一種電流自動切換電路及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種電流自動切換電路及其實現方法，電路結構包括第一偏置管、第二偏置管、第三偏置管，第一電流鏡像管、第二電流鏡像管、第三電流鏡像管，第一恒流源，第一切換開關，第二切換開關，施密特觸發器，第一反相器，第二反相器，兩路互補開關電路，第二恒流源，其中一路互補開關電路包括第一互補開關、第二互補開關，另一路互補開關電路包括第三互補開關、第四互補開關。本發明能夠在外部恒流源接入且其電流值達到閾值時將外部恒流源接入，而當外部恒流源達不到要求時重新切換回內部恒流源，從而實現了內、外恒流源的自動切換；本電路中第二切換開關提供遲滯功能，保證在切換點附近不會發生連續切換。
【專利說明】
一種電流自動切換電路及其實現方法
技術領域
[0001]本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種在集成電路內部用于檢測電流輸入并自動切換的電路及其實現方法。
【背景技術】
[0002]在集成電路內部通常需要穩定的偏置電流，例如運算放大器的偏置電流，這就需要形成穩定地恒流源電路。由于在集成電路內部不易實現高精度，低溫漂的恒流源電路，對恒流源的要求較高時就需要采用外部專用的恒流源。實際應用中，在集成電路內部通常會內建一個恒流源，該恒流源在沒有外部恒流源的情況下為電路提供偏置，然而當外部恒流源接入時，需要立即切斷內部恒流源并連接至外部恒流源提供電流，通常的電路切換方法是設置一位數字控制位，改變該控制位可以選擇不同的電流源，但是這種方式存在以下弊端:如果外部電流源未準確啟動就執行切換，會造成內部電路的邏輯錯誤;而且數字控制位方式需要額外的引腳或數字電路，會消耗其他芯片資源。

【發明內容】

[0003]為解決上述問題，本發明公開了一種電流自動切換電路及其實現方法，能夠在外部電流接入時實現電流的自動選擇，并檢測電流是否達到所要求的功能。
[0004]為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種電流自動切換電路，包括第一偏置管、第二偏置管、第三偏置管，第一電流鏡像管、第二電流鏡像管、第三電流鏡像管，第一恒流源，第一切換開關，第二切換開關，施密特觸發器，第一反相器，第二反相器，兩路互補開關電路，第二恒流源，其中一路互補開關電路包括第一互補開關、第二互補開關，另一路互補開關電路包括第三互補開關、第四互補開關;所述第一偏置管、第二偏置管、第三偏置管的柵極接偏置電壓，源極接地，第一偏置管的漏端與第一切換開關的源端連接，第二偏置管的漏端與第二電流鏡像管的漏端連接，第三偏置管的漏端與第二切換開關的源端連接;所述第一切換開關、第二切換開關的柵極與施密特觸發器的輸出端連接，第一切換開關的漏端與第一電流鏡像管的漏端連接，第二切換開關的漏端與第二電流鏡像管的漏端連接，所述第一電流鏡像管、第二電流鏡像管、第三電流鏡像管的柵極與第一電流鏡像管的漏端連接，所述施密特觸發器的輸入端與第二電流鏡像管的漏端連接，輸出端與第一反相器的輸入端連接，第一反相器的輸出端與第二反相器的輸入端連接，第一反相器的輸出端還與第二互補開關、第三互補開關的柵極相連，第二反相器的輸出端與第一互補開關、第四互補開關的柵極相連，第一互補開關的漏端與第二互補開關的源端相連，第一互補開關的源端與第二互補開關的漏端相連，第三互補開關的漏端與第四互補開關的源端相連，第三互補開關的源端與第四互補開關的漏端相連;所述第一恒流源與第一電流鏡像管的漏端和第一切換開關的漏端連接，所述第三電流鏡像管的漏端與其中一路互補開關連接，所述第二恒流源與另一路互補開關相連。
[0005]進一步的，所述偏置管均采用NMOS管，所述電流鏡像管均采用PMOS管，第三電流鏡像管的漏端與第一互補開關的源端和第二互補開關的漏端連接，所述第二恒流源的輸出端與第三互補開關的源端和第四互補開關的漏端相連。
