專利名稱：臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟吹闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，特別是關(guān)于一種可應(yīng)用于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的電流源。
背景技術(shù)：
數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器是集成電路中經(jīng)常使用的一種電路，通?？煞譃橛性丛?active component)及無源元件式(passive component)。無源元件式的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用電阻或電容來完成電路設(shè)計(jì)，由于其占據(jù)較大的芯片面積，得考慮無源元件之間的匹配，以及需要搭配高效能的運(yùn)算放大器(operational amplifier)，所以現(xiàn)在的電路設(shè)計(jì)大多不采用無源元件式，而是趨向有源元件式的方向設(shè)計(jì)。
有源元件式又可大致分為加權(quán)電流源(weighted current source)、矩陣電流源(current cell matrix)及開關(guān)電流源(switched-current)等方式來設(shè)計(jì)數(shù)字模擬的轉(zhuǎn)換電路。上述三種有源元件式電路皆以單位(cell)電流源構(gòu)成電流源，并利用一些開關(guān)元件來切換電流源以達(dá)到信號轉(zhuǎn)換的目的。
圖1是一現(xiàn)有的十位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路，該電路是采用二進(jìn)制加權(quán)電流源的方式設(shè)計(jì)。該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器包含1,023個(gè)單位電流源11，及由單位電流源11所構(gòu)成的十個(gè)加權(quán)電流源I0、2I0、4I0、…及512I0，通過控制十個(gè)開關(guān)12的切換就可達(dá)到輸出分辨率為十位的要求。
然而由于上述方式使用的單位電流源11的數(shù)目多達(dá)一千多個(gè)，因此單位電流源11的輸出電流的均一性相當(dāng)重要，否則將無法得到高分辨率或是高良率的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
圖2是現(xiàn)有的單位電流源的電路圖，該單位電流源20的輸出電流I1可表示為以下的公式I1=K1W1L1(Va-Vth)2······]]>(公式一)
其中K1＝μnCox/2，μn是電子移動(dòng)率(electron mobility)，Cox是單位面積電容值；W1是金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管M1的溝道寬度；L1是MOS晶體管M1的溝道長度；Va是柵極的偏壓；Vth是臨界電壓(threshold voltage)。
由公式一可知，電流I1會隨著MOS晶體管M1的臨界電壓Vth而變化，故對于高分辨率的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器而言相當(dāng)不利。此外不僅臨界電壓Vth隨著制程條件而漂移，在單位電流源數(shù)量多的電路中也會產(chǎn)生較差的電源抑制比(PowerSupply Rejection Ratio；PSRR)，從而使轉(zhuǎn)換的結(jié)果產(chǎn)生失真。
為能得到較佳的電源抑制比，在臺灣專利第230,284號中提出另一單位電流源30的電路，如圖3所示。該單位電流源30的輸出電流I2可簡化為以下公式I2=K2W2L2(VR1)2(1+λVDS2)······]]>(公式二)其中K2與公式一的K1是相同物理意義的常數(shù)；W2是MOS晶體管M2的溝道寬度；L2是MOS晶體管M2的溝道長度；VR1是第一參考電壓；VDS2是MOS晶體管M2的漏極與源極間的相對電壓；λ是一系數(shù)。(1+λVDS2)整項(xiàng)即代表溝道長度調(diào)節(jié)(channel-length modulation)效應(yīng)。
由公式二可知，因VR1是一固定值，所以輸出電流I2與VDS2成一比例關(guān)系，但VDS2同樣會因MOS晶體管M1的臨界電壓Vth不一致而產(chǎn)生變化。但相對于圖2的單位電流源20，因輸出電流I2與Vth的關(guān)系由2次方比例關(guān)系變?yōu)?次方的比例關(guān)系，所以單位電流源30的電源抑制比可能會略為改善。
然而圖3的單位電流源30對于高精密的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器而言，仍不能滿足要求。因此，市場上迫切需要一種電源抑制比更低的電流源，以解決數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器所遇到的上述各種問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，在單位電流源的電路加入一補(bǔ)償電路，使得電流源形成一強(qiáng)健(robustness)電路，可擁有較佳的電源抑制比。
