一种电流选择电路及其方法与流程

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种电流选择电路和一种电流选择方法。

背景技术：

在集成电路设计中，经常需要对两个电流的大小进行选择，比如从两个电流选取其中较大者作为输出电流，或者选取其中较小者作为输出电流。传统方案中通常会使用电流比较器，利用电流比较器的比较结果来控制选择开关，将需要的电流连接到输出。但是此方法电路结构复杂，而且需要开关切换，导致输出电流不连续或者有毛刺。现有的电流选择电路通常都是选择大电流输出，很少涉及到小电流的选择。

技术实现要素：

针对上述电流比较器方案存在的电路结构复杂、需要开关切换导致电流不连续或者有毛刺的问题，以及现有电流选择方案很少涉及到小电流选择的不足之处，本发明提出一种电流选择电路及其方法，不需要电流比较器，仅仅利用简单的电流镜电路，即可实现在两个电流中同时选取较大者和较小者并按比例输出。

本发明的技术方案为：

一种电流选择电路，包括第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜和第四电流镜，

所述第一电流镜用于镜像第一输入电流i1，获得第一镜像电流k×i1；

所述第二电流镜用于镜像第二输入电流i2，获得第二镜像电流k×i2并输出到大电流选择输出端；

所述第一电流镜和所述第二电流镜的镜像比为1:k；

所述第三电流镜用于获取所述第一镜像电流k×i1与所述第二镜像电流k×i2的差值后按照1:1的镜像比镜像到所述大电流选择输出端与所述第二镜像电流k×i2叠加，所述大电流选择输出端输出的大电流为与所述第一输入电流i1和所述第二输入电流i2中电流值更大的那个输入电流成比例的电流；

所述第四电流镜用于获取所述第一镜像电流k×i1与所述第二镜像电流k×i2之和再与所述大电流相减后的电流并按照1:1的镜像比镜像到小电流选择输出端，所述小电流选择输出端输出的小电流为与所述第一输入电流i1和所述第二输入电流i2中电流值更小的那个输入电流成比例的电流；

当i1>i2时，所述大电流为(k×i1-k×i2)+k×i2＝k×i1，所述小电流为(k×i1+k×i2)-k×i1＝k×i2；

当i1≤i2时，k×i1-k×i2＝0，所述大电流为(k×i1-k×i2)+k×i2＝k×i2，所述小电流为(k×i1+k×i2)-k×i2＝k×i1。

具体的，所述第一电流镜包括第一pmos管、第二pmos管和第三pmos管，第一pmos管的栅漏短接并连接第二pmos管和第三pmos管的栅极以及所述第一输入电流i1，其源极连接第二pmos管和第三pmos管的源极并连接电源电压，第二pmos管和第三pmos管的漏极均输出所述第一镜像电流k×i1；

所述第二电流镜包括第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第四pmos管和第五pmos管，第一nmos管的栅漏短接并连接第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管和第五nmos管的栅极以及所述第二输入电流i2，其源极连接第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管和第五nmos管的源极并接地；第四pmos管的栅漏短接并连接第五pmos管的栅极和第二nmos管的漏极，其源极连接第五pmos管的源极并连接电源电压；第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管和第五pmos管的漏极均输出所述第二镜像电流k×i2；

所述第三电流镜包括第六nmos管、第七nmos管和第八nmos管，第六nmos管的栅漏短接并连接第七nmos管和第八nmos管的栅极、以及所述第一电流镜中第二pmos管漏极输出的所述第一镜像电流k×i1和所述第二电流镜中第三nmos管漏极输出的所述第二镜像电流k×i2，其源极连接第七nmos管和第八nmos管的源极并接地；第七nmos管和第八nmos管的漏极均输出所述第一镜像电流k×i1与所述第二镜像电流k×i2的差值；

所述大电流选择输出端连接所述第三电流镜中第七nmos管漏极输出的所述第一镜像电流k×i1与所述第二镜像电流k×i2的差值以及所述第二电流镜中第四nmos管漏极输出的所述第二镜像电流k×i2；

所述第四电流镜包括第九nmos管和第十nmos管，第九nmos管的栅漏短接并连接第十nmos管的栅极、所述第一电流镜中第三pmos管漏极输出的所述第一镜像电流k×i1、所述第二电流镜中第五pmos管漏极输出的所述第二镜像电流k×i2、所述第二电流镜中第五nmos管漏极输出的所述第二镜像电流k×i2以及所述第三电流镜中第八nmos管漏极输出的所述第一镜像电流k×i1与所述第二镜像电流k×i2的差值，第九nmos管和第十nmos管的源极均接地，第十nmos管的漏极作为所述小电流选择输出端。

具体的，所述k＝1，第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管和第五pmos管的尺寸相同，第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第八nmos管、第九nmos管和第十nmos管的尺寸相同。

