專利名稱：電流鏡像電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流鏡像電路，包括輸入側(cè)晶體管和輸出側(cè)晶體 管，所述輸入側(cè)晶體管和輸出側(cè)晶體管通過發(fā)射極或源極耦合，并與 電壓連接。所述晶體管可以是雙極晶體管或場效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
這樣的電流鏡像電路可以從現(xiàn)有技術(shù)得到。電流鏡像例如是電流 控制的電源，即在輸出獲得輸入側(cè)電流的放大的、減小的或一致的拷貝。
帶有傳感器的電流鏡像電路也被作為輸入電流源來運(yùn)行。這提供 了以下優(yōu)點(diǎn)，即若輸入電流加倍，在環(huán)境溫度下電壓經(jīng)由傳感器不會(huì) 有較大改變。這意味著，同使用與傳感器串聯(lián)的測量電阻器的情況相 比，經(jīng)由傳感器的供電電壓的變化較小。作為現(xiàn)有技術(shù)，圖l表示了 這樣的己知電流鏡像。
然而，這樣的電流鏡像的缺點(diǎn)在于，在對地短路時(shí)，由于基極-發(fā)射極電壓增大至供電電壓電平，電流鏡像的晶體管可能被毀壞。在 對地連接為低阻抗時(shí)，非常高的電流流過兩個(gè)晶體管，因此，由于耗 散功率，晶體管存在很大的熱損壞的危險(xiǎn)。
為了防止這一點(diǎn)及保護(hù)電流鏡像電路，使用了保護(hù)電路，所述保
護(hù)電路利用通過附加電阻器的電壓降，確定并限制電流。圖2和圖3 表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種電路。然而，其缺點(diǎn)在于，第一晶體管的 集電極與供電或電池電壓之間的電壓降較大，直接降低了傳感器供電 電壓，這是不利的。
JP 05-303 439的摘要公幵了一種電流鏡像電路，包括兩個(gè)接地的 安全電阻器和輸入側(cè)安全電阻器，所述輸入側(cè)安全電阻器在第三晶體 管的集電極和基極之間轉(zhuǎn)換。EP0602699A2公開了一種限流電路，包括測量晶體管和測量電阻
器°

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電流鏡像電路，在對地短路時(shí)具有針對 損壞危險(xiǎn)的保護(hù)，而且在集電極和電池或供電電壓之間沒有大的電壓降。
這個(gè)目的是根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1所述的特征來實(shí)現(xiàn)的，電 流鏡像電路具有輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管或場 效應(yīng)晶體管，所述輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管或 場效應(yīng)晶體管通過發(fā)射極或源極耦合，并與電壓連接，所述輸入側(cè)晶 體管或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管彼此電耦合并 與另一場效應(yīng)晶體管以如下方式連接，所述另一場效應(yīng)晶體管的源極 與兩個(gè)晶體管或場效應(yīng)晶體管的基極或柵極耦合，所述另一場效應(yīng)晶 體管的漏極與輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管的集電極或漏極耦合。
以下，耦合的事實(shí)可以通過直接耦合或通過間接耦合來實(shí)現(xiàn)，因 此，例如，經(jīng)由耦合電容器或另一個(gè)電路元件的耦合也理解為表示耦合。
此處，若輸入側(cè)晶體管與輸出側(cè)晶體管的發(fā)射極與供電電壓UB 連接，是有利的。
另外，若場效應(yīng)晶體管是p溝道場效應(yīng)晶體管，如有利地是 MOSFET,這也是有利。
另外，若輸入側(cè)晶體管和輸出側(cè)晶體管是P叩晶體管，是有利的。
作為實(shí)施例的進(jìn)一步優(yōu)選示例，傳感器通過一個(gè)連接與輸入側(cè)晶 體管的集電極耦合，通過另一連接與地耦合。例如，這樣的傳感器可 以是汽車的ABS系統(tǒng)的傳感器。
作為實(shí)施例的進(jìn)一步示例，輸入側(cè)晶體管和輸出側(cè)晶體管的發(fā)射 極與地連接。
