一種c類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種C類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路的發(fā)展，晶體管特征尺寸越來越小，電源電壓降低，芯片集成度增加 和工作頻率提高，單位芯片面積上的功耗越來越高，隨著移動便攜式設(shè)備市場的增長，對集 成電路低功耗要求提高，這對低壓低功耗設(shè)計提出了要求。然而，隨著電源電壓的降低，晶 體管閾值電壓并未按等比例減小，輸入信號擺幅的減小，特別是針對模擬電路中的運算跨 導(dǎo)放大器（Operational Transconductance Amplifier，0ΤΑ)設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。
[0003] 針對低壓低功耗設(shè)計，Youngcheol Chae提出了一種新型基于反相器的開關(guān)電容 積分器，其中，用C類反相器取代傳統(tǒng)的運算跨導(dǎo)放大器，達到低壓低功耗的要求。一個簡 單型反相器只有一個電流支路，具有大的輸出擺幅，輸入NMOS晶體管和PMOS晶體管對跨 導(dǎo)都有貢獻，相比于傳統(tǒng)0ΤΑ，反相器的能量效率是其兩倍。C類反相器工作在兩個時鐘相 憶w，齡日曰日體者ra乍棚碰g，麵艮題輪狐瓶?搬鄗曾 02開始時,一個晶體管截止,另一個晶體管工作在強反型區(qū),其中一個晶體管截止，電 源到地沒有直接通路，使電路功耗極低，另一個晶體管工作于強反型區(qū)，可以提供大的跨導(dǎo) 和電流，提供大的擺率；電荷轉(zhuǎn)移完成后，02穩(wěn)定狀態(tài)時，兩個晶體管又工作在弱反 型區(qū)，消耗很低的靜態(tài)功耗。
[0004] 然而，一個簡單的反相器只能提供很低的電源抑制比（PSRR)，由于溫度引起閾值 電壓變化，反相器單位增益帶寬將強烈依賴于溫度，由于它工作在亞閾值區(qū)，當(dāng)晶體管處于 慢工藝角時，晶體管的跨導(dǎo)和電流將減小，反相器的帶寬和擺率將嚴重下降，引起性能的損 失。反相器的靜態(tài)電流和帶寬嚴重依賴于工藝、電源電壓、溫度，電路穩(wěn)定性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于以上C類反相器存在的問題，本發(fā)明提供一種C類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電 路，它可以精確調(diào)整放大器的工作點，使放大器工作點穩(wěn)定，提高電源抑制比；互補型恒定 跨導(dǎo)電流源的偏置可以使反相器的單位增益帶寬和工作點保持恒定，不受溫度和工藝偏差 的影響。
[0006] 本發(fā)明提供的C類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電路包括：包括基于反相器的開關(guān)電容 積分器和恒定跨導(dǎo)偏置電路，所述基于反相器的開關(guān)電容積分器中OTA和所述恒定跨導(dǎo)偏 置電路通過調(diào)制信號Vdda連接；其中，
[0007] 所述基于反相器的開關(guān)電容積分器包括第一 NMOS晶體管麗11和第一 PMOS晶體 管MPll組成的反相器；
[0008] 所述恒定跨導(dǎo)偏置電路包括：鏡像工作點感應(yīng)器件、互補型恒定跨導(dǎo)偏置電流源、 運算放大器和輸出負載晶體管。
[0009] 進一步的，所述鏡像工作點感應(yīng)器件包括第二NMOS晶體管MN12和第二PMOS晶體 管MP12連接組成的反相器，用于鏡像所述開關(guān)電容積分器中OTA的工作點，產(chǎn)生反饋信號 Vfb;第二NMOS晶體管MN12的柵極和漏極和第二PMOS晶體管MP12的柵極和漏極相連，第二 NMOS晶體管麗12的源極接地，第二PMOS晶體管MP12的源極連接調(diào)制信號Vdda。
