專(zhuān)利名稱(chēng)：電流鏡和電流抵消電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路，更特定來(lái)說(shuō)，涉及電流鏡和電流抵消電路。
背景技術(shù)：
電流抵消技術(shù)可用于抵消電路的ー個(gè)或ー個(gè)以上節(jié)點(diǎn)處的電流。舉例來(lái)說(shuō)，電流抵消技術(shù)可用于抵消使電流傳感器裝置中的信號(hào)降級(jí)的泄漏電流。在特定實(shí)例中，電流抵消技術(shù)可用于光學(xué)傳感器中。采用光電傳感器ニ極管的光學(xué)傳感器用于電子裝置中以檢測(cè)環(huán)境光條件。然而，此類(lèi)光學(xué)傳感器的分辨率可受到泄漏電流的限制，最值得注意的是由光電傳感器ニ極管產(chǎn)生的暗電流。暗電流是由光電傳感器ニ極管在光電傳感器ニ極管暴露于 完全黑暗(即，暴露于無(wú)光狀態(tài))時(shí)產(chǎn)生的電流。光電傳感器ニ極管產(chǎn)生的暗電流的量隨著ニ極管的エ藝變化、ニ極管的面積、ニ極管的溫度、ニ極管的結(jié)深度等等而變化。然而，在室溫下，典型光學(xué)傳感器中產(chǎn)生的暗電流的量可在一(I)微微安培(PA)到一百(IOO)PA的范圍內(nèi)。如圖I中所說(shuō)明，電流IPDl可經(jīng)鏡射以消減或抵消第二節(jié)點(diǎn)處的電流的不想要的部分(例如，電流IPD2中的暗電流)。舉例來(lái)說(shuō)，如果晶體管Ml與M2準(zhǔn)確地匹配，那么晶體管Ml將電流IPDl的確切值鏡射到晶體管M2，這樣抵消第二節(jié)點(diǎn)處的電流ΙΗ)2(例如，由等式[IPD2-ITO1]界定第二節(jié)點(diǎn)處的電流)。然而，歸因于晶體管Ml與M2的失配，電流IPDl不能準(zhǔn)確地鏡射到晶體管M2，這不允許在第二節(jié)點(diǎn)處發(fā)生準(zhǔn)確的消減。

發(fā)明內(nèi)容
描述準(zhǔn)確地鏡射電流并消減電流的技術(shù)。在ー個(gè)或ー個(gè)以上實(shí)施方案中，ー種電路包含第一電流源，其耦合到第一節(jié)點(diǎn)以提供第一電流源電流IPDl ;以及電流鏡，其經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)Tl耦合到第一節(jié)點(diǎn)以提供電流鏡參考電流IREFl。第一開(kāi)關(guān)Tl經(jīng)配置以具有斷開(kāi)配置和閉合配置。在閉合配置中，電流鏡參考電流IREFl從電流鏡流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)中。在斷開(kāi)配置中，無(wú)電流從電流鏡流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)中。Σ Δ調(diào)制器(sigma deltamodulator)經(jīng)配置以控制開(kāi)關(guān)Tl的開(kāi)關(guān)配置(例如，斷開(kāi)配置、閉合配置)使得在ー時(shí)間周期內(nèi)從電流鏡流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)中的平均電流至少近似等于流出第一節(jié)點(diǎn)的第一電流源電流IPD1。Σ Δ調(diào)制器產(chǎn)生經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出以控制開(kāi)關(guān)T2，從而允許第二電流鏡參考電流IREF2進(jìn)入第二節(jié)點(diǎn)中，因此在ー時(shí)間周期(例如，時(shí)鐘循環(huán))內(nèi)消減第二節(jié)點(diǎn)處的第二電流源電流IPD2的一部分。在一實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)谝浑娏麋R參考電流IREFl等于第二電流鏡參考電流IREF2時(shí)，第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流為第一電流源電流IPDl與第二電流源電流IPD2的差。電流鏡參考電流IREFl和IREF2可利用動(dòng)態(tài)元件匹配來(lái)匹配，使得每個(gè)時(shí)鐘循環(huán)互換IREFl與IREF2。在一實(shí)施方案中，IREF2可為IREFl的倍數(shù)且可用作電流鏡以提供另ー節(jié)點(diǎn)處的電流。所述技術(shù)適于在光學(xué)傳感器中使用以提供由ー個(gè)或ー個(gè)以上電流源(例如，光學(xué)傳感器的光電傳感器ニ極管等)產(chǎn)生的暗電流抵消。然而，預(yù)期本文描述的技術(shù)可用于其它應(yīng)用中。
提供此概述以用簡(jiǎn)化的形式介紹下文在具體實(shí)施方式
中進(jìn)ー步描述的概念的選擇。此概述不希望指明所主張的標(biāo)的物的關(guān)鍵特征或基本特征，也不希望用于輔助確定所主張的標(biāo)的物的范圍。


參看附圖描述具體實(shí)施方式
。描述內(nèi)容和圖中在不同例子中使用相同參考數(shù)字可指示類(lèi)似或相同項(xiàng)目。圖I是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中的電流抵消電路的示意圖。圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電流抵消電路的示意圖。

圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另ー電流抵消電路的示意圖。圖4是說(shuō)明圖3中描繪的電流抵消電路的實(shí)施方案的示意圖。圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電流抵消電路的流程圖。