若場效應(yīng)晶體管是n溝道場效應(yīng)晶體管，尤其是如MOSFET，是 尤為有利的。若輸入側(cè)晶體管和輸出側(cè)晶體管是npn晶體管，傳感器
通過一個(gè)連接與輸入側(cè)晶體管的集電極耦合，通過另一連接優(yōu)選地與
供電電壓UB連接，也是有利的。
若場效應(yīng)晶體管的柵極與控制電路耦合，是尤為有利的。
此處，如下實(shí)施例是有利的控制電路具有晶體管，所述晶體管
通過集電極與場效應(yīng)晶體管的柵極耦合，通過基極至少與電流鏡像的
輸入側(cè)晶tf管的基極耦合，并通過發(fā)射極至少與輸入側(cè)晶體管的發(fā)射
極耦合。
上述根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例使用雙極晶體管表示，然而，作為
雙極晶體管的替代，也可以使用如MOSFET之類的場效應(yīng)晶體管，此
時(shí)，要連接的是場效應(yīng)晶體管的源極而非雙極晶體管的發(fā)射極、場效 應(yīng)晶體管的漏極而非雙極晶體管的集電極、以及場效應(yīng)晶體管的柵極 而非雙極晶體管的基極。于是，p叩晶體管有利地是p溝道場效應(yīng)晶
體管，npn晶體管有利地是n溝道場效應(yīng)晶體管，如MOSFET。 進(jìn)一步的有利實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中描述。


參照以下描述的實(shí)施例，闡述本發(fā)明的這些方面和其他方面，本 發(fā)明的這些方面和其他方面通過這些描述將是顯而易見的。 在附圖中-
圖1給出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流鏡像電路的示意圖； 圖2給出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流鏡像電路的示意圖； 圖3給出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流鏡像電路的示意圖； 圖4給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖； 圖5給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖； 圖6給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖； 圖7給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖； 圖8給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖； 圖9給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖；以及 圖0給出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了電流鏡像電路1，其中，兩個(gè)晶體管，即輸入側(cè)晶體
管Q,和輸出側(cè)晶體管Q2通過各自的發(fā)射極2、3與供電電壓UB連接。 晶體管Qm Q2的基極4、 5彼此耦合。傳感器7與晶體管Q,的集電極 6連接，所述傳感器優(yōu)選地具有雙線接口，其中一個(gè)連接8 (如導(dǎo)線) 與集電極6耦合，另一連接9與地耦合。另外，晶體管Q,的基極5 和Q,的集電極6之間有連接10。使用電流鏡像電路l，電源U皮形 成為具有雙線接口的傳感器7。上文已經(jīng)描述過其優(yōu)點(diǎn)在于，若在環(huán) 境溫度下輸入電流Iin加倍，經(jīng)由傳感器的電壓僅略微改變。這也意味 著，同測量電阻器與傳感器7串聯(lián)的設(shè)置相比，電壓的變化較小。然 而，該電路的缺點(diǎn)在于，當(dāng)對地短路時(shí)，晶體管Q,和/或Q2存在損壞 的危險(xiǎn)。在這種情況下，基極發(fā)射極電壓將增大至供電電壓電平，將 可能損毀晶體管。但是，在對地連接僅為低阻抗時(shí)，也有大電流流過 兩個(gè)晶體管，因此，由于耗散功率，晶體管存在很大的熱損毀的危險(xiǎn)。
