[發明專利]恒定GM電流源

在審

• 申請號: 202180083652.4
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN116601580A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 吳信達
• 申請（專利權）人: 北歐半導體公司
• 主分類號: G05F3/24
• 分類號: G05F3/24
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 許偉群;李少丹

一種恒定gsubgt;m/subgt;電流源(102)，被布置為生成用于皮爾斯振蕩器的供電電流(IPIERCE)。第一(P1)晶體管和第二(N1)晶體管具有分別連接到第一(AVDD)供電軌和第二(GND)供電軌的其源極端子，并且它們的漏極端子連接在一起并連接到第一晶體管(P1)的柵極端子。第三(P2)晶體管和第四(N2)晶體管具有分別連接到第一(AVDD)供電軌和第二(GND)供電軌的其源極端子，并且它們的漏極端子連接在一起并連接到第四晶體管(N2)的柵極端子。輸出部分(N3、P4、P5)響應于第三晶體管和第四晶體管(P2、N2)的漏極端子處的電壓而改變供電電流(IPIERCE)。第一(P1)晶體管和第三(P2)晶體管的柵極端子連接在一起并接收柵極電壓(vgp)，并且第二晶體管(N1)和第四晶體管(N2)的柵極端子連接在一起。連接在第三晶體管(P2)的源極端子和第一供電軌(AVDD)之間的參考電阻元件(R1’)具有預定的電阻值。自動校準晶體管(R2,P6)的源極端子連接到第一供電軌(AVDD)并且其漏極端子連接到第一晶體管(P1)的源極端子。自動校準晶體管(R2,P6)的柵極端子被供應柵極電壓(vgp)。

技術領域

本發明涉及恒定gm(跨導)電流源，特別是但不排他地涉及適于與皮爾斯振蕩器(Pierce?oscillator)一起使用的恒定gm電流源。

背景技術

許多集成電路(IC)需要一個或更多個交流信號，其每一個均具有相應頻率。一般來說，確保頻率穩定和準確是很重要的，因為信號可以用于例如定時電路和/或無線電組件(例如，用于無線電收發器中的調制和/或解調)。存在本領域本身已知的生成這些交流信號的幾個振蕩器電路。這些振蕩器中的特殊的一組振蕩器被稱為‘晶體振蕩器’，因為它們包含壓電晶體，通常可以生成在特定頻率下的高度準確的交流電壓。

‘皮爾斯振蕩器’以其最初的發明者喬治·W·皮爾斯的名字命名，是一種晶體振蕩器電路，特別適于在集成電路應用中使用。IC中使用的許多數字時鐘振蕩器都是皮爾斯型的。

因為皮爾斯振蕩器可以使用相對較少的組件來實現，因此一般會采用皮爾斯振蕩器。皮爾斯振蕩器通常由數字逆變器、電阻器、兩個電容器和壓電晶體(通常是石英)構成，壓電晶體充當高選擇性濾波元件。這種少量的組件導致了低的材料清單和成本。此外，石英晶體具有特別好的頻率穩定性，這在許多電子應用中是理想的。

皮爾斯振蕩器的逆變器(本文中被稱為‘皮爾斯逆變器’)通常需要為其提供維持振蕩所需的電流(本文中被稱為I_PIERCE)的電流源。特別是，電流源通常可以被設計成具有恒定的跨導g_m，其中，這種電流源被稱為‘恒定g_m電路’或‘恒定g_m電流源’。

傳統的本領域本身已知的恒定g_m電路可以使用金屬氧化物半導體(MOS)器件來生成I_PIERCE，并且具有可以生成這種電流的本領域本身已知的基于n通道(NMOS)和基于p通道(PMOS)的恒定g_m電路。這些已知的恒定g_m電路為皮爾斯逆變器提供動態調整的I_PIERCE，從而實現跨工藝角和操作溫度的恒定跨導g_m。

然而，這種已知的恒定g_m電路通常只在相當特定的操作范圍內工作。如本領域技術人員將理解的是，皮爾斯逆變器通常表現出‘負電阻’，其作用是抵消皮爾斯振蕩器的‘槽’(即，諧振電路)中的損耗。當通過常規恒定g_m電流源供電時，由皮爾斯逆變器生成的負電阻R_NEG在不同的工藝角之間波動較大。因此，最大負電阻和最小負電阻之間的比率可能相對較高，這是不希望的。