參考電壓電路及共柵結構前端放大電路的製作方法

2023-06-29 07:37:41

專利名稱：參考電壓電路及共柵結構前端放大電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種參考電壓電路及包含該電路的共柵結構前端放大電路。
背景技術：
在電子電路中，尤其在模擬和混合信號電路中參考電壓電路起著不可或缺的作用。 傳統的參考電壓電路一般由帶隙基準產生，它與工藝、電源電壓和溫度基本無關，所用面 積大、成本較高。在一些特殊應用中，參考電壓需要隨輸入信號的變化而變化或隨電路靜 態工作點變化而變化，這樣傳統的產生恆定電壓的參考電壓電路就有局限性了。圖1所示 為共柵結構前端放大電路，由一個開環應用的共柵放大器和一個比較器組成，如果電源電 壓VDD改變，共柵放大電路的輸出信號CG—OUT的靜態點也會改變，這樣就對後級的 比較電路中的參考電壓Vref提出了可變的要求，不然就會造成信號的失真問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種參考電壓電路及包含該電路的共柵結構前端放大電路，它 克服了現有技術的不足，能通過參考電壓電路跟蹤共柵放大電路的靜態工作點，使得後級 比較器的參考電壓能在不同電源電壓VDD下準確提供。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種參考電壓電路，其特徵在於包括一第三電流源、 一第六PMOS管、 一第五NMOS 管、 一可變電阻和一第六電阻，第三電流源的輸入端連接電源電壓，其輸出端連接第六 PMOS管的源極，第六PMOS管的漏極連接第五NMOS管的漏極形成參考電壓輸出端， 可變電阻和第六電阻依次串聯在第五NMOS管的源極和接地端之間，第五NMOS管的柵 極連接第一偏置電壓，第六PMOS管的柵極連接第二偏置電壓。
一種包含前述參考電壓電路的共柵結構前端放大電路，包括共柵放大電路和比較器， 其特徵在於共柵放大電路的信號輸出端連接比較器的正相輸入端，參考電壓電路的參考電 壓輸出端連接比較器的負相輸入端，參考電壓電路與共柵放大電路共用第一偏置電壓和第 二偏置電壓，實現參考電壓電路對共柵放大電路靜態工作點的跟蹤。本發明的有益效果
1、 本發明的參考電壓電路結構簡單，適當選擇兩個偏置電壓以及其它器件參數就 能實現對共柵放大電路靜態工作點的跟蹤，避免造成信號的失真問題。
2、 本發明的共柵結構前端放大電路利用傳統的電路結構，實現參考電壓電路和共 柵放大電路共用偏置電壓，並通過器件參數的適當選擇，輕鬆實現參考電壓隨 共柵放大電路輸出信號的靜態工作點的變化而變化，具有很強的兼容性，成本 低廉，效果顯著。
3、 本發明的參考電壓電路可集成程度高，可以有效降低電路面積，降低成本。
4、 本發明的共柵結構前端放大電路可以根據應用的實際需要，通過參考電壓電路
中可變電阻的參數設置，設計比較器正、負相輸入端之間的電壓差值，通過比 較這一環節濾除被放大的噪聲，使比較器的輸出更穩定可靠。


圖1是共柵結構前端放大電路圖。
圖2是本發明的參考電壓電路圖。
圖3是本發明的共柵結構前端放大電路圖。
圖4是噪聲屏蔽示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的描述，但本發明不應僅限於此實施例。
如圖2所示，本發明的參考電壓電路圖包括第三電流源I3、第六PMOS管M6、第五 NMOS管M5、可變電阻和一第六電阻R6，第三電流源13的輸入端連接電源電壓VDD， 其輸出端連接第六PMOS管M6的源極，第六PMOS管M6的漏極連接第五NMOS管 M5的漏極，兩漏極連接端形成了參考電壓輸出端Vref。可變電阻R5和第六電阻R6依次 串聯在第五NMOS管M5的源極和接地端之間，第五NMOS管M5的柵極連接第一偏置 電壓Vbiasl ，第六PMOS管M6的柵極連接第二偏置電壓Vbias2。