具體實(shí)施例方式MM電流抵消電路可用于例如光學(xué)傳感器等微電子裝置中以抵消節(jié)點(diǎn)處的電流。在特定應(yīng)用中，光學(xué)傳感器可采用電流抵消電路來(lái)抵消ー個(gè)或ー個(gè)以上節(jié)點(diǎn)處的電流。舉例來(lái)說(shuō)，光學(xué)傳感器可包含電流抵消電路以抵消裝置中的泄漏電流(例如，暗電流)。舉例來(lái)說(shuō)，泄漏電流可減小裝置的分辨率。光學(xué)傳感器可能歸因于光學(xué)傳感器的光電傳感器ニ極管產(chǎn)生的泄漏電流(暗電流)而不能檢測(cè)在環(huán)境光照條件下產(chǎn)生的光的整個(gè)范圍。因此，使用電流抵消電路來(lái)補(bǔ)償光學(xué)傳感器中的泄漏電流。泄漏電流抵消改進(jìn)了當(dāng)感測(cè)環(huán)境光條件時(shí)傳感器的分辨率。因此，描述提供電路中的電流抵消的技術(shù)。在一實(shí)施方案中，一種電路包含第一電流源，其耦合到第一節(jié)點(diǎn)以提供第一電流源電流IPDl ;以及第一電流鏡，其經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)Tl耦合到第一節(jié)點(diǎn)以提供電流鏡參考電流IREFl。開(kāi)關(guān)Tl經(jīng)配置以具有斷開(kāi)配置和閉合配置。在閉合配置中，電流鏡參考電流IREFl從第一電流鏡流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)中。在斷開(kāi)配置中，無(wú)電流從第一電流鏡流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)。Σ Λ調(diào)制器經(jīng)配置以控制開(kāi)關(guān)配置使得在ー時(shí)間周期內(nèi)從第一電流鏡流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)中的平均電流等于流出第一節(jié)點(diǎn)的第一電流源電流IPD1。舉例來(lái)說(shuō)，Σ Δ調(diào)制器產(chǎn)生經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出以閉合開(kāi)關(guān)Τ2，從而允許第二電流鏡參考電流IREF2流入第二節(jié)點(diǎn)中，因此消減第二節(jié)點(diǎn)處的第二電流源電流IPD2的一部分。第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流由等式(iro2-[iroi*(IREF2/IREFl)])界定。當(dāng)?shù)谝浑娏麋R參考電流IREFl等于第二電流鏡參考電流IREF2時(shí)，第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流為第一電流源電流IPDl與第二電流源電流IPD2的差(例如，如果第一電流源電流IPDl為IpA，那么從第二節(jié)點(diǎn)處的第二電流源電流IPD2抵消近似IpA)。在一實(shí)施方案中，IREFl和IREF2可使用動(dòng)態(tài)元件匹配來(lái)匹配，其中每個(gè)時(shí)鐘循環(huán)互換IREFl與IREF2。上文描述的技術(shù)也可用于相反極性的電流。在以下論述中，首先描述實(shí)例電流抵消電路。接著描述可用于抵消電路中的電流的示范性過(guò)程。實(shí)例電流抵消電路圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施方案的電路10。電路10包含第一電流源12，第一電流源12耦合到第一節(jié)點(diǎn)14以提供第一電流源電流IPDl。電路10還包含第一電流鏡16，第一電流鏡16經(jīng)由開(kāi)關(guān)Tl 18耦合到第一節(jié)點(diǎn)14以將電流鏡參考電流IREFl提供到第一節(jié)點(diǎn)14。開(kāi)關(guān)Tl 18經(jīng)配置以具有斷開(kāi)配置和閉合配置。在閉合配置中，電流鏡參考電流IREFl從第一電流鏡16流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)14中。在斷開(kāi)配置中，無(wú)電流從第一電流鏡16(例如，IREF1)流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)14中。電路10進(jìn)ー步包含Σ Δ調(diào)制器20，Σ Δ調(diào)制器20經(jīng)配置以控制開(kāi)關(guān)配置(例如，斷開(kāi)配置、閉合配置)使得在ー時(shí)間周期內(nèi)從第一電流鏡16(例如，參考電流IREF1)流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)14中的平均電流等于流出第一節(jié)點(diǎn)14的第一電流源電流IPD1。舉例來(lái)說(shuō)，Σ Δ調(diào)制器20經(jīng)配置以產(chǎn)生經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出，所述輸出控制開(kāi)關(guān)T222的開(kāi)關(guān)配置。當(dāng)在閉合配置中時(shí)，開(kāi)關(guān)T2 22允許由第二電流鏡24產(chǎn)生的第二電流鏡參考電流IREF2流入第二節(jié)點(diǎn)26中，這消減第二節(jié)點(diǎn)26處的第二電流源電流IPD2 (例 如，由第二電流源28產(chǎn)生的電流IPD2)的一部分。第二節(jié)點(diǎn)26處的等效電流由等式(IPD2-[IPD1*(IREF2/IREF1)])界定(例如，表示)。當(dāng)?shù)谝浑娏麋R參考電流IREFl等于第ニ電流鏡參考電流IREF2時(shí)，第二節(jié)點(diǎn)26處的等效電流是第一電流源電流IPDl與第二電流源電流IPD2的差(例如，如果第一電流源電流IPDl為IpA，那么從第二節(jié)點(diǎn)26處的第二電流源電流IPD2抵消近似IpA)。