Current mirror
专利汇可以提供Current mirror专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且본 발명은 전류 미러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 공정상의 편차, 채널 길이 모듈레이션 등의 전류 오차를 보정할 수 있는 전류 미러에 관한 것이다. 그 미러는 정전류를 공급하는 정전류원; 제1 및 제2단자 사이에 직렬 연결되는 제1트랜지스터 및 제2부하; 상기 제1단자와 상기 트랜지스터의 신호 입력 경로 사이에 연결되는 제1캐패시터; 상기 정전류원과 트랜지스터 사이의 전류 경로를 단속하는 제1스위칭 수단; 및 상기 트랜지스터 및 부하 사이의 전류 경로를 단속하는 제2스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.，下面是Current mirror专利的具体信息内容。
전류 미러{Current mirror}
본 발명은 전류 미러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 공정상의 편차, 채널 길이 모듈레이션 등의 전류 오차를 보정할 수 있는 전류 미러에 관한 것이다.
일반적으로 전류 미러는 차동 증폭기, 비교기 등 다양한 적용이 가능한 기본 회로에 해당한다. 이러한 전류 미러는 각 MOS의 문턱 전압, 이동도 등의 제조 공정상의 편차 및 채널 길이 모듈레이션(channel length modulation)으로 인하여 트랜지스터 상호 간에는 전류 오차가 발생하게 된다.
도 1은 일반적인 전류 미러 회로를 도시한 것으로, 접지된 전류원(I1)과, 전류원(I1)과 소스가 연결되고 게이트 및 소스가 접속된 제1피모스(M1)과, 제1피모스(M1)와 게이트가 공통 접속된 제2피모스(M2)로 구성된다. 이때, 도면 부호 A는 전류 미러를 적용하는 회로 블록을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 전류 미러에 있어서, 제1피모스(M1)의 드레인과 소스 간의 전압은 게이트와 소스가 접속된 상태이므로 그 게이트와 드레인 간의 전압과 동일하다. 반면에, 제2피모스(M2)의 드레인과 소스 간의 전압은 드레인-소스 간의 전압이 변하면 드레인 영역 근처에서의 공핍층의 폭이 변하고 따라서 채널 길이에 변화가 생기는 즉, 채널 길이 모듈레이션 현상에 의해 제1피모스(M1)의 드레인과 소스 간 전압과 달라진다. 그러므로 제1피모스(M1)과 제2피모스(M2)에 흐르는 전류는 서로 상이하게 되는 문제점이 있었다.
일반적인 트랜지스터에 흐르는 전류는 다음 수학식 1과 같다.
이때, 트랜지스터에 대하여 각각
는 n채널 혹은 p채널의 이동도를, 는 커패시터의 용량을, 는 폭, 은 길이, 는 게이트-소스 간 전압, 은 문턱 전압, 는 채널 길이 모듈레이션 계수를 각각 나타낸 것이다.상기 수학식 1에 따르면, 제1피모스(M1)의 드레인-소스 간의 전압은 제1피모스(M1)의 게이트-소스 간의 전압 값과 같은 반면에, 제2피모스(M2)의 드레인과 소스 간의 전압은 채널 길이 모듈레이션 현상에 의하여 제2피모스(M2)의 드레인과 소스 간의 전압 값이 달라지게 된다. 따라서, 상기 수학식 1에 나타난 바와 같이, 트랜지스터의
가 달라짐으로써, 트랜지스터에 흐르는 전류(I) 또한 달라지게 된다. 따라서, 이러한 전류 미러를 적용한 회로 설계시, 불안정한 동작의 원인이 되기도 한다. 특히, 유기 전계 발광 디스플레이와 같이 전류에 의한 데이터 구동이 이루어지는 경우에는 이러한 전류 오차는 전혀 다른 데이터를 구동하므로 심각한 동작 오류를 발생하는 원인이 된다.상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제조공정상의 편차, 채널 길이 모듈레이션 현상에 의해 발생하는 트랜지스터 상호 간의 전류 오차를 보정할 수 있는 전류 미러 및 그 전류 오차 보정 방법을 제공하는 데에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류 미러는 정전류를 공급하는 정전류원; 제1 및 제2단자 사이에 직렬 연결되는 제1트랜지스터 및 제2부하; 상기 제1단자와 상기 트랜지스터의 신호 입력 경로 사이에 연결되는 제1커패시터; 상기 정전류원과 트랜지스터 사이의 전류 경로를 단속하는 제1스위칭 수단; 및 상기 트랜지스터 및 부하 사이의 전류 경로를 단속하는 제2스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 스위칭 수단은 교번적으로 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2단자 사이에 직렬 연결되는 제2트랜지스터 및 제2부하; 상기 제1단자와 상기 제2트랜지스터의 신호 입력 경로 상에 연결되는 제2커패시터; 상기 정전류원 및 상기 제2트랜지스터 사이의 전류 경로를 단속하는 제3스위칭 수단; 및 상기 제2트랜지스터 및 상기 제2부하 사이의 전류 경로를 단속하는 제4스위칭 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 및 제4스위칭 수단은 교번적으로 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스위칭 동작은 충전 주기와 구동 주기로 구분되며, 상기 충전 주기가 상기 구동 주기보다 짧은 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 미러의 회로도를 도시한 것으로, 두 개의 피모스(PM1, PM2), 두 개의 커패시터(C1, C2), 정전류원(I2), 부하(C, D), 그리고 여섯 개의 스위치들(S1~S6)로 구성된다.