本發(fā)明的第二目的是提供一種最優(yōu)化設(shè)計(jì)的電流源，通過相關(guān)參數(shù)的調(diào)整得到變化最小的輸出電流，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì)中。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明揭示一種臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗浒谝籑OS晶體管、第二MOS晶體管、第三MOS晶體管、第四MOS晶體管及第五MOS晶體管，其分別具有柵極端、第一端以及第二端。該第二MOS晶體管的第一端耦合至負(fù)載阻抗，其第二端耦合至該第一MOS晶體管的第一端。該第三MOS晶體管的柵極端及第一端共耦合至該第二MOS晶體管的柵極端，其第二端耦合至該第四MOS晶體管的第一端。又該第四MOS晶體管的柵極端及第一端共耦合至該第一MOS晶體管的柵極端，其第二端耦合至第一參考電壓。該第五MOS晶體管的柵極端及第二端分別耦合至第二參考電壓及第三參考電壓，其第一端耦合至該第三MOS晶體管的柵極端及第一端。
上述的固定電流源是利用三個(gè)參考電壓進(jìn)行電流的補(bǔ)償，屬于電壓模式(voltage mode)的控制方式。此外，本發(fā)明還揭示一利用電流模式(current mode)的固定電壓源，以符合特定應(yīng)用的需要。
本發(fā)明采用電流模式的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟窗谝籑OS晶體管、第二MOS晶體管、第三MOS晶體管、第四MOS晶體管、第六MOS晶體管及第七M(jìn)OS晶體管。該第一、第二及第三MOS晶體管的電路與上述電壓模式的設(shè)計(jì)相同，即兩者的第一、第二及第三MOS晶體管的電路相同。該第四MOS晶體管具有一柵極、第一端和第二端，其柵極和第一端電連接至該第一MOS晶體管的柵極和該第三MOS晶體管的第二端，而其第二端電連接至一電流供應(yīng)電路。該第六MOS晶體管具有一柵極、第一端和第二端，其柵極電連接至該電流供應(yīng)電路，其第二端電連接至該第三MOS晶體管的第一端和第二MOS晶體管的柵極。該第七M(jìn)OS晶體管具有一柵極、第一端和第二端，其柵極及第一端連接至該電流供應(yīng)電路，其第二端連接至該第六MOS晶體管的第一端。上述的第三及第六MOS晶體管間是利用該電流供應(yīng)電路產(chǎn)生一電流，并具有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ芤跃S持電流固定。
藉由電流模式的設(shè)計(jì)，可將若干個(gè)臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟磻?yīng)用于特定需求，例如應(yīng)用于一二進(jìn)制加權(quán)(binary weighted)電流源或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，藉以克服驅(qū)動(dòng)能力不足的問題，且其電流對溫度的變化非常小，可降低制程或功率變動(dòng)的影響。


本發(fā)明將依照附圖來說明，其中圖1是一現(xiàn)有的十位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路；圖2是現(xiàn)有的單位電流源的電路圖；圖3是另一現(xiàn)有的單位電流源的電路圖；圖4是本發(fā)明的單位電流源的電路圖；圖5是本發(fā)明的VDS1相對于Vth2的變化曲線圖。
圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例的單位電流源的電路圖；圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施例的單位電流源的電流與溫度的關(guān)系圖；圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施例的單位電流源在二進(jìn)制加權(quán)電流源中的應(yīng)用示意圖；圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施例的單位電流源在數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用示意圖。
圖中元件符號說明M1 第一MOS晶體管M2 第二MOS晶體管Mb 第三MOS晶體管Mc 第四MOS晶體管Mp 第五MOS晶體管Vr1第一參考電壓Vr2 第二參考電壓Vr3 第三參考電壓VDD 電源電壓M3 開關(guān)電路的第一MOS晶體管M4 開關(guān)電路的第二MOS晶體管
I1、Ib 電流40 單位電流源41 開關(guān)電路42 級聯(lián)晶體管43 補(bǔ)償電路60 單位電流源61 開關(guān)電路62 級聯(lián)晶體管63 補(bǔ)償電路64 電流供應(yīng)電路80 二進(jìn)制加權(quán)電流源81 第一電流供應(yīng)電路82 第一單位電流源83 第二電流供應(yīng)電路84 第二單位電流源90 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器91 電流供應(yīng)電路93 電阻串94 限變電路M6 第六MOS晶體管M7 第七M(jìn)OS晶體管Id 電流具體實(shí)施方式
圖4是本發(fā)明的單位電流源的電路圖。本發(fā)明的單位電流源40包含第一MOS晶體管M1、第二MOS晶體管M2、第三晶體管Mb、第四MOS晶體管Mc及第五MOS晶體管Mp。此外，可加入MOS晶體管M3及MOS晶體管M4以構(gòu)成一可控制電流方向的開關(guān)電路41，并將電源供應(yīng)的第一電源電壓VDD耦合至P型MOS晶體管M3及MOS晶體管M4的源極。第一MOS晶體管M1及第二MOS晶體管M2組成一級聯(lián)晶體管(cascade transistor)42。第三MOS晶體管Mb、第四MOS晶體管Mc及第五MOS晶體管Mp構(gòu)成一補(bǔ)償電路43，其能降低級聯(lián)晶體管42的臨界電壓對輸出電流I1的影響。