出于這個(gè)原因，向電流鏡像電路提供了保護(hù)措施，如圖2所示。 在圖2中，示出了電流鏡像電路20，其中，在圖l的電路中提供了兩個(gè) 電阻器R,和R2，其中R,在UB與Qi的發(fā)射極21之間轉(zhuǎn)換，R2在Q2的發(fā)射 極22與UB之間轉(zhuǎn)換。另外，在Q,和Q2各自的基極24、 25及Q,的發(fā)射極 21與UB之間提供了保護(hù)電路23。此外，電路20與圖1的電路1相對應(yīng)， 因此不再進(jìn)一步描述。圖2的電路利用了附加測量電阻器R,，用于通過 電壓降測量和限制輸入電流。
圖3示出了各自合適的電流鏡像電路30，其中包括pnp晶體管31 以替代圖2中的保護(hù)電路23。晶體管Q3通過其基極32與晶體管Q,的發(fā) 射極33耦合，通過其發(fā)射極34與UB耦合，并通過其集電極35與Q,和Q2 的基極36、 37耦合。另外，附加電阻器R3在Q,的集電極38和Q,的基極 36之間轉(zhuǎn)換。該電路30使輸入電流Iin被限制在0.6V/R,的值，從而實(shí)現(xiàn) 了電流鏡像的保護(hù)。然而，該保護(hù)是通過在Q!的集電極和UB之間顯著
的電壓降來獲得的，這樣導(dǎo)致了傳感器供電電壓的不利的降低。
與此相反，圖4中示意性表示了根據(jù)本發(fā)明的有利的電流鏡像電 路40。根據(jù)圖4的電路與圖1的電路相對應(yīng)，其中，在Q!的集電極基極
連接中提供了附加的P溝道場效應(yīng)晶體管Q3，并為場效應(yīng)晶體管Q3提 供了控制電路41。此處，場效應(yīng)晶體管Q3以這樣的方式連接，即柵極
43與控制電路41耦合，源極44與兩個(gè)晶體管Q" Q2的基極45、 46耦合， 漏極47與Qi的集電極48耦合。
若晶體管Q3在線性模式下運(yùn)行，它產(chǎn)生漏極和源極之間的低阻抗 連接以及它們之間的合適的直接連接。則—電流鏡像40如圖1中的電流鏡 像般運(yùn)行。然而，若流經(jīng)晶體管Q,的電流變得過大，柵極電位升高， 使Q3進(jìn)入飽和模式，使得來自晶體管Q,的集電極的電流減小。于是， 在電流鏡像的輸入42處的可能的短路造成流入、流出電流鏡像的最大 電流被限定，即L和I。ut被限制。因此，有效地保護(hù)了電路40，使其免 受例如對地短路及其后果。
圖5示出了用于控制場效應(yīng)晶體管Q3 51的簡單電路50，場效應(yīng)晶 體管Q3實(shí)質(zhì)上與圖4的場效應(yīng)晶體管Q3相對應(yīng)。在圖5中，提供了用于 控制的晶體管Q4，晶體管Q4在發(fā)射極側(cè)52與電池或供電電壓UB連接， 在集電極側(cè)與場效應(yīng)晶體管Q3的柵極54連接并通過電阻器R4與地55 連接。Q4的基極56與Q,、 Q2各自的基極57、 58耦合。若只有小電流Ij。 流入晶體管Q,，電壓降為RZIQ，其中IC4是Q4的集電極電流，Q3的柵 極源極電壓為高。在這種情況下，Q3被導(dǎo)通，如短路或如低阻抗電阻 器一樣工作。
然而，若輸入電流增大，Q3的柵極源極電壓降低，若達(dá)到截止電 壓，則Q3將改變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，從而限制了電流鏡像50的輸入電流I,n。
根據(jù)本發(fā)明，若電阻器R4被用于評估所連接的微控制器，則可能 更為有利。優(yōu)選地，只要最大電壓保持場效應(yīng)晶體管Q3導(dǎo)通，在正常 運(yùn)行狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在這種情況下，甚至可以省略晶體管Q2。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像60的實(shí)施例的進(jìn)一步示例，其 中，電流鏡像被設(shè)置在傳感器61的接地側(cè)。這意味著，與圖5的p叩晶 體管相比，晶體管Q,、 Q2和Q4被設(shè)計(jì)為npn晶體管，場效應(yīng)晶體管Q3 被設(shè)計(jì)為n溝道場效應(yīng)晶體管，例如n溝道MOSFET。因此，與圖5的電 路相比，該電路以這樣的方式反轉(zhuǎn)，即傳感器61的傳感器輸入和電阻
器R4與Ub逢接，Q,、 Q2和Q4的發(fā)射極與地連接。
圖4至6中所示的根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路的實(shí)施例的示例也 可以使用場效應(yīng)晶體管替代雙極晶體管來表示。此處為了避免重復(fù)， 要連接的是場效應(yīng)晶體管的源極而非雙極晶體管的發(fā)射極，要連接的 是場效應(yīng)晶體管的漏極而非雙極晶體管的集電極，要連接的是場效應(yīng)