[0006]進一步的，所述偏置管均采用PMOS管，所述電流鏡像管均采用NMOS管，第三電流鏡像管的漏端與第三互補開關的漏端和第四互補開關的源端連接，所述第二恒流源的輸出端與第一互補開關的漏端和第二互補開關的源端相連。
[0007]本發明還提供了電流自動切換電路的實現方法:
當第一恒流源未接入時，第二電流鏡像管等量鏡像第一電流鏡像管的電流，第一切換開關，第二切換開關均導通，第二偏置管電流與第三偏置管電流之和遠大于第二電流鏡像管電流，第二電流鏡像管漏端電平經施密特觸發器處理、并由第一反相器、第二反相器緩沖后，輸出數字控制信號，使得與第三電流鏡像管連接的互補開關截止，與第二恒流源連接的互補開關導通，第二恒流源被接至電路輸出；當第一恒流源接入時，如果其電流輸出與第一偏置管的電流之和大于第二偏置管與第三偏置管電流之和，則第二電流鏡像管漏端電平翻轉，經施密特觸發器處理后，使得第一切換開關、第二切換開關截止，與第三電流鏡像管連接的互補開關導通，與第二恒流源連接的互補開關截止，由第三電流鏡像管鏡像第一恒流源得到的電流接至電路輸出，第二切換開關的截止提供遲滯作用。
[0008]進一步的，所述第二切換開關的遲滯值由第三偏置管的電流設置。
[0009]進一步的，所述第三偏置管的電流值大于第一偏置管的電流值。
[0010]與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果:
本發明提供的電流切換電路能夠在外部恒流源接入且其電流值達到閾值時將外部恒流源接入，而當外部恒流源達不到要求時重新切換回內部恒流源，從而實現了內、外恒流源的自動切換;本電路中第二切換開關提供遲滯功能，保證在切換點附近不會發生連續切換。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例一電路結構圖圖2為本發明實施例二電路結構圖。
[0012]圖3為施密特觸發器I1輸出與Ib1電流輸入波形圖。
[0013]圖4為施密特觸發器I1輸出與Iqut電流輸出波形圖。
【具體實施方式】
[0014]以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0015]實施例一:
請參閱圖1，圖中為能夠實現本發明目的的一種電路結構，具體包括起到偏置效果的NMOS管Mb1、Mb2、Mb3，起到電流鏡像效果的PMOS管Mp1、Mp2、Mp3，第一丨旦流源Ibi，切換開關Ms1、152，施密特觸發器11，反相器12，反相器13，兩路互補開關111、]\^2、]\^3、]\^4，第二1'旦流源182。其中NMOS管Mb1、Mb2、Mb3的棚.極接偏置電壓Vbi，源極接地，Mbi管的漏端與Msi的源端連接，Mb2管的漏端與Mp2管的漏端連接，Mb3管的漏端與Ms2管的源端連接。MS1、MS2管的柵極與施密特觸發器11的輸出端Y連接，Ms1的漏端與Mp1的漏端連接，Ms2管的漏端與Mp2的漏端連接。鏡像管Mp1、Mp 2、Mp3的柵極與Mpi的漏端連接，Mp3的漏端與互補開關管Mn的源端連接，并與Μτ2的漏端連接。施密特觸發器11的A端與Mp2的漏端連接，輸出Y端與12的輸入A端連接，12的輸出Y端與13的輸入A端連接，并與MT2、ΜΤ3的柵極相連，13的輸出Y端與Mt1、Mt4的柵極相連，Mti的漏端與Mt2的源端相連，Mn的源端與價2的漏端相連，Mt3的漏端與Mt4的源端相連，Mt3的源端與Mt4的漏端相連，并與第二電流源Ib^B端相連。第一電流源Ib^A端與Mp1的漏端連接。Ms2管提供遲滯功能，其漏端與Mp2的漏端連接，源端與Mb3的漏端連接，柵端與施密特觸發器I1的輸出Y端連接，當11輸出Y端翻轉時，導通或者截止Ms2，實現電流檢測遲滯功能。
