (M10), die einen gemeinsamen Gate-Anschluss haben und deren Source-Anschlüsse jeweils mit den Drain-Anschlüssen der Transistoren (M7) und (M8) verbunden sind; und n-Kanal-Transistoren (M11) und (M12), die einen gemeinsamen Gate-Anschluss haben und deren Drain-Anschlüsse mit den Drain-Anschlüssen der Transistoren (M9) und (M10) verbunden sind und deren Source-Anschlüsse mit Masse verbunden sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein detaillierter Schaltplan eines herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandlers;
2 ist ein aus einer Simulation resultierender Graph bzw. ein Diagramm, das die Variation des Ausgangsstroms I_OUT entsprechend der Eingangsspannung V_IN des herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandlers zeigt;
3 ist ein aus einer Simulation resultierendes Diagramm, das die Variation des Ausgangsstroms I_OUT sowohl gegenüber der Versorgungsspannung V_DD als auch der Schwellwert-Spannung V_T des herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandlers zeigt;
4 ist ein detaillierter Schaltplan eines Spannungs-Strom-Wandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein aus einer Simulation resultierendes Diagramm, das die Variation des Ausgangsstroms I_OUT entsprechend der Eingangsspannung V_IN der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
6 ist ein aus einer Simulation resultierender Graph, der die Variation des Ausgangsstroms I_OUT sowohl entsprechend der Versorgungsspannung V_DD als auch der Schwellwert-Spannung V_T der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und dem begleitenden Zeichnungen deutlich.
Wie in 4 gezeigt, weist der Spannungs-Strom-Wandler gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Operations- bzw. Rechenverstärker 10 zur Aufnahme einer Konstantspannungsquelle V_IN an einem nicht-invertierenden Anschluss und zum Verstärken der Spannung auf; sowie eine Konstantstromquellen-Erzeugungsschaltung 30 zur Aufnahme der Ausgangsspannung vom Operationsverstärker 10 und zum fehlerfreien Umwandeln der Eingangsspannung in einen Konstantstrom, und zwar unabhängig von der Versorgungsspannung und Fabrikationsbedingungen, die zur Fabrikation eines Transistors verwendet wurden.
Die Konstantstromquellen-Erzeugungsschaltung 30 umfasst eine Wandlerschaltung 31 zum Umwandeln der Eingangsspannung in Strom, nachdem die Ausgangsspannung vom Operationsverstärker 10 als Eingabe aufgenommen wurde; einen Stromspiegel 32 zur Aufnahme des Ausgangsstroms von der Wandlerschaltung 31 als Eingabe und zum es den Transistoren M2 und M3 ermöglichen, den gleichen Strom durchfließen zu lassen; eine Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33 zum Aufrechterhalten eines gleichen Werts für zwei elektrische Potentiale, die an die jeweiligen Drain-Anschlüsse der beiden Transistoren M2 und M3 angelegt sind, welche den Stromspiegel 32 bilden; und einen Ausgangsstromspiegel 34 zum Konstanthalten des Stromflusses vom Stromspiegel 32, der das elektrische Potential des Drain-Anschlusses des in dem Stromspiegel 32 verwendeten Transistors M3 auf einen festgelegten Wert voreinstellt und die konstante Spannung dem Konstantstromquellen-Ausgangsanschluss I_OUT zuführt bzw. zum Konstantstromquellen-Ausgangsanschluss I_OUT strömen lässt.
Die Wandlerschaltung 31 umfasst einen n-Kanal-Transistor M1, dessen Drain-Anschluss mit dem Drain-Anschluss d des Transistors M2 des Stromspiegel 32 verbunden ist, und dessen Gate- und Source-Anschlüsse jeweils mit einem Ausgangsanschluss h und einem invertierenden Anschluss (–) des Operationsverstärkers 10 verbunden sind; sowie einen Widerstand R1 zum Verbinden des Source-Anschlusses des Transistors M1 mit einem Masse-Anschluss V_SS.
Der Stromspiel 32 umfasst p-Kanal-Transistoren M2 und M3 zum Anlegen einer Versorgungsspannung V_DD an einen gemeinsamen Source-Anschluss, die einen gemeinsamen Gate-Anschluss haben, wobei der gemeinsame Gate-Anschluss mit dem Drain-Anschluss d des Transistors M2 verbunden ist; und einen p-Kanal-Transistor M4 zum Verbinden eines Source-Anschlusses von M4 von einem Drain-Anschluss f des Transistors M3 sowie eines Gate-Anschlusses von M4 mit einem Drain-Anschluss e des Trasistors M10 der Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33.