晶體管的柵極而非雙極晶體管的基極。于是，pnp晶體管有利地是p 溝道場效應(yīng)晶體管，叩n晶體管有利地是n溝道場效應(yīng)晶體管，如 MOSFET。
根據(jù)本發(fā)明的這樣的電流鏡像電路在圖7至10中表示。圖7示出了 與圖4的電流鏡像電路40相似的根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像電路100。根據(jù) 圖7的電路100與圖4的電路相對應(yīng)，其中，在場效應(yīng)晶體管Q,的漏極-柵極連接中提供了附加的p溝道場效應(yīng)晶體管Q3，并為場效應(yīng)晶體管 Q3提供了控制電路101。此處，場效應(yīng)晶體管Q3以這樣的方式連接， 即柵極103與控制電路101耦合，源極104與兩個(gè)場效應(yīng)晶體管Q,、 Q2 的柵極105、 106耦合，漏極107與Qi的漏極108耦合。
若晶體管Q3在線性模式下運(yùn)行，它再次產(chǎn)生漏極和源極之間的低 阻抗連接以及它們之間的合適的直接連接。則電流鏡像100如圖1中的 電流鏡像般工作。然而，若流經(jīng)晶體管(^的電流變得過大，柵極電位 升高，使Q3進(jìn)入飽和模式，使得來自晶體管Q,的漏極的電流減小。于 是，在電流鏡像的輸入102處的可能的短路造成流入、流出電流鏡像的
最大電流被限定，即lin和I。ut被限制。因此，有效地保護(hù)了電路IOO，
使其免受例如對地短路及其后果。
圖8示出了電流鏡像電路110，其中，輸入111與供電電位UB連接，
場效應(yīng)晶體管Q,和Q2的源極112、 113與地電位連接。另外，除了在電 路110中使用n溝道場效應(yīng)晶體管而在電路100中使用p溝道場效應(yīng)晶體 管之外，電路100與110相對應(yīng)。此處，場效應(yīng)晶體管Q3以這樣的方式 連接，即柵極115與控制電路116耦合，源極117與兩個(gè)場效應(yīng)晶體管 Q,、 Q2的柵極U8、 119耦合，漏極120與Q!的漏極121耦合。
圖10示出了用于控制場效應(yīng)晶體管Q3的簡單電路130，場效應(yīng)晶 體管Q3實(shí)質(zhì)上與圖7的場效應(yīng)晶體管Q3相對應(yīng)。在圖9中，提供了用于 控制目的的另一場效應(yīng)晶體管Q4，場效應(yīng)晶體管Q4在源極側(cè)132與電
池或供電電壓UB連接，在漏極側(cè)133與場效應(yīng)晶體管Q3的柵極134連接 并通過電阻器R4與地連接。Q4的柵極136與Q,、 Q2各自的柵極137、 138
孝禺合。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的電流鏡像140的實(shí)施例的另一示例，其 中，電流鏡像被設(shè)置在傳感器141的接地側(cè)。這意味著，場效應(yīng)晶體管 Q,、 Q2、 Q3和Q4被設(shè)計(jì)為n溝道場效應(yīng)晶體管，如n溝道MOSFET。因 此，與圖9的電路相比，該電路以這樣的方式反轉(zhuǎn)，即傳感器141的傳
感器輸入和電阻器R4與UB連接，Q" Q2和Q4的源極極與地電位連接。
權(quán)利要求
1.一種電流鏡像電路(40、50、60)，包括輸入側(cè)晶體管(Q1)或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管(Q2)或場效應(yīng)晶體管，所述輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管通過發(fā)射極或源極耦合，并與電壓(UB，55)連接，所述輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管通過各自的基極(45、46、57、58)或柵極彼此電耦合，并與場效應(yīng)晶體管(Q3)以如下方式連接，即場效應(yīng)晶體管(Q3)的源極(44)與兩個(gè)晶體管(Q1、Q2)或場效應(yīng)晶體管的基極(45、46、57、58)或柵極耦合，場效應(yīng)晶體管(Q3)的漏極(47)與輸入側(cè)晶體管(Q1)或場效應(yīng)晶體管的集電極(48)或漏極耦合。