如圖3所示，本發明的共柵結構前端放大電路包括共柵放大電路、比較器和前述的本 發明的參考電壓電路。
共柵放大電路採用傳統結構，第一電流源Il、第二電流源12的輸入端分別連接電源 電壓VDD，由第三PMOS管M3和第四PMOS管M4組成的電流鏡通過第三PMOS管M3、第四PMOS管M4的源極分別連接第一電流源II、第二電流源12的輸出端。第三 PMOS管M3的漏極連接第一 NMOS管Ml的漏極，第一 NMOS管Ml的源極和接地端 之間依次串聯第一電阻Rl和第二電阻R2。第四PMOS管M4的漏極連接第二NMOS管 M2的漏極，第二NMOS管M2的源極和接地端之間依次串聯第三電阻R3和第四電阻R4。 第一 NMOS管Ml和第二 NMOS管M2的柵極均與參考電壓電路中第五NMOS管M5的 柵極連接，即第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2和第五NMOS管的柵極都連接第一 偏置電壓Vbiasl 。電流鏡的第三PMOS管M3和第四PMOS管M4的柵極連接在一起， 並與第六PMOS管M6的柵極連接，第三PMOS管M3和第四PMOS管M4的柵極提供 了第二偏置電壓Vbias2。第三PMOS管M3的漏極和第一 NMOS管Ml的漏極的連接端 提供共柵放大電路的信號輸出端CG—OUT,第一電阻Rl和第二電阻R2的連接端形成信 號輸入端IN。共柵放大電路的信號輸出端CG—OUT連接比較器的正相輸入端，參考電壓 電路的參考電壓輸出端Vref連接比較器的負相輸入端。
為實現參考電壓電路對共柵放大電路靜態工作點的跟蹤，在器件參數的選擇上，最容 易實現的是採取以下方案
/1 = /2 = /3 ，(『/Z)M6=(『/"M3=,")M4 ，(『/Z)M5=,/"M1=(『/Z)A/2 ， M = / 2 = i 3 = i 4 = J 6。其中71、 /2、 /3分別表示第一、第二、第三電流源n、 12、 13 的電流值，W/L表示對應MOS管的寬長比。由於參考電壓電路與共柵放大電路共用電壓 偏置，這樣不管電源電壓VDD怎麼變化，在信號輸入端1>1沒有信號輸入且^5 = / 6的情 況下，參考電壓Vref的靜態工作電壓與共柵放大電路的輸出信號CG_OUT的靜態工作電 壓就相等。
第五電阻R5設計成可變電阻，比如可以用修條方式(trimming)來實現。設計不同 R5的阻值就可以得到高予或低於CGJ3UT電壓的參考電壓Vref的電壓值。Elf前面可知， 第三電流源I3與第一電流源Il的電流相等，這樣流過電阻R1、 R2、 R5和R6的電流是 相等的；當R5大於Rl時，R5上的壓降大於Rl上的壓降，這樣就可以得到參考電壓Vref 的值高於共柵放大電路的輸出信號CG_OUT的電壓值；當R5小於Rl時，R5上的壓降 就小於R1上的壓降，可以得到參考電壓Vref的值低於CG一OUT的電壓值，這樣就可以
根據應用的實際需要，設計兩者的電壓差值A「，即比較器正、負相輸入端之間的電壓差 值，就可以在比較這一環節濾除被放大的噪聲，使比較器的輸出更穩定可靠。
圖4就是利閈電壓差值AF來屏蔽噪聲的示意圖。此時，第五電阻R5阻值大於第一 電阻R1，信號輸入端IN無有效信號輸入，圖中細實線表示參考電壓Vref，細虛線為理想情況時的CG—OUT電壓，而粗實線為有噪聲時的CG一OUT電壓。由於電壓差值A「的存 在，噪聲放大後的電壓值依然小於參考電壓Vref的電壓值，噪聲就被屏蔽掉了，比較器 的輸出端OUT就沒有有效的方波輸出，得到的是平滑穩定的輸出信號。電壓差值AF的 典型值為100mV，所以，參考電壓Vref的靜態點與輸出信號CG一OUT的靜態點大致相等， 保證了輸入信號放大後在比較環節中不失真。在參考電壓Vref到接地端之間連接電容Cl 的作用是慮除參考電壓Vref可能存在的高頻波動，使參考電壓Vref更平坦、更乾淨。