Die Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33 umfasst p-Kanal-Transistoren M7 und M8 zum Aufnehmen der Versorgungsspannung V_DD über einen gemeinsamen Source-Anschluss; p-Kanal-Transistoren M9 und M10, die einen gemeinsamen Gate-Anschluss aufweisen, zum Verbinden jedes Source-Anschlusses mit jedem Drain-Anschluss der Trasistoren M7 und M8; und n-Kanal-Transistoren M11 und M12 zum Verbinden mit jedem Drain-Anschluss von M11 und M12 von jedem Drain-Anschluss der Transistoren M9 und M10, die einen gemeinsamen Gate-An schluss aufweisen, wobei jeder Source-Anschluss von M11 und M12 mit einem Masse-Anschluss V_SS verbunden ist.
Der Gate-Anschluss des Transistors M7 ist mit dem Gate-Anschluss d des Transistors M2 des Stromspiegels 32 verbunden. Jeder Gate-Anschluss der Transistoren M8, M10 und M11 ist mit dem jeweiligen Drain-Anschluss von M8, M10 und M11 verbunden.
Der Ausgangsstromspiegel umfasst einen n-Kanal-Transistor M5 zum Verbinden eines Drain-Anschlusses von M5 mit dem Drain-Anschluss des Transistors M4 der Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33, des Drain-Anschlusses von M5 mit einem Gate-Anschluss, sowie eines Source-Anschlusses von M5 mit dem Masse-Anschluss V_SS; und einen n-Kanal-Transistor M6 zum Verbinden eines Drain-Anschlusses von M6 mit dem Ausgangsanschluss I_OUT der Konstantstromquelle, eines Gate-Anschlusses von M6 mit dem Gate-Anschluss des Transistors M5, sowie eines Source-Anschlusses von M6 mit dem Masse-Anschluss V_SS.
Der Spannungs-Strom-Wandler gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fügt eine Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33 zu einem herkömmlichen Spannungs-Strom-Wandler hinzu. Die Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33 erfüllt eine Funktion, die sowohl das elektrische Potential des Drain-Anschlusses f des Transistors M3 als auch dasjenige des Drain-Anschlusses d des Transistors M2 in den Transistoren M2 und M3 des Stromspiegels gleich hoch aufrechterhält. Dementsprechend ist der Strom des Transistors M3 des Spannungs-Strom-Wandlers nicht durch die Schwellwert-Spannung V_T, die Eingangsspannung V_IN oder die Versorgungsspannung V_DD beeinflusst.
Da der Ausgangsanschluss h des Operationsverstärkers 10 mit dem Gate-Anschluss des Transistors M1 verbunden ist und der invertierende Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers 10 mit dem Source-Anschluss, wird die Eingangsspannung V_IN des Operationsverstärkers 10 an dem den Source-Anschluss des Transistors M1 mit dem Masse-Anschluss V_SS verbindenden Widerstand R1 angelegt, wodurch ein Fluss eines V_IN/R1 entsprechenden Stroms ermöglicht wird.
Dementsprechend wird der in den Widerstand R1 fließende Strom über den Transistor M1 dem Transistor M2 des Stromspiegels 32 zugeführt, wobei der Gate-Anschluss d des Transistors M2 mit dem Drain-Anschluss von M2 verbunden ist und der Gate-Anschluss auf ein elektrisches Potential voreingestellt ist, das es erlaubt, einen Strom von V_IN/R1 fließen zu lassen.
Anschließend fließt ein Strom in die Transistoren M7, M9 und M11, der identisch mit dem in dem Transistor M2 des Stromspiegels 33 fließenden ist oder ein konstantes Verhältnis K1 hat. Der Transistor M7 der Elektrisches-Potential-Halte-Schaltung 33 ist mit dem Transistor M2 des Stromspiegels 32 unter Verwendung der gemeinsamen Gate- und Source-Anschlüsse verbunden und vom Stromspiegeltyp. Der Transistor M9 verbindet einen Source-Anschluss von M9 mit dem Drain-Anschluss von M7. Der Transistor M11 verbindet seine eigenen Gate- und Source-Anschlüsse mit dem Drain-Anschluss des Transistors M9 und einen Source-Anschluss mit dem Masse-Anschluss V_SS. Das Verhältnis K1 wird durch das Größenverhältnis der Transistoren M2 und M7 bestimmt.
