本发明属于电流源设计技术领域，具体涉及一种大摆幅输出电压高精度电流源。
背景技术：
参图1所示为现有技术中通用的cascode(共源共栅)结构电流源，其包括输入单元10’和3组并联设置的输出单元20’，输入单元10’包括连接于电源电压vdd和gnd之间的输入电流源iin、电阻r及mos管m0和mc0，3组输出单元20’分别包括连接于电源电压vdd和gnd之间的mos管m1与mos管mc1、连接于电源电压vdd和gnd之间的mos管m2与mos管mc2、连接于电源电压vdd和gnd之间的mos管m3与mos管mc3。其中，mos管m0与mos管m1、mos管m2、mos管m3共源共栅设置，分别构成电流镜，mos管mc0与mos管mc1、mos管mc2、mos管mc3共栅设置，3组输出单元20’中的2个mos管分别串联设置，且分别通过开关s1、s2、s3控制每组输出单元20’的导通或关闭，以支持不同档位的输出电流iout。
现有技术中cascode结构电流源其有较高的输入阻抗rout，如只开通开关s1，该电流源的输出阻抗为：rout＝gmc1*rmc1*rm1，其中，gmc1为mos管mc1的跨导，rmc1为mos管mc1的输出阻抗，rm1为mos管m1的输出阻抗。在但是在输出电压vout抬得过高时(如vdd-0.5v以内)，cascode管(mos管m1)会进入线性区，输出阻抗rout衰减加速，输出电流iout衰减加速，变化率高于0.1％，在某些特殊应用条件下要求电流源的输出电压vout范围0～vdd-0.4v内，电流iout的电流变化率<0.1％，传统的cascode结构电流源无法满足要求。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种大摆幅输出电压高精度电流源。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种大摆幅输出电压高精度电流源，以提高电流源的输出阻抗，稳定电流源的输出电流。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种大摆幅输出电压高精度电流源，所述电流源包括：
电流镜单元，包括共源共栅设置的第一mos管及若干第二mos管；
输入单元，用于提供输入电流iin，包括与第一mos管相连的第三mos管、电阻r及输入电流源iin；
输出单元，用于提供输出电流iout，包括与第二mos管相连的第四mos管；
增益提高单元，用于提高电流源的输出阻抗rout，包括与电流镜单元、第三mos管及第四mos管相连的运算放大器。
一实施例中，所述第一mos管、第二mos管、第三mos管及第四mos管均为pmos管。
一实施例中，所述电流镜单元中，第一mos管的栅极与第二mos管的栅极相连，第一mos管的源极和第二mos管的源极均与电源电压vdd相连，第一mos管的漏极与第三mos管的源极相连，第二mos管的漏极与第四mos管的源极相连。
一实施例中，所述电流镜单元中还包括若干开关控制单元，用于控制第二mos管的导通或关闭状态。
一实施例中，所述开关控制单元包括连接于第一mos管栅极和第二mos管栅极之间的第一开关及连接于第二mos管栅极和电源电压vdd之间的第二开关，且第一开关和第二开关的导通/关闭状态相反。
一实施例中，所述电流镜单元包括多个并联设置的第二mos管、及多个开关控制单元，每个开关控制单元用于控制对应的第二mos管的导通或关闭状态。
一实施例中，所述运算放大器的第一输入端与第一mos管的漏极相连，第二输入端与第二mos管的漏极相连，运算放大器还用于钳位第一mos管漏极端的第一电压与第二mos管漏极端的第二电压。
一实施例中，所述第三mos管的栅极与电阻r的第二端及输入电流源iin相连，源极与第一mos管的漏极和运算放大器的第一输入端相连，漏极与电阻r的第一端相连。
一实施例中，所述第四mos管的栅极与运算放大器的输出端相连，源极与第二mos管的漏极及运算放大器的第二输入端相连，漏极作为电流源的输出端。
一实施例中，所述运算放大器包括：
pmos管pm1及pmos管pm2，pm1和pm2的栅极相连，pm1和pm2的源极与电源相连，pm1的栅极与pm1的漏极相连；
nmos管nm1及nmos管nm2，nm1和nm2的栅极分别为运算放大器的第一输入端和第二输入端，nm1的漏极与pm1的漏极相连，nm2的漏极与pm2的漏极相连，nm1的源极和nm2的源极分别与电流源iss相连。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的电流源可提高电流源的输出阻抗，稳定电流源的输出电流，输出电流精度高，且变化率低；