圖3和4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施方案的電路100。如圖所示，電路100包含第ー節(jié)點(diǎn)102、耦合到第一節(jié)點(diǎn)102的第一電流源104、電流鏡106、耦合到電流鏡106的多個(gè)開(kāi)關(guān)(說(shuō)明四個(gè)開(kāi)關(guān)108、110、112、114)，以及Λ Σ調(diào)制器116。電路100經(jīng)配置以在數(shù)個(gè)時(shí)鐘循環(huán)的周期內(nèi)抵消第二節(jié)點(diǎn)120處的電流104。第一和第二節(jié)點(diǎn)102、120向電路100的各個(gè)電路元件提供互連性功能性。節(jié)點(diǎn)102,120可界定為兩個(gè)或兩個(gè)以上電路元件會(huì)合的點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3中說(shuō)明，第一電流源104、多個(gè)開(kāi)關(guān)108、110、112、114以及Λ Σ調(diào)制器耦合到第一節(jié)點(diǎn)102。在ー應(yīng)用中，第一和第二節(jié)點(diǎn)102、120可包括金屬互連、多晶硅互連、電線互連等。第一電流源104將電流提供到第一節(jié)點(diǎn)102。第一電流源104可以多種方式實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，第一電流源104可包括產(chǎn)生第一電流源電流的電流源。在另ー實(shí)例中，第一電流源104可包括如圖4中說(shuō)明的暗ニ極管204。暗ニ極管204產(chǎn)生低微微安培(ρΑ)范圍內(nèi)的暗電流。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施方案中，暗ニ極管204可產(chǎn)生具有一(1)ρΑ到一百(100)PA的范圍的暗電流。暗ニ極管204可(例如)包括由不透明材料覆蓋的光電ニ極管。在一個(gè)實(shí)施方案中，光電ニ極管的覆蓋可在電路100實(shí)施為另ー微電子電路(例如，光學(xué)傳感器等)的一部分時(shí)發(fā)生。舉例來(lái)說(shuō)，暗ニ極管204可由金屬、暗塑料材料等覆蓋。預(yù)期電流源104(204)的極性可與圖3和4中的所說(shuō)明版本(連同電流鏡106)相反，而不脫離本發(fā)明的精神。電流鏡106可向電路100提供電流產(chǎn)生功能性。電流鏡106可以多種方式實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，電流鏡106可包含第一晶體管106Α和第二晶體管106Β。第一和第二晶體管106Α、106Β可利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)(S卩，P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)電流鏡、N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)電流鏡)、雙極技術(shù)等制造。在一實(shí)施方案中，第一和第ニ晶體管106A、106B保持在相同電壓(圖3和4中展示為Vbias)且在飽和區(qū)中操作。因此，電流鏡106可經(jīng)由晶體管106A產(chǎn)生第一電流鏡參考電流，且可經(jīng)由晶體管106B產(chǎn)生第ニ電流鏡參考電流。在一實(shí)施方案中，可使用連接到參考電壓的電阻器來(lái)產(chǎn)生電流鏡參考電流。多個(gè)開(kāi)關(guān)108、110、112、114耦合到電流鏡106。每ー開(kāi)關(guān)108、110、112、114經(jīng)配置以在阻止電流流動(dòng)的斷開(kāi)配置(即，開(kāi)路)與允許電流流動(dòng)的閉合配置(即，閉路)之間切換。如圖所示，第一開(kāi)關(guān)108耦合到第一晶體管106A且在第一開(kāi)關(guān)108處于閉合配置中時(shí)將晶體管106A產(chǎn)生的第一電流鏡參考電流經(jīng)由互連(例如，金屬互連、多晶硅互連等)提供到第二節(jié)點(diǎn)102。第二開(kāi)關(guān)110也耦合到第一晶體管106A且在第二開(kāi)關(guān)110處于閉合配置中時(shí)將第一晶體管106A產(chǎn)生的第一電流鏡參考電流提供到第二節(jié)點(diǎn)120。第三開(kāi)關(guān)112耦合到第二晶體管106B且在第三開(kāi)關(guān)112處于閉合配置中時(shí)將第二晶體管106B產(chǎn)生的第ニ電流鏡參考電流提供到第一節(jié)點(diǎn)102。第四開(kāi)關(guān)114也耦合到第二晶體管106B且在第四開(kāi)關(guān)114處于閉合配置中時(shí)將第二晶體管106B產(chǎn)生的第二電流鏡參考電流提供到第二節(jié)點(diǎn) 120。

Δ Σ調(diào)制器116提供離散數(shù)字值輸出功能性。舉例來(lái)說(shuō)，Δ Σ調(diào)制器116可接收第一節(jié)點(diǎn)102處的信號(hào)且基于所接收的信號(hào)以及晶體管106A產(chǎn)生的第一電流鏡參考電流與晶體管106B提供的第二電流鏡參考電流的平均值而提供數(shù)字信號(hào)(例如，電壓)。在一實(shí)施方案中，所述信號(hào)可為由于第一節(jié)點(diǎn)處的電流(例如，從第一電流源產(chǎn)生的電流)而產(chǎn)生的模擬信號(hào)。Λ Σ調(diào)制器116可以多種方式配置。舉例來(lái)說(shuō)，Λ Σ調(diào)制器116可配置為I位ー階Λ Σ摸/數(shù)調(diào)制器。如圖3和4中說(shuō)明，Λ Σ調(diào)制器116可包含輸入118、積分器120、比較器122和輸出124。