Das heißt, dass im Fall, dass die Transistoren M2 und M7 die gleiche Größe haben, ihre Ströme ebenfalls den gleichen Wert haben, im Fall, dass der Transistor M7 halb so groß ist wie der Transistor M2, das der Transistor M7 verglichen mit Transistor M2 den halben Strom fließen lässt. Auf gleiche Weise fließt ein Strom in die Transistoren M12, M10 und M8, der identisch mit dem in den Transistor M11 fließenden ist oder ein konstantes Verhältnis K2 aufweist. Der Transistor M12 ist mit dem Transistor M11 der Schaltung zum Halten eines elektrischen Potentials 33 unter Verwendung der gemeinsamen Gate- und Source-Anschlüsse verbunden und vom Stromspiegeltyp. Der Transistor M10 verbindet seine eigenen Drain- und Gate-Anschlüsse mit dem Drain-Anschluss des Transistors M12. Der Transistor M8 verbindet seine eigenen Drain- und Gate-Anschlüsse mit dem Source-Anschluss des Transistors M10 und seinen eigenen Source-Anschluss mit der Versorgungs spannung V_DD. Das Verhältnis K2 wird durch das Größenverhältnis der Transistoren M11 und M12 bestimmt.
Das Größenverhältnis der Transistoren M11 und M12 sollte auch in den Transistorpaaren M7 und M8, M9 und M10 beibehalten werden. Das heißt, dass das Größenverhältnis der Transistoren M9 und M10 gleich bzw. identisch mit demjenigen der Transistorenpaare M7 und M9, M11 und M12 sein sollte.
Ein elektrisches Potential, welches gleich demjenigen des Gate-Anschlusses d des Transistors M2 ist, wird an dem Gate-Anschluss g des Transistors M8 voreingestellt. Ein elektrisches Potential, das einem durch Subtraktion der Gate-zu-Source-Spannung V_GS10 von dem oben stehend beschriebenen elektrischen Potential erhaltenen Wert entspricht, wird an dem Gate-Anschluss e des Transistors M10 angelegt.
Währenddessen bewirkt der Stromspiegel 32, das sowohl das an den Drain-Anschluss f des Transistors M3 angelegte elektrische Potential als auch das an dem Drain-Anschluss d des Transistors M2 angelegte elektrische Potential den gleichen Wert aufweisen. Dementsprechend wird in den Transistoren M2 und M3 ein Strom mit einem konstanten Verhältnis aufrechterhalten.
Wie oben stehend beschrieben, ist das an dem Drain-Anschluss g des Transistors M8 angelegte elektrische Potential identisch mit demjenigen an dem Drain-Anschluss e des Transistors M10. Der Gate-Anschluss e des Transistors M10 legt das dem durch Subtraktion des elektrischen Potentials |V_GS10| des Source-zu-Gate-Anschlusses des Transistors M10 von dem elektrischen Potential des Drain-Anschlusses g des Transistors M8 erhaltenen Wert entsprechende elektrische Potential an. Dementsprechend legt der Transistor M4, dessen Gate-Anschluss mit dem Gate-Anschluss e des Transistors M10 verbunden ist und dessen Source-Anschluss f mit dem Drain-Anschluss f des Transistors M3 verbunden ist, ein einem durch Subtraktion des elektrischen Potentials |V_GS4| des Source-zu-Gate-Anschlusses des Transistors M4 vom Gate-Anschluss e des Transistors M10 erhaltenen Wert entsprechendes elektrisches Potential über den Source-Anschluss f an. Daraus folgt, dass das an dem Drain-Anschluss f des Transistors M3 angelegte elektrische Potential identisch mit demjenigen an dem Drain-Anschluss d des Transistors M2 ist, wobei der Transistor M3 einen Strom mit einem konstanten Verhältnis verglichen mit dem Transistor M2 aufrechterhält.
Mit der oben stehenden Beschreibung in Verbindung stehende Ausdrücke werden weiter unten beschrieben. I(M2) = I(M2) = VIN/R1 (4) I(M7) = I(M9) = I(M11) = KM7/KM2 × I(M2) (5) I(M8) = I(M10) = I(M12) = KM12/KM11 × I(M11) (6)
Der Strom des Transistors M2 und der Strom des Transistors M8 werden in einem konstanten Verhältnis aufrechterhalten, wobei jeder der Transistoren M2 und M8 eine Diodenverbindung hat. Dementsprechend werden durch die oben stehenden Ausdrücke (5) und (6) die folgenden Gleichungen erhalten. VGSM2 = VGSM8 (7) .. V(g) = V(d) (8)
Daraus erhält man die folgenden Ausdrücke. V(e) = V(g) – |VGSM10| (9) V(f) = V(e) + |VGSM4| = V(g) – |VGSM10| – |VGSM4| = V(d) – |VGSM10| – |VGSM4| (10) .. I(M3) = (KM3/M12) × I(M2) = (KM13/KM12) × (VIN/R1) = K × VIN (11)
In der oben stehenden Gleichung (10) ist das elektrische Potential der Verbindung f identisch mit demjenigen der Verbindung d, da die Gate-zu-Source-Spannung V_GSM10 des Transistors 10 identisch mit der Gate-zu-Source-Spannung V_GSM4 des Transistors M4 ist. Infolgedessen wird das Stromverhältnis bezüglich der Transistoren M2 und M3 durch die Größe des Transistors bestimmt.