2. 如權(quán)利要求1所述的電流鏡像電路，其特征在于輸入側(cè)晶體 管(Q,)或場效應(yīng)晶體管的發(fā)射極或源極以及輸出側(cè)晶體管(Q2)或 場效應(yīng)晶體管的發(fā)射極或源極與供電電壓Ub逢接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電流鏡像電路，其特征在于場效應(yīng)晶體管(Q3)是p溝道場效應(yīng)晶體管。
4. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的電流鏡像電路，其特征在于輸 入側(cè)晶體管(Q。和輸出側(cè)晶體管(Q2)分別是pnp晶體管，或者輸 入側(cè)場效應(yīng)晶體管和輸出側(cè)場效應(yīng)晶體管分別是如MOSFET之類的p 溝道場效應(yīng)晶體管。
5. 如之前任一權(quán)利要求所述的電流鏡像電路，其特征在于傳感 器(61)通過一個(gè)連接與輸入側(cè)晶體管(Q?；驁鲂?yīng)晶體管的集電 極(48)或漏極耦合，并通過另一連接與地(55)耦合。
6. 如權(quán)利要求l所述的電流鏡像電路，其特征在于輸入側(cè)晶體 管(Q?；驁鲂?yīng)晶體管的發(fā)射極或源極以及輸出側(cè)晶體管(Q2)或 場效應(yīng)晶體管的發(fā)射極或源極與地(55)連接。
7. 如權(quán)利要求1或6所述的電流鏡像電路，其特征在于場效應(yīng) 晶體管(Q3)是如MOSFET之類的n溝道場效應(yīng)晶體管。
8. 如權(quán)利要求l、 6或7所述的電流鏡像電路，其特征在于輸 入側(cè)晶體管(Q,)和輸出側(cè)晶體管(Q2)分別是叩n晶體管或如MOSFET 之類的n溝道場效應(yīng)晶體管。
9. 如之前任一權(quán)利要求所述的電流鏡像電路，其特征在于傳感 器(61)通過一個(gè)連接與輸入側(cè)晶體管(Q,)或場效應(yīng)晶體管的集電極或漏極耦合，并通過另一連接與供電電壓UB連接。
10. 如之前任一權(quán)利要求所述的電流鏡像電路，其特征在于場效應(yīng)晶體管(Q3)的柵極(43、 54)與控制電路(41)耦合。
11. 如權(quán)利要求IO所述的電流鏡像電路，其特征在于控制電路 (41)包括晶體管(Q4)或場效應(yīng)晶體管，所述晶體管(Q4)或場效應(yīng)晶體管通過集電極(53)或漏極與場效應(yīng)晶體管(Q3)的柵極(54) 耦合，通過基極(56)或柵極至少與電流鏡像的輸入側(cè)晶體管(Q,) 或場效應(yīng)晶體管的基極(57)或柵極耦合，并通過發(fā)射極(52)或源 極至少與輸入側(cè)晶體管(Q》或場效應(yīng)晶體管的發(fā)射極或源極耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流鏡像電路(40、50、60)，包括輸入側(cè)晶體管(Q₁)或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管(Q₂)或場效應(yīng)晶體管，所述輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管與輸出側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管通過發(fā)射極或源極耦合，并與電壓(U_B，55)連接，所述輸入側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管以及輸出側(cè)晶體管或場效應(yīng)晶體管通過各自的基極(45、46、57、58)或柵極彼此電耦合，并與場效應(yīng)晶體管(Q₃)以如下方式連接，即場效應(yīng)晶體管(Q₃)的源極(44)與兩個(gè)晶體管(Q₁、Q₂)或場效應(yīng)晶體管的基極(45、46、57、58)或柵極耦合，場效應(yīng)晶體管(Q₃)的漏極(47)與輸入側(cè)晶體管(Q₁)或場效應(yīng)晶體管的集電極(48)或漏極耦合。
文檔編號H03K17/082GK101375499SQ200780003947
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
發(fā)明者斯蒂芬·布茨曼 申請人:Nxp股份有限公司