積分器120將輸出信號(hào)供應(yīng)為第一節(jié)點(diǎn)102處提供的模擬信號(hào)的函數(shù)。在ー實(shí)施方案中，積分器120提供與模擬信號(hào)成比例的“鋸齒”輸出信號(hào)。積分器120可以多種方式實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，積分器120可包括運(yùn)算放大器126、電容器128Α和開(kāi)關(guān)130Α。開(kāi)關(guān)130Α經(jīng)配置以具有斷開(kāi)和閉合配置。電容器128Α經(jīng)配置以在開(kāi)關(guān)130Α處于斷開(kāi)配置時(shí)存儲(chǔ)能量，且經(jīng)配置以在開(kāi)關(guān)130Α處于閉合配置時(shí)復(fù)位(這在每一調(diào)制器116轉(zhuǎn)換循環(huán)開(kāi)始時(shí)發(fā)生)。電容器128Α和開(kāi)關(guān)130Α可并聯(lián)耦合以形成運(yùn)算放大器126的反饋網(wǎng)絡(luò)132Α (例如，反饋環(huán)路)。電容器128Α確定積分器120的輸出擺幅且可包括多個(gè)可選電容器值來(lái)控制積分器120的輸出擺幅。舉例來(lái)說(shuō)，電容器128Α可具有O. 5微微法拉(pF)ヽ2. 5pF、5pF等可選值。積分器120還包含第一輸入134和第二輸入136。第一輸入134經(jīng)由互連等連接到輸入118。此外，輸入134連接到積分器120的負(fù)端子。第二輸入136可連接到電壓參考(如圖3和4中所描繪)或接地。此外，積分器120包含用于供應(yīng)積分器120的輸出信號(hào)的輸出138。比較器122供應(yīng)兩個(gè)信號(hào)之間的比較功能性。比較器122可以多種方式實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，比較器122可包括運(yùn)算放大器140。比較器122包含第一輸入142、第二輸入144和輸出146。第一輸入142連接到輸出138以接收積分器120供應(yīng)的信號(hào)，且第二輸入144可連接到電壓參考(如圖3和4中所描繪)或接地。將第一輸入142處接收的信號(hào)與第二輸入144處的信號(hào)(例如，接地、特定電壓等)進(jìn)行比較。當(dāng)?shù)谝惠斎?42處接收的信號(hào)高于第二輸入144處接收的信號(hào)吋，比較器122產(chǎn)生離散高信號(hào)(例如，高電壓信號(hào)、數(shù)字“I”、經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出等)。當(dāng)?shù)谝惠斎?42處接收的信號(hào)低于第二輸入144處接收的信號(hào)吋，比較器122產(chǎn)生離散低信號(hào)(例如，低電壓信號(hào)、數(shù)字“O”)。比較器122接著將離散信號(hào)(即，高信號(hào)、低信號(hào))供應(yīng)到輸出146，輸出146經(jīng)由互連等連接到輸出124。比較器122還包含時(shí)鐘輸入148以接收時(shí)鐘信號(hào)。因此，比較器122經(jīng)配置以在上升或下降時(shí)鐘沿期間改變輸出146處的輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，提供到輸出146的輸出信號(hào)可在上升時(shí)鐘沿期間依據(jù)輸入信號(hào)從數(shù)字高改變?yōu)閿?shù)字低(或反之亦然)。在另ー實(shí)例中，提供到輸出146的輸出信號(hào)可在下降時(shí)鐘沿期間依據(jù)輸入信號(hào)從數(shù)字低改變?yōu)閿?shù)字高(或反之亦然)。電路100利用動(dòng)態(tài)元件匹配來(lái)對(duì)經(jīng)由電流鏡106的晶體管106A、106B的電流失配求平均。在一實(shí)施方案中，在提供到輸出146的離散信號(hào)(例如，經(jīng)密度調(diào)制的輸出)為高時(shí)的每個(gè)時(shí)鐘邊沿上，交換開(kāi)關(guān)108、110與112、114的斷開(kāi)/閉合配置，以解決電流鏡106的晶體管失配。當(dāng)提供到輸出146的離散信號(hào)為低時(shí)，開(kāi)關(guān)108、110、112、114處于斷開(kāi)配置(即，開(kāi)路)中。在另ー實(shí)例中，當(dāng)提供到輸出146的離散信號(hào)在第一時(shí)鐘循環(huán)期間為高吋，開(kāi)關(guān)108和開(kāi)關(guān)114處于閉合配置(即，閉路)中，同時(shí)開(kāi)關(guān)110和開(kāi)關(guān)112處于斷開(kāi)配置中。在又ー實(shí)例中，當(dāng)提供到輸出146的離散信號(hào)在第二時(shí)鐘循環(huán)期間為高時(shí)，開(kāi)關(guān)110 和開(kāi)關(guān)112處于閉合配置中，同時(shí)開(kāi)關(guān)108和開(kāi)關(guān)114處于斷開(kāi)配置中。隨后的時(shí)鐘循環(huán)期間開(kāi)關(guān)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)或“交換”大體上消除由于晶體管106a、106b的失配引起的電流失配(即，第一電流鏡參考電流與第二電流鏡參考電流的失配)。在另ー實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān)108、110、112、114可隨機(jī)旋轉(zhuǎn)；然而，所述開(kāi)關(guān)中的僅兩者(108、114或110、112)可在離散信號(hào)為高時(shí)的任何給定時(shí)間處于閉合配置中。電路100進(jìn)ー步包含第二電流源150。第二電流源150將第二電流源電流供應(yīng)到第二節(jié)點(diǎn)120。