그 구성을 구체적으로 살펴보면, 두 개의 피모스(PM1, PM2)는 각각 캐패시터(C1,C2)를 통해 게이트와 소스 간이 연결된다. 정전류원(I2)은 제1피모스(PM1)와 두 개의 스위치(S1, S2)를 통해 연결되고, 또한 제2피모스(PM2)와는 세 개의 스위치(S1, S4, S5)를 통해 연결된다. 그리고 부하(C)는 두 개의 스위치(S2, S3)를 통해 제1피모스(PM1)와 연결되고, 부하(D)는 두 개의 스위치(S5, S6)를 통해 연결된다.
상기 구성에 따른 동작을 상세 설명하면 다음과 같다.
앞서 살펴본 바와 같이, 전류 미러의 제조 공정상의 편차로 인하여 동일 크기의 전류를 미러 하지 못하고 트랜지스터 상호 간에 전류 오차를 가지게 된다. 따라서, 정밀한 전류를 제어해야 하는 회로에 있어서는 이러한 전류 오차는 그 동작에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 제조 공정상의 편차, 채널 길이 모듈레이션 등으로 인한 전류 오차를 보상할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
도 2에 있어서, 정전류원(I2)에 의한 정전류는 미러링 되어 제1 및 제2피모스(PM1, PM2)를 통해 동일 전류량이 흐른다. 그러나 상술한 바와 같이 제조 공정상의 편차로 인하여 정전류원(I2)에 의한 전류량이 동일하게 제1 및 제2피모스에 미러링 되지 못한다. 따라서, 이러한 전류 오차를 보상하기 위하여 제1 및 제2피모스(PM1, PM2)의 게이트와 소스 간에는 각각 커패시터(C1, C2)를 그리고 각 전류 경로에는 스위치(S1~S6)를 추가 연결한다. 이때, 미러링 되는 트랜지스터(PM1, PM2)는 그 수를 더 증가 시킬 수도 있다.
제1 및 제2피모스(PM1, PM2)에 흐르는 전류를 각각 Ip4 및 Ip5라 할 때, 이를 식으로 표현하면 다음 수학식 2와 같다.
상기 수학식 2에 있어서, Ip4 및 Ip5는 정전류원(I2)에 의해 공통 연결되므로 동일한 전류 값이 같다. 앞서 살펴본 바와 같이, 각 트랜지스터의 제조 공정상의 편차로 인하여 문턱 전압
, W/L, 등의 서로 다른 값을 갖더라도 게이트와 소스 사이에 연결된 두 개의 커패스터(C1, C2)에 충전되는 전압이 서로 다른 전압으로 충전되므로 두 피모스(PM1, PM2)에 흐르는 전류량은 같아지게 되므로 두 피모스(PM1, PM2) 상호 간의 전류 오차를 보상시킬 수가 있게 된다.이때, 스위칭 동작은 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전류 미러는 전류 오차를 보상하기 위하여 충전 주기와 구동 주기로 구분 동작한다.
먼저, 충전 주기는 커패시터(C1, C2)에 대한 충전이 이루어지는 주기로, 제1피모스(PM1)에 연결된 커패시터(C1)에 대한 충전을 수행하기 위하여 충전 주기 중 A 구간 동안 S1 및 S2 스위치가 닫힌다. 따라서, A 구간 동안 커패시터(C1)에 대한 충전이 이루어진다. 또한, B 구간 동안에는 S1, S4, S5 스위치가 닫히게 되면서 캐패시터(C2)에 대한 충전이 이루어진다.
이어서, 구동 주기는 충전 주기가 끝난 후에 S2 및 S4 스위치가 열리면서 정전류원(I2)과 차단되고 S2, S3, 그리고 S5 및 S6 스위치가 닫히게 되므로 충전된 전압에 의한 전류 미러 동작이 수행된다.
즉, 상대적은 짧은 충전 주기 동안 커패시터(C1, C2)에 의해 충전이 이루어지고 이후, 구동 주기 동안 충전 전압에 의한 실제 구동이 이루어지며, 제조 공정상의 편차, 또는 채널 길이 모듈레이션 등에 의한 전류 오차를 보상할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전류 미러는 제조 공정상의 편차, 채널 길이 모듈레이션 등에 기인한 전류 오차를 트랜지스터의 게이트 및 드레인 전압을 커패시터를 통해 충전하고 이 충전된 전압을 이용하여 전류 미러링 시키는 방식을 적용함으로써, 이를 보정할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 전류 미러의 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 미러의 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전류 미러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
M1, M2, PM1, PM2: 피모스 I1, I2: 정전류원
C1, C2: 커패시터 A, C, D: 부하
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