第二MOS晶體管M2的漏極端耦合至該P(yáng)型開關(guān)電路41的漏極端。第三晶體管Mb的柵極端耦合漏極端，以形成一二極管的型式，再耦合至第二MOS晶體管M2的柵極端。第四MOS晶體管Mc的柵極端耦合至其漏極端，以形成一二極管的型式，且再耦合至第四MOS晶體管M1的柵極端。該補(bǔ)償電路43的第四MOS晶體管Mc、第三MOS晶體管Mb和第五MOS晶體管Mp是彼此級聯(lián)，以形成一參考電流Ib。該第四MOS晶體管Mc的源極耦合至第一參考電壓Vr1，而第五晶體管Mp的柵極端及源極端分別耦合至第二參考電壓Vr2及第三參考電壓Vr3。
該第一MOS晶體管M1、第二MOS晶體管M2、第三晶體管Mb、第四MOS晶體管Mc及第五MOS晶體管Mp可以是NMOS晶體管(N溝道)或PMOS晶體管(P溝道)。然而如果改變圖4的各MOS晶體管的極性，則其源極和漏極的連接方式將互換，且柵極電壓的極性也有變化。為敘述方便起見，上述各MOS晶體管的漏極定義為第一端，源極定義為第二端，但在MOS晶體管采用不同的極性，那么該第一端和第二端的定義也產(chǎn)生相對應(yīng)的改變。
為使單位電流源40的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)玫阶罴训男Ч?，可在半?dǎo)體制程中控制制程參數(shù)以達(dá)到想要的物理特性。首先要使第二MOS晶體管M2的臨界電壓Vth2盡量降低，并使第二MOS晶體管M2和第三晶體管Mb的臨界電壓保持一致(Vthb＝Vth2)。若臨界電壓Vth2與Vthb降低，則導(dǎo)致經(jīng)過第三晶體管Mb溝道的電流Ib會變大。該第五晶體管Mp可視為一固定阻值的電阻，而電流Ib變大的同時(shí)會使第三晶體管Mb的柵極偏壓Vb降低。最終，因偏壓Vb降低而造成第二MOS晶體管M2的柵極與第二端間的偏壓VGS2變小，如此就可達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?br> 換言之，本發(fā)明可藉由該補(bǔ)償電路43的第三MOS晶體管Mb和第四MOS晶體管Mc與該組級聯(lián)晶體管42的第一MOS晶體管M1和第二MOS晶體管M2組成一反饋電路以達(dá)到低電源抑制比的功能。
輸出電流I1可由下列的式子表示I1=K1W1L1(Vr1)2(1+λVDS1)······]]>(公式三)其中K1與公式一的K1是相同物理意義的常數(shù)；W1是第一MOS晶體管M1的溝道寬度；L1是第一MOS晶體管M1的溝道長度；Vr1是第一參考電壓；VDS1是第一MOS晶體管M1的漏極與源極間的相對電壓；λ是一系數(shù)；(1+λVDS1)整項(xiàng)即代表溝道長度調(diào)節(jié)效應(yīng)。
其中VDS1可表示為下列式子VDS1=Vb-Vth2-VOD2]]>=Vr3-kb(VGSb-Vthb)2×Ron-Vth2-VOD2]]>=-kbRonVth22+(2×kbVGSbRon-1)×Vth2+VR3-kbRonVGSb2-VOD2······]]>(公式四)=Vth22-(2VGSb-1kbRon)Vth2+VGSb2-VOD2]]>其中Vth2是第二MOS晶體管M2的臨界電壓；VOD2是第二MOS晶體管M2的過驅(qū)動(dòng)(over-driving)電壓，且VOD2＝VGS2-Vth2；Kb是第三MOS晶體管Mb的參數(shù)；VGSb是第三MOS晶體管Mb的柵極與第二端間的偏壓；Ron是第五MOS晶體管Mp的等效電阻。
公式四最后推導(dǎo)為Vth2和VDS1的二次拋物曲線，且由該二次拋物曲線可得到VDS1對Vth2的最不敏感的設(shè)計(jì)區(qū)間。亦即使∂VDS1∂Vth2=0⇒Vth2(VDS1,min)=VGSb-12kbRon]]>其中Vth2(VDS1，min)是當(dāng)VDS1為最小值時(shí)對應(yīng)的數(shù)值。
圖5是公式四的二次曲線表示圖。曲線一是當(dāng)參數(shù)Kb×Ron趨于無窮大時(shí)，VDS1相對于Vth2的變化；而曲線二是Kb×Ron＝VGSb/2時(shí)，VDS1相對于Vth2的變化。該曲線一及曲線二是兩種極端的情況，一般實(shí)際的情形如曲線三所示。最佳化的設(shè)計(jì)考慮是選擇曲線三的中央對稱點(diǎn)所對應(yīng)Kb×Ron的數(shù)值，因?yàn)榧仁箍紤]以中央對稱點(diǎn)的Vth2±10％仍能得到最小VDS1的變化量，即MINΔVDS1。
藉由上述最優(yōu)化設(shè)計(jì)的考慮可得到最強(qiáng)健的單位電流源，再利用計(jì)算機(jī)以蒙地卡羅(Monte-Carlo)法進(jìn)一步分析仿真該最優(yōu)化的單位電流源的性能。仿真條件可假設(shè)為一高斯分布(Gaussian distribution)及±10％(＝3σ)的變化的Vth1、Vth2、Vthb、Vthc及Vthp，并使電源電壓VDD的變化范圍為2.7V～3.9V，可得到電源抑制比等于0.15％的良好的性能。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明確可得到較好的電源抑制比。
上述的單位電流源40是利用三個(gè)參考電壓進(jìn)行電流的補(bǔ)償，其屬于電壓模式的控制方式。然而，當(dāng)要同時(shí)使用多個(gè)單位電流源40時(shí)，則所需總電流較大。例如，若一個(gè)單位電流源40需5微安(μA)的電流，當(dāng)其應(yīng)用于10位(bit)的電路時(shí)，總共需要5×210＝5120微安的電流，即約5毫安(mA)。