第二電流源150可以多種方式實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，第二電流源150可包括經(jīng)配置以將光轉(zhuǎn)換為電流的光電傳感器ニ極管250 (展不于圖4中)。一旦光撞擊光電傳感器ニ極管，就產(chǎn)生光電流且其被提供到節(jié)點(diǎn)120。然而，第二電流源電流的一部分可包括泄漏電流。舉例來(lái)說(shuō)，第二電流源電流的一部分可為暗電流等。此外，第一電流源104(暗ニ極管204)和第二電流源150 (光電傳感器ニ極管250)可經(jīng)配置以產(chǎn)生近似相同量值的電流。舉例來(lái)說(shuō)，第一電流源104(暗ニ極管204)和第二電流源150(光電傳感器ニ極管250)可產(chǎn)生PA范圍內(nèi)(B卩，近似一⑴PA到近似一百(100)pA)的電流。第二電流源150 (250)的極性也可顛倒，而不脫離本發(fā)明的精神。電路100還包含耦合到第二節(jié)點(diǎn)120的電流參考152。電流參考152向第二節(jié)點(diǎn)120供應(yīng)第一參考電流。電流參考152可實(shí)施為模擬電路元件等，其經(jīng)配置以提供電流產(chǎn)生功能性。第二 Λ Σ調(diào)制器154耦合到第二節(jié)點(diǎn)120。第二 Λ Σ調(diào)制器154執(zhí)行與上文描述的第一 Λ Σ調(diào)制器116大體上相同的功能。在一實(shí)施方案中，第二 Λ Σ調(diào)制器154包括積分器156和比較器158。積分器156包含第一輸入160、第二輸入162和輸出164。第ー輸入160耦合到第二節(jié)點(diǎn)120，且第二輸入162可連接到接地(如圖3和4中所示)或連接到電壓參考。積分器156還可包含反饋網(wǎng)絡(luò)132Β (例如，反饋環(huán)路)，反饋網(wǎng)絡(luò)132Β包括與開(kāi)關(guān)130Β并聯(lián)的電容器128Β。電容器128Β確定積分器156的輸出擺幅且可包括多個(gè)可選電容器值來(lái)控制積分器156的輸出擺幅。舉例來(lái)說(shuō)，電容器128Β可具有O. 5pF、2. 5pF、5pF等可選值。比較器158包含第一輸入166、第二輸入168、輸出170和時(shí)鐘輸入172。第ー輸入166稱(chēng)合到積分器164的輸出164,且第二輸入168可連接到接地或電壓參考(如圖3和4所示)。還充當(dāng)?shù)诙?Λ Σ調(diào)制器154的輸出的輸出170可致使開(kāi)關(guān)174具有斷開(kāi)配置或閉合配置。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)離散高信號(hào)提供于輸出170處時(shí)，開(kāi)關(guān)174將處于閉合配置中，這允許電流參考152產(chǎn)生的第一參考電流流動(dòng)到第二節(jié)點(diǎn)120。當(dāng)離散低信號(hào)提供到輸出170時(shí)，開(kāi)關(guān)174將處于斷開(kāi)配置中，且阻止第一參考電流流動(dòng)到第二節(jié)點(diǎn)120。此夕卜，輸出170可進(jìn)ー步耦合到未展示的各種其它電路元件。舉例來(lái)說(shuō)，輸出170可耦合到平均電路等。開(kāi)關(guān)108、110、112、114依據(jù)輸出146從斷開(kāi)配置切換到閉合配置，或反之亦然。舉例來(lái)說(shuō)，依據(jù)輸出146 (例如，經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出)的數(shù)字信號(hào)，開(kāi)關(guān)108、114可處于閉合配置中，同時(shí)開(kāi)關(guān)110、112處于斷開(kāi)配置中。在另ー實(shí)例中，依據(jù)輸出146的數(shù)字信號(hào)，開(kāi)關(guān)108、110可處于斷開(kāi)配置中，同時(shí)開(kāi)關(guān)112、114處于斷開(kāi)配置中。因此，Λ Σ調(diào)制器的反饋網(wǎng)絡(luò)以一方式控制開(kāi)關(guān)108、110、112、114，使得由晶體 管106Α、106Β提供到節(jié)點(diǎn)102中的電流的平均值等于從電流源104流出節(jié)點(diǎn)102的電流。然而，由晶體管106Α、106Β提供的電流的絕對(duì)量值不等于由電流源104提供的電流。在一實(shí)施方案中，由電流源104提供的電流以數(shù)字方式表示為由電流鏡106經(jīng)由Δ Σ調(diào)制器116提供的電流的函數(shù)(例如，數(shù)字化節(jié)點(diǎn)102處提供的電流)。如圖3和4所示，將電流從電流鏡106傾倒到節(jié)點(diǎn)120中以作為由電流源104提供的以數(shù)字方式表示的電流的函數(shù)。因此，節(jié)點(diǎn)120處傾倒的電流可向節(jié)點(diǎn)120處的電流消減或添加電流。所得電流(例如，消減或添加電流之后的電流差)接著數(shù)字化為來(lái)自電流參考152的電流的函數(shù)(例如，調(diào)制器154提供來(lái)自節(jié)點(diǎn)120的電流的數(shù)字表示以作為輸出170處的來(lái)自電流參考152的電流的函數(shù))。此外，雖然圖3和4僅描繪第二節(jié)點(diǎn)120處發(fā)生的電流抵消，但預(yù)期本發(fā)明抵消技術(shù)可擴(kuò)展到額外節(jié)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，可將額外電流源添加到電流鏡106，且額外開(kāi)關(guān)可耦合到電流鏡106以提供額外電流抵消。以下等式可將電路100中存在的各個(gè)近似值(即，電流值、離散信號(hào)的數(shù)目等)模型化nl*Average(IEEF(106A), I
