[實用新型]一種緩沖近地電壓的CMOS緩沖器

有效

• 申請號: 201922136819.1
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN210666510U
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 白春風;王洋;湯雁婷;喬東海
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 殷海霞

本實用新型公開了一種緩沖近地電壓的CMOS緩沖器，其包括運算跨導放大器OTA，以及由偏置恒定電流源IB1、偏置恒定電流源IB2、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3組成的超級源極跟隨器。本實用新型的緩沖近地電壓的CMOS緩沖器由于OTA和超級源極跟隨器都在閉環回路中，克服了源極跟隨器的柵源直流電壓移位隨PVT變化而變化的缺點，同時，即便輸入電壓非常靠近地電壓，也能夠維持較高的環路增益。充足的環路增益保證了緩沖器輸出電壓與輸入電壓之間的近似相等，而且具有一定的驅動能力，即精確的實現了對近地電壓的緩沖。

技術領域

本實用新型涉及集成電路技術領域，特別涉及一種緩沖近地電壓的CMOS緩沖器。

背景技術

如圖1所示，為集成電路中常用的電壓緩沖器結構(基于OTA實現)，運算跨導放大器(OTA)的同相輸入端作為電壓輸入端，OTA的反相端與輸出端連接在一起作為電壓輸出端。由于OTA的電壓增益(A)非常高，輸出電壓與輸入電壓的關系是：

其緩沖輸出的相對誤差等于1/(1+A)，因此，OTA的增益越高，緩沖器的誤差就越小。從端口阻抗的角度看，圖1所示電壓緩沖器的輸入阻抗等于OTA的輸入阻抗，在CMOS工藝下OTA的輸入阻抗是非常高的；其輸出阻抗等于OTA自身輸出阻抗除以(1+A)，是非常低的值。因此，這種電壓緩沖器的性能好壞取決于OTA的增益(A)的高低。

如圖2所示，為CMOS工藝下常用OTA的電路結構圖，這種PMOS折疊共源共柵結構的輸入級對輸入較低電壓的情況有很好的適應性，但是在輸入電壓是近地的較低電壓時，與OTA反相輸入端相連的輸出端的NMOS管(N6)會處于線性區，導致其跨導值非常低，進而，導致OTA的電壓增益(A)變得非常低，因而不再能夠準確的實現電壓緩沖。

如圖3所示，為另一種常用的電壓緩沖器結構(基于超級源極跟隨器實現)，其輸入阻抗非常高，輸出阻抗非常低。這種電壓緩沖器可以輸出靠近地的電壓，這是因為，即使NMOS管N2進入線性區，只要恒定偏置電流源IB正常工作，輸出電壓就能正常跟隨輸入電壓。但是，超級源極跟隨器只能實現小信號跟隨，輸入電壓和輸出電壓之間存在一個柵源電壓(VGS)的壓差，而且這個電壓差在集成電路中還會隨工藝、電壓、溫度(PVT)變化而變化。因此，基于源極跟隨器的電壓緩沖器因為其柵源電壓的PVT穩定性較差而無法精確的緩沖直流電壓。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型目的在于提供一種能夠緩沖近地電壓的CMOS緩沖器。其采用如下技術方案：

一種緩沖近地電壓的CMOS緩沖器，其包括：運算跨導放大器OTA，以及由偏置恒定電流源IB1、偏置恒定電流源IB2、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3組成的超級源極跟隨器；

所述運算跨導放大器OTA的同向輸入端與電壓輸入端連接，電壓輸出端、所述NMOS管N1的源極、所述NMOS管N2的漏極均與所述運算跨導放大器OTA的反向輸入端連接，所述運算跨導放大器OTA的輸出端與NMOS管N1的柵極連接，所述偏置恒定電流源IB1的輸入端與電源連接，所述偏置恒定電流源IB1的輸出端和所述NMOS管N3的柵極均與所述NMOS管N1的漏極連接，所述偏置恒定電流源IB2的輸入端和NMOS管N3的源極均與所述NMOS管N2的柵極連接，所述NMOS管N2的源極接地，所述偏置恒定電流源IB2輸出端接地，所述NMOS管N3的漏極與電源連接。

作為本實用新型的進一步改進，所述NMOS管N2偏置在亞閾值區，所述NMOS管N1和NMOS管N3工作在飽和區。

作為本實用新型的進一步改進，所述運算跨導放大器OTA采用PMOS源極耦合差分對作為輸入級的折疊共源共柵結構。

本實用新型的有益效果：