一种电流选择方法，包括如下步骤：

步骤一、利用电流镜镜像第一输入电流i1，获得第一镜像电流k×i1，k为镜像比；

步骤二、利用电流镜镜像第二输入电流i2，获得第二镜像电流k×i2；

步骤三、将所述第一镜像电流k×i1和所述第二镜像电流k×i2相减获得第一大电流选择电流k×i1-k×i2；

步骤四、将所述第一大电流选择电流k×i1-k×i2与所述第二镜像电流k×i2叠加到大电流选择输出端，所述大电流选择输出端能够从所述第一输入电流i1和所述第二输入电流i2中选择出电流值更大的那个输入电流，并输出与所选输入电流成比例的电流：当i1>i2时，所述大电流选择输出端输出电流为(k×i1-k×i2)+k×i2＝k×i1，当i1≤i2时，k×i1-k×i2＝0，所述大电流选择输出端输出电流为(k×i1-k×i2)+k×i2＝k×i2；

步骤五、将所述第一镜像电流k×i1和所述第二镜像电流k×i2叠加获得第一小电流选择电流k×i1+k×i2；

步骤六、将所述第一小电流选择电流k×i1+k×i2与所述大电流选择输出端输出电流相减后输出到小电流选择输出端，所述小电流选择输出端能够从所述第一输入电流i1和所述第二输入电流i2中选择出电流值更小的那个输入电流，并输出与所选输入电流成比例的电流：当i1>i2时，所述小电流选择输出端输出电流为(k×i1+k×i2)-k×i1＝k×i2，当i1≤i2时，所述小电流选择输出端输出电流为(k×i1+k×i2)-k×i2＝k×i1。

本发明的有益效果为：本发明电路结构简单，仅仅通过设置电流镜即可实现电流选择，并且通过设置电流镜的镜像比可以输出与所选电流成比例的电流，应用更灵活；本发明同时实现了选择大电流和选择小电流的功能，解决了传统电流比较方案中很少涉及到小电流选择的问题。

附图说明

图1是本发明提出的一种电流选择电路在实施例中的一种具体实现电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明的技术方案。

本发明提出一种电流选择方法，仅仅利用简单的电流镜结构就可以实现电流选择功能，并且能够同时选择大电流和小电流。首先利用第一电流镜镜像第一输入电流i1获得第一镜像电流k×i1；如图1所示给出了第一电流镜的一种实现结构，第一电流镜包括第一pmos管mp0、第二pmos管mp1和第三pmos管mp2，第一pmos管mp0的栅漏短接并连接第二pmos管mp1和第三pmos管mp2的栅极以及第一输入电流i1，其源极连接第二pmos管mp1和第三pmos管mp2的源极并连接电源电压，第二pmos管mp1和第三pmos管mp2的漏极均输出第一镜像电流k×i1。

其次利用第二电流镜镜像第二输入电流i2获得第二镜像电流k×i2，如图1所示给出了第二电流镜的一种实现结构，第二电流镜包括第一nmos管mn7、第二nmos管mn6、第三nmos管mn5、第四nmos管mn4、第五nmos管mn3、第四pmos管mp4和第五pmos管mp3，第一nmos管mn7的栅漏短接并连接第二nmos管mn6、第三nmos管mn5、第四nmos管mn4和第五nmos管mn3的栅极以及第二输入电流i2，其源极连接第二nmos管mn6、第三nmos管mn5、第四nmos管mn4和第五nmos管mn3的源极并接地；第四pmos管mp4的栅漏短接并连接第五pmos管mp3的栅极和第二nmos管mn6的漏极，其源极连接第五pmos管mp3的源极并连接电源电压；第二nmos管mn6、第三nmos管mn5、第四nmos管mn4、第五nmos管mn3和第五pmos管mp3的漏极均输出第二镜像电流k×i2。

然后再利用第三电流镜获取第一镜像电流k×i1与第二镜像电流k×i2的差值后按照1:1的镜像比镜像，如图1所示给出了第三电流镜的一种实现结构，第三电流镜包括第六nmos管mn0、第七nmos管mn1和第八nmos管mn2，第六nmos管mn0的栅漏短接并连接第七nmos管mn1和第八nmos管mn2的栅极、以及第一电流镜中第二pmos管mp1漏极输出的第一镜像电流k×i1和第二电流镜中第三nmos管mn5漏极输出的第二镜像电流k×i2，其源极连接第七nmos管mn1和第八nmos管mn2的源极并接地；第七nmos管mn1和第八nmos管mn2的漏极均输出第一镜像电流k×i1与第二镜像电流k×i2的差值。

第一电流镜中第二pmos管mp1漏极所在支路电流为第一镜像电流k×i1，该支路电流分别流经第三电流镜中第六nmos管mn0的漏极所在支路和第二电流镜中第三nmos管mn5的漏极所在支路，而第二电流镜中第三nmos管mn5的漏极所在支路电流为第二镜像电流k×i2，因此第三电流镜中第六nmos管mn0的漏极所在支路电流为第一镜像电流k×i1与第二镜像电流k×i2的差值即第一大电流选择电流k×i1-k×i2。第三电流镜将第一大电流选择电流k×i1-k×i2按照1:1的镜像比镜像到第七nmos管mn1漏极所在支路和第八nmos管mn2漏极所在支路。