EEF(106B) )=N*IpD1(等式 I)nl — (N*IPD1)/Average (IREF(1CI6A)，Iref(io6b)) (等式 2)n2 = N* (IPD2_IPD1)/IREF(152)(等式 3)其中nl表示當(dāng)Σ Δ調(diào)制器116的輸出124處的離散輸出信號(hào)在給定時(shí)間間隔T內(nèi)為高時(shí)的時(shí)鐘循環(huán)的數(shù)目，其中T為Λ Σ調(diào)制器116轉(zhuǎn)換時(shí)間；η2表示當(dāng)Σ Δ調(diào)制器154的輸出170處的離散輸出信號(hào)在給定時(shí)間間隔T內(nèi)為高時(shí)的時(shí)鐘循環(huán)的數(shù)目，其中T為Λ Σ調(diào)制器116轉(zhuǎn)換時(shí)間；N表示時(shí)間間隔T內(nèi)的時(shí)鐘循環(huán)的總數(shù)；IEEF(106A)表示106A的電流鏡參考電流值；IEEF(106B)表示106B的電流鏡參考電流值；Ipdi表示穿過(guò)第一電流源104 (光電傳感器ニ極管204)的電流值；Ipd2表不穿過(guò)第一電流源150(250)的電流值；IEEF(152)表示152的參考電流值；Average (IEEF(160A), I
EEF(160B) )表示 IrEF(106A)和 IrEF(106B) 的平均電流值。實(shí)例電流抵消過(guò)稈
圖5說(shuō)明用于供應(yīng)電路100的電流抵消的過(guò)程300。如圖所示，在第一節(jié)點(diǎn)處接收基于由第一電流源產(chǎn)生的第一電流源電流的信號(hào)(框302)。在一實(shí)施方案中,輸入處接收的信號(hào)可由△ Σ調(diào)制器接收。所述信號(hào)可為第一節(jié)點(diǎn)處的由于第一電流源電流而產(chǎn)生的模擬信號(hào)。如圖4中說(shuō)明，第一電流源104可為暗ニ極管204，且第一電流源電流為暗電流。還在第一節(jié)點(diǎn)處經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)Tl接收(框306)電流鏡參考電流IREFl (框304)在第二節(jié)點(diǎn)處經(jīng)由第二開(kāi)關(guān)T2接收第二電流鏡參考電流IREF2(框308)。第一開(kāi)關(guān)Tl可經(jīng)配置以具有斷開(kāi)配置和閉合配置。在閉合配置中，開(kāi)關(guān)Tl允許參考電流IREFl流入第一節(jié)點(diǎn)中，且開(kāi)關(guān)T2允許參考電流IREF2流入第二節(jié)點(diǎn)中。在斷開(kāi)配置中，開(kāi)關(guān)Tl和T2不允許任何電流流過(guò)其?？梢远喾N方式實(shí)施參考電流IREFl和IREF2。舉例來(lái)說(shuō)，參考電流IREFl和IREF2可實(shí)施為第一電流鏡參考電流和第二電流鏡參考電流?？梢远喾N方式實(shí)施電流鏡。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3和4所示，電流鏡106可包含第一晶體管106A和第二晶體管106B。第一和第二 晶體管106A、106B可利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)(即，P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)電流鏡、N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)電流鏡)、雙極技術(shù)等制造。在一實(shí)施方案中，第一和第二晶體管106A、106B保持在相同電壓(圖3和4中展示為Vbias)且在飽和區(qū)中操作。因此，電流鏡106可經(jīng)由晶體管106A產(chǎn)生第一電流鏡參考電流(例如，IREF1)，且可經(jīng)由晶體管106B產(chǎn)生第二電流鏡參考電流(例如，IREF2)。在一實(shí)施方案中，可使用連接到參考電壓的電阻器來(lái)產(chǎn)生電流鏡參考電流。Σ Δ調(diào)制器(框310)經(jīng)配置以經(jīng)由經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)Tl的配置，使得在ー時(shí)間周期(例如，時(shí)鐘循環(huán))內(nèi)從電流鏡參考電流IREFl流動(dòng)到第一節(jié)點(diǎn)中的平均電流等于流出第一節(jié)點(diǎn)的第一電流源電流IPD1。Σ △調(diào)制器產(chǎn)生的經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出配置(例如，閉合)開(kāi)關(guān)T2以允許第二電流鏡參考電流IREF2流入第二節(jié)點(diǎn)中，因此消減第二節(jié)點(diǎn)處的第二電流源電流IPD2的至少一部分(框314)。在一實(shí)施方案中，如圖4所示，第二電流源150可包括經(jīng)配置以將光轉(zhuǎn)換為電流的光電傳感器ニ極管250。第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流由等式IPD2-[IPD1*(IREF2/IREF1)]界定(表示)(框316)。當(dāng)IREFl等于IREF2(例如，穿過(guò)晶體管106A的電流與穿過(guò)晶體管106B的電流的平均值)時(shí)，第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流由等式(IPD2-iroi)界定。結(jié)論盡管已以特定針對(duì)結(jié)構(gòu)特征和/或過(guò)程操作的語(yǔ)言描述了標(biāo)的物，但應(yīng)理解，所附權(quán)利要求書(shū)中界定的標(biāo)的物不一定限于上文所描述的特定特征或動(dòng)作。而是，上文描述的特定特征和動(dòng)作經(jīng)掲示為實(shí)施權(quán)利要求書(shū)的實(shí)例形式。
權(quán)利要求
