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Einfache Ersatzkonfiguration fuer einen PNP (PMOS) Stromspiegel durch Einsatz von NPN (NMOS) Elementen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000031457D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 10 (2004-10-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Oct-25
Document File: 3 page(s) / 119K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Derzeit werden zumeist PNP (Positive Negative Positive Channel) (PMOS - Positive Channel Metal Oxide Semiconductor) Elemente dazu verwendet, einen gegebenen Strom derart auf einen anderen abzubilden, dass der Ausgangsstrom als Stromquelle wirkt (PNP-Stromspiegel). Dieser ist gegebenenfalls kaskadiert. Dadurch kann sich eine schlechte Betriebsspannungsunterdrueckung (PSRR - Power Supply Rejection Ratio) ergeben. Zudem weisen PNP und PMOS Transistoren oftmals schlechtere Eigenschaften auf als NPN (Negative Positive Negative Channel) und NMOS (Negative Channel Metal Oxide Semiconductor) Transistoren. Beispielsweise besitzen PNP Transistoren eine geringere Stromverstaerkung und eine tiefe Transitfrequenz. Eine neuartige besondere Schaltungskonfiguration, bei der zwei Strommesselemente (Transistoren) verwendet werden, die den Unterschied zwischen Ausgangsstrom und Eingangsstrom messen und mit hoher Geschwindigkeit auf Null regeln, loest das Problem. Es kann damit eine hoehere Betriebsspannungsunterdrueckung (PSRR) in der Stromspiegelung erreicht werden. Dabei wird eine Konfiguration aus ausschliesslich NPN (NMOS) Transistoren derart verwendet, dass der Ausgangsstrom auf den Eingangsstrom abgebildet wird. Es handelt sich hierbei um ein geregeltes Strommessprinzip, dessen Signale sich alle auf die Ausgangslast beziehen. Da auch die Regelungsschaltung des Stromspiegels aus NPN (NMOS) Transistoren besteht, koennen mit diesem Prinzip hohe Frequenzen erreicht werden. Durch einen geschickten Regelungsmechanismus des Stromspiegels ergibt sich der Vorteil, dass das System leicht stabilisiert werden kann. Es ist eine stabile Realisierung moeglich, die weitgehend unabhaengig von Fertigungstoleranzen ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass alle relevanten Signale auf die Last bzw. auf die Masse bezogen sind und sich somit eine sehr hohe PSRR fuer den Ausgangsstrom ergeben kann. Die Schaltung ist zudem relativ einfach gestaltet.

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Einfache Ersatzkonfiguration fuer einen PNP (PMOS) Stromspiegel durch Einsatz von NPN (NMOS) Elementen

Idee: Dr. Stefan Groiss, AT-Villach

Derzeit werden zumeist PNP (Positive Negative Positive Channel) (PMOS - Positive Channel Metal Oxide Semiconductor) Elemente dazu verwendet, einen gegebenen Strom derart auf einen anderen abzubilden, dass der Ausgangsstrom als Stromquelle wirkt (PNP-Stromspiegel). Dieser ist gegebenenfalls kaskadiert. Dadurch kann sich eine schlechte Betriebsspannungsunterdrueckung (PSRR - Power Supply Rejection Ratio) ergeben. Zudem weisen PNP und PMOS Transistoren oftmals schlechtere Eigenschaften auf als NPN (Negative Positive Negative Channel) und NMOS (Negative Channel Metal Oxide Semiconductor) Transistoren. Beispielsweise besitzen PNP Transistoren eine geringere Stromverstaerkung und eine tiefe Transitfrequenz.

Eine neuartige besondere Schaltungskonfiguration, bei der zwei Strommesselemente (Transistoren) verwendet werden, die den Unterschied zwischen Ausgangsstrom und Eingangsstrom messen und mit hoher Geschwindigkeit auf Null regeln, loest das Problem. Es kann damit eine hoehere Betriebsspannungsunterdrueckung (PSRR) in der Stromspiegelung erreicht werden. Dabei wird eine Konfiguration aus ausschliesslich NPN (NMOS) Transistoren derart verwendet, dass der Ausgangsstrom auf den Eingangsstrom abgebildet wird. Es handelt sich hierbei um ein geregeltes Strommessprinzip, dessen Signale sich alle auf die Ausgangslast beziehen. Da auch die Regelungsschaltung des Stromspiegels aus NPN (NMOS) Transistoren besteht, koennen mit diesem Prinzip hohe Frequenzen erreicht werden. Durch einen geschickten Regelungsmechanismus des Stromspiegels ergibt sich der Vorteil, dass das System leicht stabilisiert werden kann. Es ist eine stabile Realisierung moeglich, die weitgehend unabhaengig von Fertigungstoleranzen ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass alle relevanten Signale auf die Last bzw. auf die Masse bezogen sind und sich somit eine sehr hohe PSRR fuer den Ausgangsstrom ergeben kann. Die Schaltung ist zudem relativ einfach gestaltet.

Abbildung 1 zeigt die prinzipielle Wirkungsweise. Dabei wird der Eingangsstrom I_1 durch die gepaarten Transistoren T1 und T2 auf den Ausgangsstrom I_2 abgebildet. Die daraus entstehende Differenzspannung wird durch den einfachen Differenzregler bestehend aus T3 und T4 derart ausgeregelt, dass sich I_1 = I_2 bzw. einem anderen Spiegelverhaeltnis entsprechend entsteht. Die Steilheit gm3 beschreibt die Verstaerkung des Differenzreglers. Je groesser gm3 ist, desto kleiner ist die verbleibende Differenzspannung und desto genauer wird der Ausgangsstrom auf den Eingangsstrom abgebildet. Der aus T3 und T4 bestehende Differenzverstaerker besitzt eine Rueckkopplung auf den Eingang, welche verstaerkungserhoehend wirkt. Diese Verstaerkererhoehung ist dabei proportional der Impedanz am Knoten von den Gateanschluessen von T1 und T2.

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