[實用新型]一種基于自適應偏置的CMOS跨導單元電路

有效

• 申請號: 201922246422.8
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN211089594U
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 白春風;趙文翔;湯雁婷;喬東海
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42;H03F3/45
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 陸金星

本實用新型公開了一種基于自適應偏置的CMOS跨導單元電路，在寬電壓范圍內為跨導單元主體電路提供較為恒定的偏置電流，利用柵極電壓的自適應調整和預留的較大電壓回旋空間，其中偏置電壓Vbias1選擇較低值，使得電流源I1a剛剛能夠飽和，這樣，隨著輸入電壓的升高，PMOS管M4a和PMOS管M5a進入線性區之后還能再拓展一些輸入電壓范圍，直到PMOS管M7a也進入線性區，本實用新型的優點在于，可以獲取更寬的電壓輸入范圍，對于納米級CMOS工藝來說是非常重要的特性，同時為跨導主體電路提供的偏置電流非常穩定，即其偏置電流對輸入電壓的依賴性非常小，有利于提高線性度。

技術領域

本實用新型屬于集成電路設計技術領域，尤其是涉及一種基于自適應偏置的CMOS跨導單元電路。

背景技術

隨著CMOS制造技術的快速進步，器件的特征尺寸不斷減小，同時電源電壓也不斷降低，導致采用經典的差分對實現的跨導單元的共模輸入電壓受到限制。通常我們在差分結構中引入源級退化電阻來改善跨導單元的線性度，在此基礎上增強輸入MOS對管的跨導并增加退化深度，還可以進一步改善跨導單元的線性度，但是它同樣面臨共模電壓范圍受限制的問題。現代無線接收機設計中，對跨導單元輸入范圍的要求很高，因為普遍采用的基于復數信號處理原理的鏡像抑制接收機中的濾波器和可變增益放大器需要同時處理信號和鏡像信號，這對濾波器和可變增益放大器提出了高輸入動態范圍的要求，即共模輸入電壓范圍寬、線性度高。

如圖1所示，是一個傳統的基于源極退化-跨導提升原理的高線性度跨導單元的電路結構，M1管的源級電壓跟隨輸入電壓的變化，因此輸入電壓在電阻R1+R1上轉化為電流，這個電流絕大部分被M2管吸收并通過由M2管和M3管組成的電流鏡電路鏡像至輸出端。因此跨導單元的等效跨導約等于1/R1。

高線性度跨導單元的更精密的實現電路如圖2所示，M1管源極電壓等于輸入電壓，因此輸入電壓能夠加載到電阻R1+R1上轉化為電流，這個電流同時被M1管緩沖到輸出端。這種結構的功耗和電路規模都要大得多，不符合日益復雜龐大的片上系統對基本信號處理模塊(這里是跨導單元)低功耗和緊湊面積的要求。

圖1和圖2所示的跨導單元的最大共模輸入電壓均可以表示為：VDD-Vdsat-VGS1，其中VDD表示電源電壓，VGS1表示M1管的柵源電壓，Vdsat表示電流源的飽和壓降(圖1中M4管實際上就是電流源)。目前主流CMOS制造工藝的電源電壓已經降至1.2V，甚至更低，閾值電壓和漏源飽和壓降卻不能同比例下降，因此留給輸入電壓的空間越來越小。實際上，共模輸入電壓達不到這個理論值(VDD-Vdsat-VGS1)，因為當電流源(圖1中M4管和圖2中的IB1)的電壓降接近Vdsat時，其輸出阻抗已開始大幅度降低，導致輸入管M1源極的等效電阻變小，因而等效跨導變大。

本專利申請人之前改進過上述問題(ZL201721486242.1-一種寬輸入電壓范圍高線性度CMOS跨導單元電路)，本專利則是進一步優化，使得與電阻R1相連的電流源(圖1中M4管和圖2中的IB1)對輸入電壓擺幅的依賴性更低，這是通過自適應偏置電路實現的。

發明內容

本實用新型目的是提供一種基于自適應偏置的CMOS跨導單元電路，可以獲取更寬的電壓輸入范圍，對于納米級CMOS工藝來說是非常重要的特性，同時為跨導主體電路提供的偏置電流非常穩定，即其偏置電流對輸入電壓的依賴性非常小，有利于提高線性度。

本實用新型的技術方案是：一種基于自適應偏置的CMOS跨導單元電路，包括跨導單元主體電路和自適應偏置電流源；