1.一種電路,其包括 第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)； 第一電流源，其耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)，所述第一電流源經(jīng)配置以提供第一電流源電流； 第二電流源，其耦合到所述第二節(jié)點(diǎn)，所述第二電流源經(jīng)配置以提供第二電流源電流； 第一電流鏡，其耦合到電源電壓，所述第一電流鏡經(jīng)配置以提供第一電流鏡參考電流； 第二電流鏡，其耦合到所述電源電壓，所述第二電流鏡經(jīng)配置以提供第二電流鏡參考電流； 第一開(kāi)關(guān)，其耦合到所述第一電流鏡和所述第一節(jié)點(diǎn)，第二開(kāi)關(guān)經(jīng)配置以具有開(kāi)關(guān)配置； 第二開(kāi)關(guān)，其耦合到所述第二電流鏡和所述第二節(jié)點(diǎn)，且經(jīng)配置以具有所述開(kāi)關(guān)配置； A E調(diào)制器，其具有輸入和輸出，所述輸入耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)，且所述輸出經(jīng)配置以提供經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出來(lái)控制所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)的所述開(kāi)關(guān)配置，其中所述經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出的平均值至少將所述第一電流源電流表示為所述第一電流鏡參考電流的函數(shù)，且所述經(jīng)密度調(diào)制的輸出經(jīng)配置以控制所述第二開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)所述第一電流鏡電流至少近似等于所述第二電流鏡電流時(shí)，所述第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流是所述第一電流源電流與所述第二電流源電流的差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述等效電流是由所述第一電流鏡或所述第二電流鏡中的至少一者產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述開(kāi)關(guān)配置包括斷開(kāi)配置或閉合配置中的至少一者。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述第一電流鏡和所述第二電流鏡利用動(dòng)態(tài)元件匹配以在第一時(shí)鐘循環(huán)期間將所述第一電流鏡參考電流提供到所述第一節(jié)點(diǎn)，且在第二時(shí)鐘循環(huán)期間將所述第二電流鏡參考電流提供到所述第一節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述第一電流鏡至少包含第一晶體管和第二晶體管，且所述第二電流鏡至少包含第三晶體管和第四晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述AE調(diào)制器進(jìn)一步包括 積分器，其具有輸入和輸出，所述積分器的所述輸入耦合到所述△ E調(diào)制器的所述輸入，且經(jīng)配置以將所述第一電流源電流積分并將經(jīng)積分的信號(hào)提供到所述積分器的所述輸出；以及 比較器，其具有輸入和輸出，所述比較器的所述輸入耦合到所述積分器的所述輸出且所述比較器的所述輸出耦合到所述△ E調(diào)制器的所述輸出，所述比較器經(jīng)配置以將所述經(jīng)積分的信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較并基于所述比較而產(chǎn)生所述經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，所述第一電流鏡參考電流和所述第二電流鏡參考電流包括近似IpA到近似IOOpA范圍內(nèi)的電流值。
8.—種電路,其包括 第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)； 暗二極管，其耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)，所述暗二極管經(jīng)配置以提供第一暗電流； 光電傳感器二極管，其耦合到所述第二節(jié)點(diǎn)，所述光電傳感器二極管經(jīng)配置以提供第二暗電流； 第一電流鏡，其耦合到電源電壓，所述第一電流鏡經(jīng)配置以提供第一電流鏡參考電流； 第二電流鏡，其耦合到所述電源電壓，所述第二電流鏡經(jīng)配置以提供第二電流鏡參考電流； 第一開(kāi)關(guān)，其耦合到所述第一電流鏡和所述第一節(jié)點(diǎn)，所述第一開(kāi)關(guān)經(jīng)配置以具有開(kāi)關(guān)配置； 第二開(kāi)關(guān)，其耦合到所述第二電流鏡和所述第二節(jié)點(diǎn)，所述第二開(kāi)關(guān)經(jīng)配置以具有所述開(kāi)關(guān)配置； E A調(diào)制器，其具有輸入和輸出，所述輸入耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)，且所述輸出經(jīng)配置以提供經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出來(lái)控制所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)的所述開(kāi)關(guān)配置， 其中所述經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出的平均值至少將所述第一暗電流表示為所述第一電流鏡參考電流的函數(shù)，且所述經(jīng)密度調(diào)制的輸出經(jīng)配置以控制所述第二開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)所述第一電流鏡電流至少近似等于所述第二電流鏡電流時(shí)，所述第二節(jié)點(diǎn)處的等效電流是所述第一暗電流與所述第二暗電流的差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述等效電流是由所述第一電流鏡或所述第二電流鏡中的至少一者產(chǎn)生。