圖6顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例，其為利用電流模式(current mode)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯挝浑娏髟?0的電路結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)類似圖4的電路，但上下和部分晶體管極性相反，且圖6中將圖4中的第五MOS晶體管Mp由第六MOS晶體管M6及第七M(jìn)OS晶體管M7代替。該MOS晶體管M3及M4構(gòu)成一可控制電流方向的開關(guān)電路61，并將一電源電壓VDD耦合至MOS晶體管M3及MOS晶體管M4的源極。第一MOS晶體管M1及第二MOS晶體管M2組成一級聯(lián)晶體管62，而第三MOS晶體管Mb、第四MOS晶體管Mc、第六MOS晶體管M6及第七M(jìn)OS晶體管M7構(gòu)成一補(bǔ)償電路63。第三晶體管Mb的柵極端耦合其漏極端，以形成一二極管的型式，且再耦合至第二MOS晶體管M2的柵極端。該第二MOS晶體管M2的漏極端耦合至該開關(guān)電路61。第四MOS晶體管Mc的柵極端耦合至其漏極端，以形成一二極管的型式，且再耦合至第四MOS晶體管M1的柵極端。該補(bǔ)償電路63的第四MOS晶體管Mc、第三MOS晶體管Mb、第六MOS晶體管M6及第七M(jìn)OS晶體管M7是彼此連接，且該第四MOS晶體管Mc的源極、第六MOS晶體管M6的柵極及第七M(jìn)OS晶體管M7的柵極和源極均耦合至一電流供應(yīng)電路64。圖6的電流供應(yīng)電路64所示的電路僅為一實(shí)施例，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其它各種等效電路也可采用。
該電流供應(yīng)電路64藉由映射(mapping)作用使得該單位電流源60的第三MOS晶體管Mb及第六MOS晶體管M6間產(chǎn)生一電流Id，進(jìn)而產(chǎn)生偏壓，其效果相當(dāng)于電壓模式下的三個(gè)參考電壓。
該單位電流源60中的第四MOS晶體管Mc與第一MOS晶體管M1在電路布局(layout)上屬同樣位置，故兩者的臨界電壓Vth幾乎相同。因此，當(dāng)?shù)谝籑OS晶體管M1的臨界電壓Vth降低時(shí)，該第四MOS晶體管Mc的臨界電壓Vth也將隨之降低。如此一來，將使得流經(jīng)第三MOS晶體管Mb及第六MOS晶體管M6間的電流Id增加。然而因該第六及第七M(jìn)OS晶體管M6、M7的柵極及源極間的電壓并未改變，故此時(shí)第六及第七M(jìn)OS晶體管M6、M7在漏極的電壓將相對提高，造成第三及第四MOS晶體管Mb、Mc在柵極及源極間的跨壓減小，而降低Id的電流值。換言之，該單位電流源60本身即具有穩(wěn)定電流的功能，而可自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。
與電壓模式的設(shè)計(jì)相比較，因電流模式其本身具有自動(dòng)調(diào)整電流的特性，故當(dāng)應(yīng)用若干個(gè)單位電流源的情況時(shí)，使用電流模式的該單位電流源60可克服于電壓模式下可能產(chǎn)生電流耗損的問題，故不需要于電路中加設(shè)放大器以提供較大的驅(qū)動(dòng)能力。
此外，因該單位電流源60的電流Id具有補(bǔ)償功能，可維持電流固定。故相對于電壓模式，該單位電流源60對溫度的反應(yīng)較不敏感，即具有較低的溫度系數(shù)(Temperature Coefficient，TC)值。該單位電流源60關(guān)于溫度系數(shù)的測試結(jié)果如圖7所示。圖7中的曲線分為三群組，由上而下分別代表電壓VDD為3.6V、3.3V及3V的測試結(jié)果，而各群組的電流在100℃中的變化即為溫度系數(shù)(TC)值。由圖7可見，各群組中的電流在溫度由0℃至100℃中僅變化約0.0024mA，即TC＝0.0024mA/100℃，顯示本發(fā)明的單位電流源60對于溫度變化具有絕佳的穩(wěn)定性。此外，測試結(jié)果顯示，即便再加上電源抑制比及電流相對于臨界電壓的變化，也可將整體的電流變化控制在0.65％左右，顯示其可有效排除制程或功率變動(dòng)的干擾。
圖8顯示利用電流模式的單位電流源在二進(jìn)制加權(quán)電流源80的應(yīng)用。該二進(jìn)制加權(quán)電流源80包含一第一電流供應(yīng)電路81、一第一單位電流源82、一第二電流供應(yīng)電路83及一第二單位電流源84，其依序連接，且該第一及第二單位電流源82、84的電路結(jié)構(gòu)與圖6的單位電流源60相同或相似。該第一電流供應(yīng)電路81提供第一單位電流源82的所需電流。該第一單位電流源82的輸出電流經(jīng)由該第二電流供應(yīng)電路83傳輸至第二單位電流源84，以提供該第二單位電流源84的所需電流。本發(fā)明可藉由該單位電流源82、84本身可進(jìn)行電流補(bǔ)償?shù)奶匦裕S持固定的電流輸出，而不致有驅(qū)動(dòng)能力不足的問題發(fā)生。圖8所示的二進(jìn)制加權(quán)電流源80可依輸出位置的不同而產(chǎn)生一至三倍的電流，例如以該第一單位電流源82為一倍權(quán)值，以該第二單位電流源84為二倍權(quán)值。本發(fā)明并不需要制作相當(dāng)于三倍面積的電路，因而可有效降低成本。
