本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)。

背景技術(shù)：

接收器電路應(yīng)用于各種數(shù)字信號的輸入端，其翻轉(zhuǎn)電平往往在芯片設(shè)計中不太被重視，但在長距離信號傳輸、環(huán)境溫度變化、電源電壓變化等應(yīng)用環(huán)境中，翻轉(zhuǎn)電平值的穩(wěn)定性成為了電路系統(tǒng)中舉足輕重的電學(xué)性能，其較大的漂移會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼甚至接收器無法正常工作。

經(jīng)典接收器結(jié)構(gòu)：

以VCC＝5V的TTL/CMOS信號接收器為例，由于大部分接收系統(tǒng)規(guī)定其輸入判別電平為：VIL(輸入判定為低的電平)≤0.8V，VIH(輸入判定為高的電平)≥2.4V，故其輸入翻轉(zhuǎn)電平通常在1.4V～1.8V范圍內(nèi)，經(jīng)典的接收器電路為單一的CMOS反相器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)僅能通過調(diào)整NMOS與PMOS的寬長比來改變輸入判別電平值，故該結(jié)構(gòu)幾乎沒有對溫度和電源電壓變化的抑制能力。

如圖1所示為經(jīng)典接收器電路，以輸出中間電平VCC/2＝2.5V作為輸出翻轉(zhuǎn)點電壓，借助輔助運放構(gòu)成輸出到輸入的反饋環(huán)路，使反相器輸出電平恒為VCC/2，在電源電壓VCC恰好等于5V，室溫27℃環(huán)境下，通過調(diào)整MOS管寬長比，將圖1中反相器的輸入電平設(shè)置為1.6V，該值即為此條件下的輸入翻轉(zhuǎn)電平，改變環(huán)境變量(電源值與溫度值)，觀測輸入電平的變化。

如圖2所示在‐55℃～125℃范圍內(nèi)，輸入電平變化幅度約100mV。

如圖3所示在4V～6V的電源電壓范圍內(nèi)，輸入電平變化幅度超過400mV。

由前述對經(jīng)典CMOS反相器型的接收器輸入端口分析可知，在電源電壓與溫度變化范圍較大的應(yīng)用環(huán)境下，接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平漂移較大，在一定情況下易逼近VIL或VIH，使得接收器對高低電平的判別出現(xiàn)錯誤，另一方面也大幅度降低了接收器抗噪能力，在長距離傳輸應(yīng)用下容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤碼的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種帶閉環(huán)控制的接收器輸入端口電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在以較小的功耗和芯片面積為代價下，使輸入翻轉(zhuǎn)電平不隨電源電壓、環(huán)境溫度的變化而變化。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，襯偏電壓調(diào)整穩(wěn)定輸入翻轉(zhuǎn)電平的接收器，包括輸入端VIN、輸出端VOUT和反相器，所述反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第一MOS管和第二MOS管構(gòu)成，第一MOS管和第二MOS管的串聯(lián)連接點即為輸出端VOUT，兩個MOS管柵極連接到輸入端，其特征在于，還包括一個從反相器和第一運放OP1，所述從反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第三MOS管和第四MOS管構(gòu)成，第三MOS管與第一MOS管相同，第四MOS管與第二MOS管相同，第三MOS管的襯底和第一MOS管的襯底皆連接到第一運放OP1的輸出端，第三MOS管的柵極和第四MOS管的柵極皆連接到參考電壓源，第三MOS管和第四MOS管的串聯(lián)連接點連接第一運放OP1的正性輸入端，第一運放OP1的負(fù)性輸入端連接電平值為VCC/2的第二參考電壓源。

所述第一MOS管和第三MOS管皆為PMOS管，接高電平；第二MOS管和第四MOS管皆為NMOS管，接地電平。

本發(fā)明的有益效果是，在增添少量芯片面積及功耗的條件下，通過負(fù)反饋控制環(huán)路使得輸入翻轉(zhuǎn)電平穩(wěn)定，不受電源電壓和溫度的影響。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)接收器輸入端，借助輔助運放對輸入翻轉(zhuǎn)電平進(jìn)行仿真

圖2為現(xiàn)有技術(shù)接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平與溫度關(guān)系。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平與電源電壓關(guān)系。