[0016]本例電路中Ib2為內部第二恒流源，Ib1為集成電路外部或者特殊要求的恒流源。詳細工作原理如下:當Ib1未接入時，Mp2等量鏡像Mp^的電流，此時施密特觸發器I1的輸出Y端為高電平，MS1、MS2管均導通，Mb2管電流與Mb3管電流之和遠大于Mp2管電流，施密特觸發器1!的輸入端保持穩定的低電平，輸出保持為高電平，經過反相器12、13緩沖后，使得Mn、MT2管截止，Μτ3、Μτ4管導通，第二恒流源Ib2被接至Ιουτ。當Ibi接入時，如果其電流Ibi與Mb1管的電流之和大于Mb2與Mb3管電流之和，則該電流經Mp2鏡像后使得施密特觸發器I1的輸入端為高電平，輸出為低電平，使得Ms1、MS2截止，MS2的截止可以提供遲滯作用，遲滯值可由MB3的電流設置，并且Mb3的電流值應該大于電流值，否則不能實現遲滯。由于Ms1管截止，則^!管的電流完全與Ib1相同，Mp3完全鏡像Mp^電流，Mp3管的電流與Ib1相等。由于1!的輸出為低，使得Mn、Μτ2管導通，Mt3、Mt4管截止，Mp3管的輸出電流也即第一丨旦流源的電流被輸出至1ut。
[0017]實施例二:
請參閱圖2，圖中為能夠實現本發明目的的另一種電路結構，本電路等價于實施例一中電路結構，具體包括起到偏置效果的PMOS管Mb1、MB2、MB3，起到電流鏡像效果的匪OS管Mn1、Mn2、Mn3，第一丨旦流源Ibi，切換開關Ms1、Ms2，施密特觸發器Ii，反相器12，反相器13，兩路互補開關Mt1、Mt2、Mt3、Mt4，第二丨旦流源Ib2。其中PMOS管Mb1、Mb2、Mb3的棚.極接偏置電壓Vbi，源極接地，Mbi管的漏端與Msi的源端連接，Mb2管的漏端與Mn2管的漏端連接，Mb3管的漏端與Ms2管的源端連接。MS1、MS2管的柵極與施密特觸發器1!的輸出端Y連接，Ms^漏端與跑的漏端連接，Ms2管的漏端與Mn2的漏端連接。鏡像管MN1、Mn2、MN3的柵極與Mni的漏端連接，Mn3的漏端與互補開關管Mt3的漏端連接，并與Μτ4的源端連接。施密特觸發器Ii的A端與Mn2的漏端連接，輸出Y端與I2的輸入A端連接，12的輸出Y端與13的輸入A端連接，并與Mt2、Mt3的柵極相連，13的輸出Y端與Mn、MT4的柵極相連，Mn的漏端與Mt2的源端相連，并與第二電流源14?端相連;Mn的源端與MT2的漏端相連，MT3的漏端與MT4的源端相連，MT3的源端與MT4的漏端相連。第一電流源IBI的B端與Mn1的漏端連接。Ms2管提供遲滯功能，其漏端與Mn2的漏端連接，源端與Mb3的漏端連接，柵端與施密特觸發器Ii的輸出Y端連接，當Ii輸出Y端翻轉時，導通或者截止Ms2，實現電流檢測遲滯功能。
[0018]本例電路中Ib2為內部第二恒流源，Ib1為集成電路外部或者特殊要求的恒流源。詳細工作原理如下:當Ib1未接入時，Mn2等量鏡像跑管的電流，此時施密特觸發器I1的輸出Y端為低電平，Ms1、Ms2管均導通，MB2管電流與MB3管電流之和遠大于MN2管電流，施密特觸發器Il的輸入端保持穩定的高電平，輸出保持為低電平，經過反相器12、13緩沖后，使得ΜΤ3、ΜΤ4管截止，Mn、MT2管導通，第二恒流源Ib2被接至Ιουτ。當Ib1接入時，如果其電流“與―管的電流之和大于Mb2與Mb3管電流之和，則該電流經Mn2鏡像后使得施密特觸發器I1的輸入端為低電平，輸出為高電平，使得MS1、MS2截止，Ms2的截止可以提供遲滯作用，遲滯值可由Mb3的電流設置，并且Mb3的電流值應該大于電流值，否則不能實現遲滯。由于Ms1管截止，則^!管的電流完全與Ib1相同，Mn3完全鏡像Mn1的電流，Mn3管的電流與Ibi相等。由于I i的輸出為高，使得Mt3、Μτ4管導通，Mn、MT2管截止，Mn3管的輸出電流也即第一恒流源的電流被輸出至1ut。
[0019]實施例三:
圖3為實施例一與實施例二中“工與施密特觸發器I1輸出的仿真波形圖，由圖中可見，當Ibi超過設定值50uA后，施密特觸發器11輸出Y端翻轉為低，當Ibi下降至小于45uA后，11輸出Y端再次翻轉為高；圖4為實施例一與實施例二中輸出電流Iqut在切換過程中的變化波形，1ut初始值為Ib2的60uA，當Ib1接入后切換為Ib1電流55uA，當Ib1下降至小于45uA時，Iqut再次切換至Ib2的60uA。顯然，本發明電路能夠自動檢測“輸出電流，當檢測到Ib1達到設定值要求時，能夠自動切換至Ib1，當Ib1輸出下降時還能夠自動切換至內部恒流源，本發明中％2管保證在切換點附近不會發生連續切換。