權利要求
1、一種參考電壓電路，其特徵在於包括一第三電流源(I3)、一第六PMOS管(M6)、一第五NMOS管(M5)、一可變電阻(R5)和一第六電阻(R6)，第三電流源(I3)的輸入端連接電源電壓(VDD)，其輸出端連接第六PMOS管(M6)的源極，第六PMOS管(M6)的漏極連接第五NMOS管(M5)的漏極形成參考電壓輸出端(Vref)，可變電阻(R5)和第六電阻(R6)依次串聯在第五NMOS管(M5)的源極和接地端之間，第五NMOS管(M5)的柵極連接第一偏置電壓(Vbias1)，第六PMOS管(M6)的柵極連接第二偏置電壓(Vbias2)。
2、 包含權利要求1所述的參考電壓電路的共柵結構前端放大電路，包括共柵放大電 路和比較器，其特徵在於共柵放大電路的信號輸出端(CG一OUT)連接比較器的正相輸入 端，參考電壓電路的參考電壓輸出端(Vref)連接比較器的負相輸入端，參考電壓電路與 共柵放大電路共用第一偏置電壓(Vbiasl)和第二偏置電壓(Vbias2)，實現參考電壓電 路對共柵放大電路靜態工作點的跟蹤。
3、 如權利要求2所述的共柵結構前端放大電路，其特徵在於所述共柵放大電路中， 第一電流源(11)、第二電流源(12)的輸入端分別連接電源電壓(VDD)，由一第三PMOS 管(M3)和一第四PMOS管(M4)組成的電流鏡通過第三PMOS管(M3)、第四PMOS 管(M4)的源極分別連接第一電流源(11)、第二電流源(12)的輸出端，第三PMOS管(M3)的漏極和接地端之間依次串聯一第一NMOS管(Ml)、 一第一電阻(Rl)和一第 二電阻(R2)，第四PMOS管(M4)的漏極和接地端之間依次串聯一第二 NMOS管(M2)、 一第三電阻(R3)和一第四電阻(R4)，第一NMOS管(Ml)和第二 NMOS管(M2) 的柵極連接第一偏疊電壓(Vbiasl)，第三PMOS管(M3)和第四Pm6s管(M4)的柵 極提供第二偏置電壓(Vbias2),第三PMOS管(M3)的漏極和第一NMOS管(Ml)的 漏極的連接端提供共柵放大電路的信號輸出端(CG—OUT)。
4、 如權利要求3所述的共柵結構前端放大電路，其特徵在於第一電阻(Rl)和第二 電阻(R2)的連接端形成信號輸入端(IN)。
5、 如權利要求3或4所述的共柵結構前端放大電路，其特徵在於所述第一、第二、 第三電流源(11、 12、 13)的電流相等，所述第三、第四、第六PMOS管(M3、 M4、 M6) 的寬長比相等，所述第一、第二、第五NMOS管(Ml、 M2、 M5)的寬長比相等，所述 第一、第二、第三、第四、第六電阻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R6)的阻值相等。
6、如權利要求1所述的參考電壓電路，其特徵在於所還參考電壓輸出端(Vref)與 接地端之間連接有電容。
全文摘要
本發明公開一種參考電壓電路及包含該電路的共柵結構前端放大電路，參考電壓電路包括一第三電流源、一第六PMOS管、一第五NMOS管、一可變電阻和一第六電阻，第三電流源的輸入端連接電源電壓，其輸出端連接第六PMOS管的源極，第六PMOS管的漏極連接第五NMOS管的漏極形成參考電壓輸出端，可變電阻和第六電阻依次串聯在第五NMOS管的源極和接地端之間，第五NMOS管的柵極連接第一偏置電壓，第六PMOS管的柵極連接第二偏置電壓。本發明的參考電壓電路結構簡單，適當選擇兩個偏置電壓以及其它器件參數就能實現對共柵放大電路靜態工作點的跟蹤，避免造成信號的失真問題。
文檔編號G05F3/24GK101441493SQ20081018765
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者坦 杜, 江石根, 石萬文, 謝衛國, 陳志明 申請人:蘇州市華芯微電子有限公司