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述開(kāi)關(guān)配置包括斷開(kāi)配置或閉合配置中的至少一者。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述第一電流鏡和所述第二電流鏡利用動(dòng)態(tài)元件匹配以在第一時(shí)鐘循環(huán)期間將所述第一電流鏡參考電流提供到所述第一節(jié)點(diǎn)，且在第二時(shí)鐘循環(huán)期間將所述第二電流鏡參考電流提供到所述第一節(jié)點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述第一電流鏡至少包含第一晶體管和第二晶體管，且所述第二電流鏡至少包含第三晶體管和第四晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述AE調(diào)制器進(jìn)一步包括 積分器，其具有輸入和輸出，所述積分器的所述輸入耦合到所述△ E調(diào)制器的所述輸入，且經(jīng)配置以將所述第一暗電流積分并將經(jīng)積分的信號(hào)提供到所述積分器的所述輸出；以及 比較器，其具有輸入和輸出，所述比較器的所述輸入耦合到所述積分器的所述輸出且所述比較器的所述輸出耦合到所述△ E調(diào)制器的所述輸出，所述比較器經(jīng)配置以將所述經(jīng)積分的信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較并基于所述比較而產(chǎn)生所述經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，所述第一電流鏡參考電流和所述第二電流鏡參考電流包括近似IpA到近似IOOpA范圍內(nèi)的電流值。
15.一種方法，其包括在第一節(jié)點(diǎn)處接收第一電流源電流； 在所述第一節(jié)點(diǎn)處接收穿過(guò)第一開(kāi)關(guān)的第一電流鏡參考電流； 在第二節(jié)點(diǎn)處接收穿過(guò)第二開(kāi)關(guān)的信號(hào)第二電流鏡參考電流； 經(jīng)由E A調(diào)制器產(chǎn)生的經(jīng)離散脈沖密度調(diào)制的輸出來(lái)控制所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)配置； 在所述第二節(jié)點(diǎn)處接收第二電流源電流， 其中所述第二電流鏡參考電流消減所述第二節(jié)點(diǎn)處的所述第二電流源電流的至少一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述第二節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生等效電流，其中當(dāng)所述第一電流鏡電流至少近似等于所述第二電流鏡電流時(shí)，所述等效電流是所述第一電流源電流與所述第二電流源電流的差。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述開(kāi)關(guān)配置包括斷開(kāi)配置或閉合配置中的至少一者。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一電流源電流為暗二極管產(chǎn)生的暗電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二電流源電流是光電傳感器二極管產(chǎn)生的第二暗電流。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一電流鏡和所述第二電流鏡利用動(dòng)態(tài)元件匹配以在第一時(shí)鐘循環(huán)期間將所述第一電流鏡參考電流提供到所述第一節(jié)點(diǎn)，且在第二時(shí)鐘循環(huán)期間將所述第二電流鏡參考電流提供到所述第一節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明描述準(zhǔn)確地鏡射電流并消減電流的技術(shù)。在一實(shí)施方案中，一種電路包含第一電流源，其耦合到第一節(jié)點(diǎn)以提供電流IPD1；以及電流鏡，其經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)T1耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)以提供電流IREF1。在閉合配置中，所述電流IREF1從所述電流鏡流動(dòng)到所述第一節(jié)點(diǎn)中?！痞ふ{(diào)制器控制所述開(kāi)關(guān)T1以使得在一時(shí)間周期內(nèi)從所述電流鏡流動(dòng)到所述第一節(jié)點(diǎn)中的平均電流等于流出所述第一節(jié)點(diǎn)的所述電流IPD1。所述∑Δ調(diào)制器產(chǎn)生數(shù)字輸出以控制開(kāi)關(guān)T2，從而允許電流IREF2進(jìn)入第二節(jié)點(diǎn)中，因此在一時(shí)間周期內(nèi)消減所述第二節(jié)點(diǎn)處的電流IPD2的一部分。
文檔編號(hào)G05F3/26GK102681591SQ201210022789
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者阿南德·查馬庫(kù)拉 申請(qǐng)人:美士美積體產(chǎn)品公司