[0010] 進一步的，所述互補型恒定跨導(dǎo)電流源包括互補型恒定跨導(dǎo)偏置電流源Ibtas和 第三NMOS晶體管麗13 ;第三NMOS晶體管麗13的源極接地，互補型恒定跨導(dǎo)偏置電流源 Ibtas與第三NMOS晶體管MN13的柵極和漏極相連，產(chǎn)生參考信號V Mf，并且連接到運算放大 器AMPlO的負端，運算放大器AMPlO的負端V,ef和正端V 比較的輸出端連接到第三PMOS 晶體管MPload的柵極，第三PMOS晶體管MPload的源極連接到外部供電電壓Vdd，第三PMOS 晶體管MPload的漏極連接到第二PMOS晶體管MP12的源極，并產(chǎn)生調(diào)制信號Vdda。
[0011] 其中，第二NMOS晶體管麗12和第二PMOS晶體管MP12的尺寸基于反相器OTA的 等比例縮小，通過合適的版圖匹配設(shè)計，通過它來精確感應(yīng)基于反相器的OTA的工作點，來 產(chǎn)生反饋信號，通過這樣的方式避免了使用大電阻，從而節(jié)省芯片面積。反饋信號V fb和恒 定跨導(dǎo)電流偏置產(chǎn)生的參考電壓VMf作比較，調(diào)制反相器的電源電壓，反相器電源電壓等于 第二NMOS晶體管麗12和第二PMOS晶體管MP12的柵源電壓之和，即V dda= V esN+1 VesP|，使 反相器OTA晶體管穩(wěn)定工作在弱反型區(qū)，通過合適的時鐘相位控制，具有高增益、高擺率、 高跨導(dǎo)效率、低功耗等特點。通過負反饋環(huán)路精確調(diào)節(jié)放大器的電源電壓，避免了使用額外 調(diào)節(jié)通路所需的額外電容和信號干擾，使放大器工作點穩(wěn)定，不受溫度和工藝偏差的影響， 并且可以提高電源抑制比。
[0012] 所述互補型恒定跨導(dǎo)偏置電流源可以使偏置的反相器總跨導(dǎo)恒定，不隨NMOS晶 體管和PMOS晶體管的工藝偏差和溫度而變化。采用互補型恒定跨導(dǎo)電流源提供偏置，反相 器的跨導(dǎo)保持恒定，不依賴于溫度和工藝，因此，反相器的單位增益帶寬和建立時間在工藝 偏差時也保持恒定，提高電路穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖。
[0014] 圖1為本發(fā)明實施例提供的C類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0015] 圖2為傳統(tǒng)恒定跨導(dǎo)偏置電路結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明的互補型恒定跨導(dǎo)電流源電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖4為互補型恒定跨導(dǎo)電流源偏置下的反相器跨導(dǎo)隨工藝偏差的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0019] 圖1示出了本發(fā)明實施例C類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電路的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，所 述C類反相器的恒定跨導(dǎo)偏置電路包括基于反相器的開關(guān)電容積分器和恒定跨導(dǎo)偏置電 路；所述基于反相器的開關(guān)電容積分器中OTA和所述恒定跨導(dǎo)偏置電路通過調(diào)制信號V dda 連接；
[0020] 其中，所述基于反相器的開關(guān)電容積分器包括一個由第一 NMOS晶體管MNll和第 一 PMOS晶體管MPl 1組成的反相器、米樣電容Cs、積分電容C1、補償電容〇；、兩相不交疊時鐘 控制開關(guān)、輸入節(jié)點V in和輸出節(jié)點V Q;
[0021] 其中，所述恒定跨導(dǎo)偏置電路包括鏡像工作點感應(yīng)器件、互補型恒定跨導(dǎo)電流源、 運算放大器AMPlO和第三PMOS晶體管（即：輸出負載晶體管）MPload ;
[0022] 所述互補型恒