寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構的製作方法
2023-09-13 00:37:55
專利名稱：寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於微電子學與固體電子學領域的超大規模集成電路設計，是一種新型的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構。
背景技術：
全差動放大器電路對於單管放大器相比具有很多優點，一個重要的優勢是全差動放大器電路對環境噪聲、電源電壓噪聲具有很強的抗幹擾能力；另外差動電路的偏置電路簡單，能得到最大的輸出擺幅。除了具有更大的輸出擺幅，差動運放還避免了鏡像極點，因此達到了很高的閉環速度，然而，由於差分對輸入管的不匹配的非理想因素引起的電壓變化將引起很大的共模輸出電壓的變化。研究表明，在高增益放大器中，輸出共模電平對器件的特性和失配相當敏感，而且不能通過差動反饋來達到穩定，必須增加共模反饋網絡來檢測二個輸出端的共模電平，同一個參考電平比較，將比較誤差送回放大器的偏置網絡。因此高增益差動電路要求共模反饋電路。
共模反饋電路通常用來穩定全差分模擬電路的共模電壓。兩個差分輸出電壓的平均電壓與共模參考電壓相比較產生的差分電流反饋調整共模電壓。通常有三種技術1)開關電容共模反饋電路；2)利用MOSFET作為可變電阻的檢測技術；3)電阻檢測平均共模反饋電路。
由於遭受時鐘反饋噪聲，開關電容共模反饋電路一般用在時鐘採樣的電路中。一些要求連續信號工作的應用，如許多模擬電路的前端輸入用到的抗混疊濾波器，高速工作的連續過採樣模數轉換器等，運算放大器的共模反饋電路必須用連續工作方式的共模反饋電路。利用MOSFET作為可變電阻的檢測方法的優點是有效降低了晶片面積，但由於差分對的非線性和輸入範圍的有限，其線性動態範圍受到很大的制約，一般用在小電壓擺幅的情況下。電阻檢測平均共模反饋電路使用電阻檢測兩路輸出差分平均電壓，並與參考共模反饋電壓比較，這種技術的優點是動態範圍寬，但要求電阻比運放的輸出阻抗大很多，所佔的矽片面積很大，不利於集成，另外將使輸出的負載增大降低了增益。
針對這種情況，發明一種新型的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，發明的共模反饋電路結合了利用MOSFET作為可變電阻的檢測技術和利用電阻檢測平均共模電壓的優點，克服了兩者的缺點。
發明內容
本發明的目的在於提供一種寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，連續共模反饋電路結合了利用MOSFET作為可變電阻的檢測技術和利用電阻檢測平均共模電壓的優點，克服了兩者的缺點。通過引入負反饋電晶體對輸入管的漏極電流與過驅動電壓之間的平方關係引入額外的非線性來「軟化」器件的承受能力。隨著差分放大器的輸出共模電壓的增大，共模反饋電路中的檢測共模電壓的輸入電晶體柵極電壓也增大，流過它們的電流隨之也增大，從而負反饋電晶體上漏源極上的壓降也增大，也就是說輸入電壓的一部分降落在負反饋電晶體上，而不是作為檢測共模電壓的輸入電晶體柵源的過驅動電壓，因此導致檢測共模電壓的輸入電晶體的漏極電流的變化變得平滑，從而增大了檢測共模電壓的輸入電晶體柵極的輸入共模電壓範圍，抑制了電路的非線性。
本發明一種寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中包括電晶體M9、M10和M11的源極與節點1相連，節點1與電源相連，電晶體M9、M10和M11的柵極相連於節點2，電晶體M9和M11的漏極分別與柵極相連於節點2，電晶體M10的漏極與節點2相連；電晶體M1和M4的柵極分別接運算放大器的輸出端7和5，電晶體M1和M4的漏極與節點2相連，電晶體M1和M4的源極分別與節點8和11相連；電晶體M2和M3的柵極相連於節點6，電晶體M2和M3的漏極相連於節點4，電晶體M2和M3的源極分別與節點9和10相連；電晶體M5、M6、M7和M8的柵極相連於節點12，電晶體M5、M6、M7和M8的漏極分別與節點8、9、10和11相連，電晶體M5和M6的源極相連於節點13，電晶體M7和M8的源極相連於節點14；電晶體M12和M13的柵極相連於節點15，電晶體M12和M13的漏極分別與節點13和14相連，電晶體M12和M13的源極分別與節點16和17相連，節點16和17與地相連；電容C的兩端與節點4和6相連，電晶體M14的源極與6相連，電晶體M14的柵極與節點18相連，節點18與地相連，電晶體M14的漏極與節點3相連；通過引入負反饋電晶體對輸入管分擔一部分差分放大器的輸出共模電壓，從而增大了檢測共模電壓的輸入電晶體柵極的輸入共模電壓範圍，抑制了電路的非線性。
其中電晶體M1、M2、M3和M4為N型MOS電晶體構成輸入端，其中兩個與運算放大器的輸出相連，另外兩個電晶體與共模參考電平相連。
其中電晶體M5、M6、M7和M8為四個負反饋電晶體用N型MOS電晶體構成來提高電路的線性度。
其中電晶體M9、M10和M11為電流源負載用三個P型MOS管。
其中電晶體M16、M17為電流沉，用兩個N型MOS管構成提供整個電路的工作電流。
其中電晶體M14為P型MOS電晶體，其和一個電容C構成頻率補償，保持系統的穩定性。
為進一步說明本發明的技術特徵，以下結合實施例及附圖對本發明作一詳細的描述，其中圖1是寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構。
具體實施例方式