圖9顯示本發(fā)明的固定電流源60在數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器90包含一電流供應(yīng)電路91、若干個(gè)如圖6的單位電流源60、一電阻串93及一限變(de-glitch)電路94。各單位電流源60的開關(guān)電路61是連接在該電阻串93，而該電阻串93的另一端則連接該限變電路94。若應(yīng)用于12位的電路，該單位電流源60總共需連接212＝4096個(gè)，從而可達(dá)到高速的轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人士仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請保護(hù)范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，包含一第一金屬氧化物半?dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端；一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其第二端電連接至所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端；一第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其柵極及第一端電連接至所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極；一第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其柵極和第一端電連接至該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極和該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二端，而其第二端電連接至第一參考電壓；一第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，電連接至所述第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極和第一端，該第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管是充當(dāng)一電阻的功能。
2.如權(quán)利要求1所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龅谝唤饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管的第二端用于輸出該固定電流源的電流。
3.如權(quán)利要求1所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龅谖褰饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管具有一柵極、第一端和第二端，該柵極及第二端分別電連接至第二參考電壓及第三參考電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龅诙饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管是通過一開關(guān)電路而電連接至一電源電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述開關(guān)電路包含兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二端共同電連接至該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端，且該兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端共同電連接至該電源電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述第一、第二、第三及第四金屬氧化物半?dǎo)體晶體管是N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，所述第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管是P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，且該第一端及第二端分別為漏極與源極。
7.如權(quán)利要求1所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于其輸出電流滿足下列公式I1=K1W1L1(Vr1)2(1+λVDS1)]]>其中K1是第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的參數(shù)；W1是第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道寬度；L1是第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道長度；Vr1是所述第一參考電壓；VDS1是該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端與第二端間的相對電壓；λ是一系數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述VDS1滿足下列公式VDS1=Vth22-(2VGSb-1kbRon)Vth2+VGSb2-VOD2]]>其中Vth2是所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的臨界電壓；VOD2是該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的過驅(qū)動(dòng)電壓；Kb是該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的參數(shù)；VGSb是該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極與第二端間的偏壓；Ron是該第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的等效電阻。