[0020]本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種電流自動切換電路，其特征在于:包括第一偏置管、第二偏置管、第三偏置管，第一電流鏡像管、第二電流鏡像管、第三電流鏡像管，第一恒流源，第一切換開關，第二切換開關，施密特觸發器，第一反相器，第二反相器，兩路互補開關電路，第二恒流源，其中一路互補開關電路包括第一互補開關、第二互補開關，另一路互補開關電路包括第三互補開關、第四互補開關;所述第一偏置管、第二偏置管、第三偏置管的柵極接偏置電壓，源極接地，第一偏置管的漏端與第一切換開關的源端連接，第二偏置管的漏端與第二電流鏡像管的漏端連接，第三偏置管的漏端與第二切換開關的源端連接;所述第一切換開關、第二切換開關的柵極與施密特觸發器的輸出端連接，第一切換開關的漏端與第一電流鏡像管的漏端連接，第二切換開關的漏端與第二電流鏡像管的漏端連接，所述第一電流鏡像管、第二電流鏡像管、第三電流鏡像管的柵極與第一電流鏡像管的漏端連接，所述施密特觸發器的輸入端與第二電流鏡像管的漏端連接，輸出端與第一反相器的輸入端連接，第一反相器的輸出端與第二反相器的輸入端連接，第一反相器的輸出端還與第二互補開關、第三互補開關的柵極相連，第二反相器的輸出端與第一互補開關、第四互補開關的柵極相連，第一互補開關的漏端與第二互補開關的源端相連，第一互補開關的源端與第二互補開關的漏端相連，第三互補開關的漏端與第四互補開關的源端相連，第三互補開關的源端與第四互補開關的漏端相連；所述第一恒流源與第一電流鏡像管的漏端和第一切換開關的漏端連接，所述第三電流鏡像管的漏端與其中一路互補開關連接，所述第二恒流源與另一路互補開關相連。2.根據權利要求1所述的電流自動切換電路，其特征在于:所述偏置管均采用匪OS管，所述電流鏡像管均采用PMOS管，第三電流鏡像管的漏端與第一互補開關的源端和第二互補開關的漏端連接，所述第二恒流源的輸出端與第三互補開關的源端和第四互補開關的漏端相連。3.根據權利要求1所述的電流自動切換電路，其特征在于:所述偏置管均采用PMOS管，所述電流鏡像管均采用NMOS管，第三電流鏡像管的漏端與第三互補開關的漏端和第四互補開關的源端連接，所述第二恒流源的輸出端與第一互補開關的漏端和第二互補開關的源端相連。4.一種電流自動切換電路的實現方法，其特征在于，包括如下步驟:當第一恒流源未接入時，第二電流鏡像管等量鏡像第一電流鏡像管的電流，第一切換開關，第二切換開關均導通，第二偏置管電流與第三偏置管電流之和遠大于第二電流鏡像管電流，第二電流鏡像管漏端電平經施密特觸發器處理、并由第一反相器、第二反相器緩沖后，輸出數字控制信號，使得與第三電流鏡像管連接的互補開關截止，與第二恒流源連接的互補開關導通，第二恒流源被接至電路輸出；當第一恒流源接入時，如果其電流輸出與第一偏置管的電流之和大于第二偏置管與第三偏置管電流之和，則第二電流鏡像管漏端電平翻轉，經施密特觸發器處理后，使得第一切換開關、第二切換開關截止，與第三電流鏡像管連接的互補開關導通，與第二恒流源連接的互補開關截止，由第三電流鏡像管鏡像第一恒流源得到的電流接至電路輸出，第二切換開關的截止提供遲滯作用。5.根據權利要求4所述的電流自動切換電路的實現方法，其特征在于:所述第二切換開關的遲滯值由第三偏置管的電流設置。6.根據權利要求5所述的電流自動切換電路的實現方法，其特征在于:所述第三偏置管的電流值大于第一偏置管的電流值。
【文檔編號】H03K19/088GK105846812SQ201610365539
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】只生武, 黃晶, 趙莉, 彭獻勇, 梁仁榮
【申請人】南京德睿智芯電子科技有限公司