參閱圖1，圖1是寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，本發明一種新型連續共模反饋電路結構，該種結構具有寬線性動態範圍的優點，其中包括輸入檢測電晶體M1、M2、M3和M4，M1和M4的柵極接全差分放大器的輸出端，M2和M3的柵極接共模參考電平；M5、M6、M7和M8作為負反饋電晶體；M9、M10和M11作為有源負載電晶體；M12和M13作為電流沉提供整個共模反饋電路的工作電流；M14和電容C作為頻率補償，穩定電路的工作；M9、M10、M11和M14為P型MOSFET管，其餘均為N型MOSFET管。
整個寬線性動態範圍連續共模反饋電路的連接關係為電晶體M9、M10和M11的源極與節點1相連，1與電源相連，電晶體M9、M10和M11的柵極相連於節點2，電晶體M9和M11的漏極分別與柵極相連於節點2，電晶體M10的漏極與節點￥相連；電晶體M1和M4的柵極分別接運算放大器的輸出端7和5，電晶體M1和M4的漏極與節點2相連，電晶體M1和M4的源極分別與節點8和11相連；電晶體M2和M3的柵極相連於節點6，電晶體M2和M3的漏極相連於節點4，電晶體M2和M3的源極分別與節點9和10相連；電晶體M5、M6、M7和M8的柵極相連於節點12，電晶體M5、M6、M7和M8的漏極分別與節點8、9、10和11相連，電晶體M5和M6的源極相連於節點13，電晶體M7和M8的源極相連於節點14；電晶體M12和M13的柵極相連於節點15，電晶體M12和M13的漏極分別與節點13和14相連，電晶體M12和M13的源極分別與節點16和17相連，節點16和17與地相連；電容C的兩端與節點4和6相連，電晶體M14的源極與6相連，電晶體M14的柵極與節點18相連，節點18與地相連，電晶體M14的漏極與節點3相連。本發明的工作過程為電晶體M1和M4檢測二個輸出端的共模電平，電晶體M2和M3引入共模參考電平進行比較，將比較誤差從節點4送回放大器的偏置網絡。隨著差分放大器的輸出共模電壓的增大，即M1與M4的柵極5和7的電壓增大，流過M1與M4的電流也增大，電晶體M5和M8上的壓降也增大，也就是說輸入電壓的一部分降落在電晶體M5和M8上，而不是作為M1與M4的柵源過驅動電壓，因此導致M1與M4漏極電流的變化變得平滑，從而增大了輸入的共模電壓的範圍，抑制了電路的非線性。M14和電容C用來作為頻率補償，保持系統的穩定性。
權利要求
1.一種寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中包括電晶體M9、M10和M11的源極與節點1相連，節點1與電源相連，電晶體M9、M10和M11的柵極相連於節點2，電晶體M9和M11的漏極分別與柵極相連於節點2，電晶體M10的漏極與節點2相連；電晶體M1和M4的柵極分別接運算放大器的輸出端7和5，電晶體M1和M4的漏極與節點2相連，電晶體M1和M4的源極分別與節點8和11相連；電晶體M2和M3的柵極相連於節點6，電晶體M2和M3的漏極相連於節點4，電晶體M2和M3的源極分別與節點9和10相連；電晶體M5、M6、M7和M8的柵極相連於節點12，電晶體M5、M6、M7和M8的漏極分別與節點8、9、10和11相連，電晶體M5和M6的源極相連於節點13，電晶體M7和M8的源極相連於節點14；電晶體M12和M13的柵極相連於節點15，電晶體M12和M13的漏極分別與節點13和14相連，電晶體M12和M13的源極分別與節點16和17相連，節點16和17與地相連；電容C的兩端與節點4和6相連，電晶體M14的源極與6相連，電晶體M14的柵極與節點18相連，節點18與地相連，電晶體M14的漏極與節點3相連；通過引入負反饋電晶體對輸入管分擔一部分差分放大器的輸出共模電壓，從而增大了檢測共模電壓的輸入電晶體柵極的輸入共模電壓範圍，抑制了電路的非線性。
2.根據權利要求1所述的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中電晶體M1、M2、M3和M4為N型MOS電晶體構成輸入端，其中兩個與運算放大器的輸出相連，另外兩個電晶體與共模參考電平相連。
3.根據權利要求1所述的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中電晶體M5、M6、M7和M8為四個負反饋電晶體用N型MOS電晶體構成來提高電路的線性度。
4.根據權利要求1所述的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中電晶體M9、M10和M11為電流源負載用三個P型MOS管。
5.根據權利要求1所述的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中電晶體M16、M17為電流沉，用兩個N型MOS管構成提供整個電路的工作電流。
6.根據權利要求1所述的寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，其特徵在於，其中電晶體M14為P型MOS電晶體，其和一個電容C構成頻率補償，保持系統的穩定性。
全文摘要
一種寬線性動態範圍連續共模反饋電路結構，包括電晶體M9、M10和M11的源極與節點1相連，電晶體M9、M10和M11的柵極相連於節點2；電晶體M1和M4的柵極分別接運算放大器的輸出端7和5，電晶體M1和M4的漏極與節點2相連；電晶體M2和M3的柵極相連於節點6，電晶體M2和M3的漏極相連於節點4；電晶體M5、M6、M7和M8的柵極相連於節點12，電晶體M5、M6、M7和M8的漏極分別與節點8、9、10和11相連；電晶體M12和M13的漏極分別與節點13和14相連，節點16和17與地相連；電容C的兩端與節點4和6相連，電晶體M14的源極與6相連，電晶體M14的柵極與節點18相連，節點18與地相連，電晶體M14的漏極與節點3相連。
文檔編號H03F3/45GK1619947SQ20031011635
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月19日 優先權日2003年11月19日
發明者金湘亮, 陳杰, 仇玉林 申請人:中國科學院微電子中心