9.如權(quán)利要求8所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述Vth2大約等于VGSb-12kbRon.]]>
10.一種臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗唤M級聯(lián)晶體管，包含一第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管和一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；以及一補(bǔ)償電路，用于和所述第一與第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管形成一反饋電路。
11.如權(quán)利要求10所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述補(bǔ)償電路包含一第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極連接至所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極；一第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，所述第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管級聯(lián)于該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極連接至該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極，且其第二端連接至第一參考電壓；一固定阻值電阻，電連接至所述第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龅谌偷谒慕饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管是作為一二極管。
13.如權(quán)利要求11所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龉潭ㄗ柚惦娮铻橐坏谖褰饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管，其具有一柵極、第一端和第二端，該柵極及第二端分別電連接至第二參考電壓及第三參考電壓。
14.如權(quán)利要求10所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述級?lián)晶體管另連接至一開關(guān)電路。
15.如權(quán)利要求11所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于其輸出電流滿足下列公式I1=K1W1L1(Vr1)2(1+λVDS1)]]>其中K1是第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的參數(shù)；W1是第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道寬度；L1是第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的溝道長度；Vr1是所述第一參考電壓；VDS1是所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端與第二端間的相對電壓；λ是一系數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述VDS1滿足下列公式VDS1=Vth22-(2VGSb-1kbRon)Vth2+VGSb2-VOD2]]>其中Vth2是所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的臨界電壓；VOD2是所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的過驅(qū)動(dòng)電壓；Kh是所述第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的參數(shù)；VGSb是所述第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極與第二端間的偏壓；Ron是所述第五金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的等效電阻。
17.如權(quán)利要求16所述的臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述Vth2大約等于VGSb-12kbRon.]]>