圖4為本發(fā)明提出的接收器結(jié)構(gòu)。

圖5為本發(fā)明采用的VREF產(chǎn)生電路圖。

圖6為本發(fā)明接收器結(jié)構(gòu)的輸入翻轉(zhuǎn)電平與溫度關(guān)系曲線。

圖7為本發(fā)明接收器結(jié)構(gòu)的輸入翻轉(zhuǎn)電平與電源電壓關(guān)系曲線。

具體實施方式

參考圖4。

本發(fā)明包括輸入端VIN、輸出端VOUT和反相器，所述反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第一MOS管MP2和第二MOS管MN2構(gòu)成，兩個MOS管柵極連接到輸入端，其特征在于，還包括一個從反相器和第一運放OP1，所述從反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第三MOS管MP1和第四MOS管MN1構(gòu)成，第三MOS管MP1與第一MOS管MP2相同，第四MOS管MN1與第二MOS管MN2相同，第三MOS管MP1的襯底和第一MOS管MP2的襯底皆連接到第一運放OP1的輸出端，第三MOS管MP1的柵極和第四MOS管MN1的柵極皆連接到參考電壓源，第三MOS管MP1和第四MOS管MN1的串聯(lián)連接點連接第一運放OP1的正性輸入端，第一運放OP1的負(fù)性輸入端連接電平值為VCC/2的第二參考電壓源。

所述第一MOS管和第三MOS管皆為PMOS管，接高電平；第二MOS管和第四MOS管皆為NMOS管，接地電平。

本文所稱的串聯(lián)是基于電流的流向而言，如圖4中，電流從高電平VCC經(jīng)第三MOS管MP1的源極和漏極，再經(jīng)過第四MOS管的源極和漏極至地電平點，第三MOS管和第四MOS管即為串聯(lián)。

本發(fā)明利用MOS管源-襯反偏電壓值影響MOS開啟閾值這一效應(yīng)，通過含運算放大器OP1的閉環(huán)控制電路對圖4中的MP2管的閾值電壓進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而對接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平的漂移進(jìn)行補償，使得翻轉(zhuǎn)電平在不同電源電壓及溫度條件下保持恒定。

圖4的具體工作原理為，第三MOS管MP1和第四MOS管MN1構(gòu)成的從反相器與第一MOS管MP2、第二MOS管MN2構(gòu)成的主反相器尺寸完全相同，該從反相器與運放OP1構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)對第三MOS管MP1的襯底電壓V_BP1進(jìn)行控制，調(diào)整第三MOS管MP1的閾值電壓V_thP1使得在VREF輸入條件下，從反相器輸出電壓與第一運放OP1反向輸入端的VCC/2電壓相等。VREF為由芯片內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電壓，該電壓設(shè)定為接收器輸入端口所需要的翻轉(zhuǎn)電平值。通過閉環(huán)控制，第一MOS管MP2的襯底電壓值V_BP2＝V_BP1，由于兩反相器尺寸、電源電壓、襯底電壓都相等，故最終所得到的主反相器輸入翻轉(zhuǎn)電平為所設(shè)定的VREF值。VREF可由簡易的一階溫度補償電壓基準(zhǔn)源經(jīng)過倍壓后得到，以圖5結(jié)構(gòu)為例，調(diào)整電阻R3、R4比值使VREF＝1.6V，該結(jié)構(gòu)VREF溫度系數(shù)約為12ppm/℃，如圖6。

與圖1的方法類似，借助輔助運放穩(wěn)定接收器輸出電壓在VCC/2，對其輸入電壓進(jìn)行溫度掃描仿真，可看出輸入電平的溫度系數(shù)與VREF近似，在-55℃～125℃范圍內(nèi)僅變化了3.2mV，則對比圖2與圖6仿真結(jié)果，接收器結(jié)構(gòu)A在全溫范圍內(nèi)的輸入翻轉(zhuǎn)電平變化幅度僅為經(jīng)典結(jié)構(gòu)的32％。對電源電壓進(jìn)行掃描，仿真結(jié)果如圖7所示，在4V～6V范圍內(nèi)輸入電平變化幅度僅為2.4mV，為圖3所示的6％。