Wie in 5 und 6 gezeigt, ist, was den Spannungs-Strom-Wandler gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrifft, die Stromabweichung bzw. Variation entsprechend der Eingangsspannung V_IN gleich der durch die Umwandlungsgleichung (1) berechneten idealen Stromvariation bzw. -varianz. Ferner zeigen 5 und 6 eine Stromvariation ohne Fehler bezüglich der Versorgungsspannung V_DD und der Schwellwert-Spannung V_T.
Dementsprechend ermöglicht es der Spannungs-Strom-Wandler gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Umwandlung einer Spannung in einen Strom durch Berücksichtigung der Größe eines Transistors unabhängig von einer Versorgungsspannung, einer Eingangsspannung und sowie Fabrikationsbedingungen eines Transistors zu steuern.

Claims

Spannungs-Strom-Wandler mit: einem Verstärkermittel (10) zur Aufnahme einer konstanten Spannung von einer Konstantspannungsquelle an einem nicht-invertierenden Anschluß als einer Eingangsspannung und zum Verstärken der Eingangsspannung, wobei eine verstärkte Spannung als Ausgangsspannung vorgesehen ist; einem Wandlermittel (31) zur Aufnahme der Ausgangsspannung von dem Verstärkermittel und zum Wandeln der Ausgangsspannung in einen Strom, wobei ein Ausgangsstrom vorgesehen ist; einem Stromspiegel (32) zur Aufnahme des Ausgangsstroms von dem Wandlermittel als Eingang und zum Ansteuern zweier Transistoren (M2, M3) des Stromspiegels für das Fließen von Strom von jeweils ähnlichem Wert; einem Potential-Halte-Mittel (33) zum Aufrechterhalten von zwei an den jeweiligen Drain-Anschlüssen der zwei Transistoren anliegenden elektrischen Potentialen gleichen Wertes; und einem Ausgangsstromspiegel (34) zum konstanten Aufrechterhalten des Stromflusses von dem Stromspiegel, der das elektrische Potential des Drain-Anschlusses eines ersten Transistors der zwei in dem Stromspiegel verwendeten Transistoren mit einem vorbestimmten Wert vorspannt und eine konstante Spannung einem Konstantstromquellen-Ausgangsanschluß (I_OUT) des Ausgangsstromspiegels zuführt.
Spannungs-Strom-Wandler nach Anspruch 1, wobei das Potential-Halte-Mittel umfaßt: einen ersten Transistor (M7) zur Aufnahme einer Versorgungsspannung über einen Source-Anschluß des ersten Transistors und zum Verbinden eines gemeinsamen Gate-Anschlusses des ersten Transistors mit einem zweiten Transistor der zwei Transistoren des Stromspiegels; einen zweiten Transistor (M9) zum Verbinden eines Source-Anschlusses des zweiten Transistors mit einem Drain-Anschluß des ersten Transistors; einen dritten Transistor (M11) zum Verbinden von einem Drain-Anschluß und einem Gate-Anschluß des dritten Transistors mit einem Drain-Anschluß des zweiten Transistors und zum Verbinden eines Source-Anschlusses des dritten Transistors an einen Masse-Anschluß; einen vierten Transistor (M8) zum Verbinden eines Source-Anschlusses des vierten Transistors mit einem Source-Anschluß des ersten Transistors; einen fünften Transistor (M10) zum Verbinden eines Source-Anschlusses des fünften Transistors mit den Gate- und Drain-Anschlüssen des vierten Transistors und zum Verbinden der Gate- und Drain-Anschlüsse des fünften Transistors mit einem Gate-Anschluß des zweiten Transistors; und einen sechsten Transistor (M12) zum Verbinden eines Drain-Anschluß des sechsten Transistors mit einem Drain-Anschluß des fünften Transistors, zum Verbinden eines Gate-Anschluß des sechsten Transistors mit einem Gate-Anschluß des dritten Transistors und zum Verbinden eines Source-Anschluß des sechsten Transistors an einen Masse-Anschluß.