电流源可支持不同档位的输出电流，输出电压摆幅大，通过开关的设计合并mos管，大大减小了芯片面积，降低了电路中的路径损耗，提高输出电压的输出范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中cascode结构电流源的电路图；
图2本发明一具体实施例中电流源的电路图；
图3为发明一具体实施例中运算放大器的电路图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种大摆幅输出电压高精度电流源，包括：
电流镜单元，包括共源共栅设置的第一mos管及若干第二mos管；
输入单元，用于提供输入电流iin，包括与第一mos管相连的第三mos管、电阻r及输入电流源iin；
输出单元，用于提供输出电流iout，包括与第二mos管相连的第四mos管；
增益提高单元，用于提高电流源的输出阻抗rout，包括与电流镜单元、第三mos管及第四mos管相连的运算放大器。
以下结合具体实施例对本发明的电流镜作进一步说明。
参图2所示，本发明一具体实施例中公开了一种大摆幅输出电压高精度电流源，其包括：
电流镜单元10，包括共源共栅设置的第一mos管m0及若干第二mos管m1～m3；
输入单元20，用于提供输入电流iin，包括与第一mos管m0相连的第三mos管mc0、电阻r及输入电流源iin；
输出单元30，用于提供输出电流iout，包括与第二mos管m1～m3相连的第四mos管mc1；
增益提高单元40，用于提高电流源的输出阻抗rout，包括与电流镜单元、第三mos管及第四mos管相连的运算放大器op。
其中，本发明中的第一mos管m0、第二mos管m1～m3、第三mos管mc0及第四mos管mc1均为pmos管。
具体地，在电流镜单元中，第一mos管m0的栅极与第二mos管m1～m3的栅极相连，第一mos管m0的源极和第二mos管m1～m3的源极均与电源电压vdd相连，第一mos管m0的漏极与第三mos管mc0的源极相连，第二mos管m1～m3的漏极与第四mos管mc1的源极相连。
另外，在本实施例中电流镜单元中还包括若干开关控制单元，用于控制第二mos管m1～m3的导通或关闭状态。
具体地，开关控制单元包括连接于第一mos管栅极和第二mos管栅极之间的第一开关s1～s3及连接于第二mos管栅极和电源电压vdd之间的第二开关
本实施例中运算放大器op的第一输入端与第一mos管m0的漏极相连，第二输入端与第二mos管m1～m3的漏极相连，运算放大器op还用于钳位第一mos管m0漏极端的第一电压v1与第二mos管m1～m3漏极端的第二电压v2。
另外，第三mos管mc1的栅极与电阻r的第二端及输入电流源iin相连，源极与第一mos管m0的漏极和运算放大器op的第一输入端相连，漏极与电阻r的第一端相连。
第四mos管mc1的栅极与运算放大器op的输出端相连，源极与第二mos管m1～m3的漏极及运算放大器op的第二输入端相连，漏极作为电流源的输出端。
参图3所示为本发明一具体实施例中运算放大器的电路图，其包括：
pmos管pm1及pmos管pm2，pm1和pm2的栅极相连，pm1和pm2的源极与电源相连，pm1的栅极与pm1的漏极相连；
nmos管nm1及nmos管nm2，nm1和nm2的栅极分别为运算放大器的第一输入端v 和第二输入端v-，nm1的漏极与pm1的漏极相连，nm2的漏极与pm2的漏极相连，nm1的源极和nm2的源极分别与电流源iss相连。
本实施例中通过采用单级运算放大器op控制电流镜单元中的共源共栅管，一方面可以钳位v1和v2的电压，保证主镜像管(第一mos管m0)和其他镜像管(第二mos管m1～m3)的漏源电压vds一致，减小沟通调制效应得影响；另外，运算放大器op可提供合适的增益gain＝av(av＞1)，进一步提高电流源的输出阻抗rout。
例如，当开关s1导通、开关s2、s3关闭时，其输出阻抗为：
rout＝gmc1*rmc1*rm1*av；
其中，gmc1为mos管mc1的跨导，rmc1为mos管mc1的输出阻抗，rm1为mos管m1的输出阻抗，av为运算放大器op的增益。
通过运算放大器op在进行增益提高之后，当共源共栅管进入线性区时，rout不至于衰减过快，因而可以进一步稳定输出电流iout。
通过开关控制单元的设置，可以合并现有技术中的mos管，仅需一个第四mos管mc1即可实现，大大减小了芯片面积。