大电流选择输出端连接第三电流镜中第七nmos管mn1的漏极和第二电流镜中第四nmos管mn4的漏极，则第三电流镜中第七nmos管mn1漏极所在支路的电流k×i1-k×i2与第二电流镜中第四nmos管mn4漏极所在支路的电流k×i2在大电流选择输出端处叠加，大电流选择输出端输出的大电流iout_max＝(k×i1-k×i2)+k×i2，当i1>i2时，(k×i1-k×i2)+k×i2＝k×i1，当i1≤i2时，由于k×i1-k×i2＝0，因此(k×i1-k×i2)+k×i2＝0+k×i2＝k×i2。

为了实现选择小电流，本发明利用第四电流镜获取第一镜像电流k×i1与第二镜像电流k×i2之和再与大电流iout_max相减按照1:1的镜像比镜像到小电流选择输出端，如图1所示给出了第四电流镜的一种实现结构，第四电流镜包括第九nmos管mn8和第十nmos管mn9，第九nmos管mn8的栅漏短接并连接第十nmos管mn9的栅极、第一电流镜中第三pmos管mp2的漏极、第二电流镜中第五pmos管mp3的漏极、第二电流镜中第五nmos管mn3的漏极以及第三电流镜中第八nmos管mn2的漏极，第九nmos管mn8和第十nmos管mn9的源极均接地，第十nmos管mn9的漏极作为小电流选择输出端。

第一电流镜中第三pmos管mp2的漏极所在支路电流为第一镜像电流k×i1，第二电流镜中第五pmos管mp3的漏极所在支路电流为第二镜像电流k×i2，这两条支路电流叠加的电流k×i1+k×i2分别流入第四电流镜中第九nmos管mn8漏极所在支路、第三电流镜中第八nmos管mn2漏极所在支路和第二电流镜中第五nmos管mn3漏极所在支路，而第三电流镜中第八nmos管mn2漏极所在支路电流和第二电流镜中第五nmos管mn3漏极所在支路电流叠加就是大电流iout_max，因此第四电流镜中第九nmos管mn8漏极所在支路电流是(k×i1+k×i2)-iout_max，当i1>i2时，大电流iout_max＝k×i1，因此小电流iout_min＝(k×i1+k×i2)-k×i1＝k×i2；当i1≤i2时，大电流iout_max＝k×i2，因此小电流iout_min＝(k×i1+k×i2)-k×i2＝k×i1。

本发明除了可以从第一输入电流i1和第二输入电流i2中选择出更大的电流和更小的电流，还可以将所选电流按照需要的比例输出，通过设置第一电流镜和第二电流镜的镜像比1:k实现，下面以k＝1为例进行说明。

将第一pmos管mp0、第二pmos管mp1、第三pmos管mp2、第四pmos管mp4和第五pmos管mp3的尺寸设置相同，第一nmos管mn7、第二nmos管mn6、第三nmos管mn5、第四nmos管mn4、第五nmos管mn3、第六nmos管mn0、第七nmos管mn1、第八nmos管mn2、第九nmos管mn8和第十nmos管mn9的尺寸设置相同。则第一输入电流i1经过第一电流镜的镜像，流过第一pmos管mp0、第二pmos管mp1、第三pmos管mp2的电流均为i1，第二输入电流i2经过第二电流镜的镜像，流过第四pmos管mp4、第五pmos管mp3、第一nmos管mn7、第二nmos管mn6、第三nmos管mn5、第四nmos管mn4、第五nmos管mn3的电流均为i2，流过第二pmos管mp1的电流分别流入第六nmos管mn0和第三nmos管mn5，因此流过第六nmos管mn0的电流是i1-i2，再经过第三电流镜的镜像，流过第六nmos管mn0、第七nmos管mn1、第八nmos管mn2的电流均为i1-i2。

当i1>i2时，i1和i2中较大者iout_max＝max{i1，i2}为流过第七nmos管mn1和第四nmos管mn4的电流之和，所以iout_max＝max{i1，i2}＝i1-i2+i2＝i1。当i1≤i2时，i1-i2≤0，所以第七nmos管mn1电流为0，iout_max＝max{i1，i2}＝0+i2＝i2。

第九nmos管mn8流过电流为第三pmos管mp2和第五pmos管mp3电流之和(i1+i2)减去第八nmos管mn2和第五nmos管mn3(iout_max)电流之和，再经过第四电流镜镜像，流过第十nmos管mn9的电流和流过第九nmos管mn8的电流相等，所以i1和i2中较小者iout_min＝min{i1，i2}＝i1+i2-iout_max，当i1>i2时，iout_min＝i1+i2-i1＝i2，当i1≤i2时，iout_min＝i1+i2-i2＝i1。

本实施例以k＝1为例进行说明，但k的取值、以及第一电流镜至第四电流镜的具体结构不应用于限制本发明的保护范围，通过设置晶体管尺寸改变k值或者采用其他电流镜结构实现电流镜像的其他方式都应属于本发明的保护范围内，本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。