18.如權(quán)利要求10所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述補(bǔ)償電路包含一第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極連接至該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管之柵極；一第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，該第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管串接于該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極連接至該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極，且其第二端連接至一電流供應(yīng)電路；一第六和第七金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其柵極電連接至該電流供應(yīng)電路，通過利用映射作用而產(chǎn)生電流，并流經(jīng)該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
19.如權(quán)利要求18所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述第三和第四金屬氧化物半?dǎo)體晶體管是作為一二極管。
20.一種臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，包含一第一金屬氧化物半?dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端；一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其第二端電連接至該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端；一第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其柵極及第一端電連接至該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極；一第四金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其柵極和第一端電連接至該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極和該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二端，而其第二端電連接至一電流供應(yīng)電路；一第六金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其柵極電連接至該電流供應(yīng)電路，其第二端電連接至該第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端；一第七金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，具有一柵極、第一端和第二端，其柵極及第一端連接至該電流供應(yīng)電路，其第二端連接至該第六金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端。
21.如權(quán)利要求20所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龅谝唤饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管的第二端用于輸出該固定電流源的電流。
22.如權(quán)利要求20所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟矗涮卣髟谟谒龅诙饘傺趸锇雽?dǎo)體晶體管是藉由一開關(guān)電路而電連接至一電源電壓。
23.如權(quán)利要求22所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于所述開關(guān)電路包含兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第二端共同電連接至該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端，且該兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的第一端共同電連接至該電源電壓。
24.如權(quán)利要求20所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于其是?yīng)用于一二進(jìn)制加權(quán)電流源。
25.如權(quán)利要求20所述的臨界電壓及信道長度調(diào)變補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其特征在于其是?yīng)用于一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種臨界電壓及溝道長度調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)墓潭娏髟?，其包含第一MOS晶體管、第二MOS晶體管、第三MOS晶體管、第四MOS晶體管及第五MOS晶體管，各晶體管分別具有柵極、第一端以及第二端。該第二MOS晶體管的第一端耦合至負(fù)載阻抗，其第二端耦合至該第一MOS晶體管的第一端。該第三晶體管的柵極及第一端共耦合至該第二MOS晶體管的柵極，其第二端耦合至該第四MOS晶體管的第一端。又該第四MOS晶體管的柵極及第一端共耦合至該第一MOS晶體管的柵極，其第二端耦合至第一參考電壓。該第五MOS晶體管的柵極及第二端分別耦合至第二參考電壓及第三參考電壓，其第一端耦合至該第三晶體管的柵極及第一端。
文檔編號H03M1/66GK1592115SQ0315519
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者楊景翔, 林俊偉 申請人:蔚華科技股份有限公司