通过开关控制电流镜单元，不再放置电流通路中，可降低电路中的路径损耗，提高输出电压vout的输出范围。
本实施例中的电流源支持不同档位的输出电流iout，精度可达1％，输出电压vout范围达到0～vdd-0.4v，输出电流iout的电流变化率<0.1％
应当理解的是，本实施例中以3个第二mos管m1～m3为例进行说明，并通过各自的开关控制单元控制各个mos管的导通/关闭状态，从而实现不同档位的输出电流iout，在其他实施例中第二mos管的数量不作要求，可以根据档位要求设置不同数量的第二mos管，此处不再一一举例进行说明。
由上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明的电流源可提高电流源的输出阻抗，稳定电流源的输出电流，输出电流精度高，且变化率低；
电流源可支持不同档位的输出电流，输出电压摆幅大，通过开关的设计合并mos管，大大减小了芯片面积，降低了电路中的路径损耗，提高输出电压的输出范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述电流源包括：
电流镜单元，包括共源共栅设置的第一mos管及若干第二mos管；
输入单元，用于提供输入电流iin，包括与第一mos管相连的第三mos管、电阻r及输入电流源iin；
输出单元，用于提供输出电流iout，包括与第二mos管相连的第四mos管；
增益提高单元，用于提高电流源的输出阻抗rout，包括与电流镜单元、第三mos管及第四mos管相连的运算放大器。
2.根据权利要求1所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述第一mos管、第二mos管、第三mos管及第四mos管均为pmos管。
3.根据权利要求2所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述电流镜单元中，第一mos管的栅极与第二mos管的栅极相连，第一mos管的源极和第二mos管的源极均与电源电压vdd相连，第一mos管的漏极与第三mos管的源极相连，第二mos管的漏极与第四mos管的源极相连。
4.根据权利要求3所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述电流镜单元中还包括若干开关控制单元，用于控制第二mos管的导通或关闭状态。
5.根据权利要求4所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述开关控制单元包括连接于第一mos管栅极和第二mos管栅极之间的第一开关及连接于第二mos管栅极和电源电压vdd之间的第二开关，且第一开关和第二开关的导通/关闭状态相反。
6.根据权利要求4所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述电流镜单元包括多个并联设置的第二mos管、及多个开关控制单元，每个开关控制单元用于控制对应的第二mos管的导通或关闭状态。
7.根据权利要求2所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述运算放大器的第一输入端与第一mos管的漏极相连，第二输入端与第二mos管的漏极相连，运算放大器还用于钳位第一mos管漏极端的第一电压与第二mos管漏极端的第二电压。
8.根据权利要求7所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述第三mos管的栅极与电阻r的第二端及输入电流源iin相连，源极与第一mos管的漏极和运算放大器的第一输入端相连，漏极与电阻r的第一端相连。
9.根据权利要求7所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述第四mos管的栅极与运算放大器的输出端相连，源极与第二mos管的漏极及运算放大器的第二输入端相连，漏极作为电流源的输出端。
10.根据权利要求7所述的大摆幅输出电压高精度电流源，其特征在于，所述运算放大器包括：
pmos管pm1及pmos管pm2，pm1和pm2的栅极相连，pm1和pm2的源极与电源相连，pm1的栅极与pm1的漏极相连；
nmos管nm1及nmos管nm2，nm1和nm2的栅极分别为运算放大器的第一输入端和第二输入端，nm1的漏极与pm1的漏极相连，nm2的漏极与pm2的漏极相连，nm1的源极和nm2的源极分别与电流源iss相连。
技术总结