[發明專利]一種C類反相器的恒定跨導偏置電路

有效

• 申請號: 201510073130.2
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104699159A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 柯強;衛寶躍;劉昱;張海英
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種C類反相器的恒定跨導偏置電路。

背景技術

隨著集成電路的發展，晶體管特征尺寸越來越小，電源電壓降低，芯片集成度增加和工作頻率提高，單位芯片面積上的功耗越來越高，隨著移動便攜式設備市場的增長，對集成電路低功耗要求提高，這對低壓低功耗設計提出了要求。然而，隨著電源電壓的降低，晶體管閾值電壓并未按等比例減小，輸入信號擺幅的減小，特別是針對模擬電路中的運算跨導放大器(Operational?Transconductance?Amplifier，OTA)設計提出了挑戰。

針對低壓低功耗設計，Youngcheol?Chae提出了一種新型基于反相器的開關電容積分器，其中，用C類反相器取代傳統的運算跨導放大器，達到低壓低功耗的要求。一個簡單型反相器只有一個電流支路，具有大的輸出擺幅，輸入NMOS晶體管和PMOS晶體管對跨導都有貢獻，相比于傳統OTA，反相器的能量效率是其兩倍。C類反相器工作在兩個時鐘相位，時，兩個晶體管都工作在弱反型區，消耗很低的靜態功耗，并且提供較高增益；開始時，一個晶體管截止，另一個晶體管工作在強反型區，其中一個晶體管截止，電源到地沒有直接通路，使電路功耗極低，另一個晶體管工作于強反型區，可以提供大的跨導和電流，提供大的擺率；電荷轉移完成后，穩定狀態時，兩個晶體管又工作在弱反型區，消耗很低的靜態功耗。

然而，一個簡單的反相器只能提供很低的電源抑制比(PSRR)，由于溫度?引起閾值電壓變化，反相器單位增益帶寬將強烈依賴于溫度，由于它工作在亞閾值區，當晶體管處于慢工藝角時，晶體管的跨導和電流將減小，反相器的帶寬和擺率將嚴重下降，引起性能的損失。反相器的靜態電流和帶寬嚴重依賴于工藝、電源電壓、溫度，電路穩定性下降。

發明內容

基于以上C類反相器存在的問題，本發明提供一種C類反相器的恒定跨導偏置電路，它可以精確調整放大器的工作點，使放大器工作點穩定，提高電源抑制比；互補型恒定跨導電流源的偏置可以使反相器的單位增益帶寬和工作點保持恒定，不受溫度和工藝偏差的影響。

本發明提供的C類反相器的恒定跨導偏置電路包括：包括基于反相器的開關電容積分器和恒定跨導偏置電路，所述基于反相器的開關電容積分器中OTA和所述恒定跨導偏置電路通過調制信號V_dda連接；其中，

所述基于反相器的開關電容積分器包括第一NMOS晶體管MN11和第一PMOS晶體管MP11組成的反相器；

所述恒定跨導偏置電路包括：鏡像工作點感應器件、互補型恒定跨導偏置電流源、運算放大器和輸出負載晶體管。

進一步的，所述鏡像工作點感應器件包括第二NMOS晶體管MN12和第二PMOS晶體管MP12連接組成的反相器，用于鏡像所述開關電容積分器中OTA的工作點，產生反饋信號V_fb；第二NMOS晶體管MN12的柵極和漏極和第二PMOS晶體管MP12的柵極和漏極相連，第二NMOS晶體管MN12的源極接地，第二PMOS晶體管MP12的源極連接調制信號V_dda。

進一步的，所述互補型恒定跨導電流源包括互補型恒定跨導偏置電流源I_btas和第三NMOS晶體管MN13；第三NMOS晶體管MN13的源極接地，互補型恒?定跨導偏置電流源I_btas與第三NMOS晶體管MN13的柵極和漏極相連，產生參考信號V_ref，并且連接到運算放大器AMP10的負端，運算放大器AMP10的負端V_ref和正端V_fb比較的輸出端連接到第三PMOS晶體管MPload的柵極，第三PMOS晶體管MPload的源極連接到外部供電電壓V_dd，第三PMOS晶體管MPload的漏極連接到第二PMOS晶體管MP12的源極，并產生調制信號V_dda。