用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器。源極跟隨器包括：主源極跟隨器、子源極跟隨器和電流源偏置電路，電流源偏置電路為主源極跟隨器以及子源極跟隨器提供恒定大小的電流；主源極跟隨器的第一MOS管由子源極跟隨器提供相應的隨著輸入信號變化的偏置電壓，以使得第一MOS管處于飽和工作狀態(tài)；主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受第一MOS管的控制，抵消第二MOS管相應變化的源端電壓以使得第二MOS管具有恒定的源漏電壓差。本發(fā)明主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受第一MOS管的控制，抵消第二MOS管相應變化的源端電壓以使得第二MOS管具有恒定的源漏電壓差，進一步地使得作為輸入管的第二MOS管的跨導不受輸入信號的影響，第二MOS管的跨導保持為一個固定值，進而提高了源極跟隨器的線性度。
【專利說明】
用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明設及模擬集成電路設計領域，具體而言，本發(fā)明設及用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入 信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)化器是模擬信號和數(shù)字信號之間的重要接口。隨著數(shù)字信號處理技 術(shù)的發(fā)展，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能的要求越來越高，不僅需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號具有良好 的驅(qū)動能力外，還需要相應的源極跟隨器具有良好的線性度。
[0003] 源極跟隨器是一種常用的低功耗的寬帶輸入信號驅(qū)動器，如圖1所示。如圖2所示 為N型源極跟隨器的典型結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，N型源極跟隨器的典型結(jié)構(gòu)具體為：由N型 MOS管m和N型MOS管M2構(gòu)成一個典型的N型源極跟隨器，其中，N型MOS管M2為輸入管，N型MOS 管Ml柵端接偏置電壓VB，偏置電壓VB的作用為:通過調(diào)整偏置電壓VB的電壓變化范圍W保 證N型MOS管Ml和N型MOS管M2均處于飽和狀態(tài)。N型MOS管Ml相當于一個N型電流源，其輸出阻 抗趨于無窮大，因而N型MOS管Ml對源極跟隨器的線性度的影響很小。鑒于溝道長度調(diào)制效 應，根據(jù)飽和態(tài)的電流公式得到N型MOS管M2的電流為
其 中，山為N型MOS管M2的遷移率，Cox為單位面積的柵氧化層電容，Vgs2為N型MOS管M2的柵源電 壓差，Vth2為N型MOS管M2的闊值電壓，Vds2為N型MOS管M2的漏源電壓差，A為N型MOS管M2的溝 道長度調(diào)制系數(shù)。
[0004] 根據(jù)如圖2所示的電路結(jié)構(gòu)，有VgS2 = Vin-Vcmt，VdS2 = V孤-Vcmt。進一步地，根據(jù)源極 跟隨器的特點，Vcmt隨Vin變化而變化，根據(jù)VGS2 = Vin-V〇ut，因而VgS2是一個固定值;而VdS2隨Vin 發(fā)生變化，由于N型MOS管M2的電琉
因而導致N型MOS管M2 的電流隨著輸入信號Vin的變化而變化。更進一步地，由于跨導跟電流的關系為：
，進而進一步地影響了作為輸入管的N型MOS管M2的跨導隨著輸入信號的變 化而變化，造成了應用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的源極跟隨器的線性度衰減?；谀壳霸礃O跟隨器 的線性度的隨著輸入信號而衰減的性能，影響了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能，從而限制了模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施例在于提供一種用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨 器，該源極跟隨器的主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受第一 MOS管的控制W抵消第二 MOS管相應變化的源端電壓W使得第二MOS管具有恒定的源漏電壓差，從而提高了源極跟隨 器的線性度。
[0006] 本發(fā)明提供了一種源極跟隨器，所述源極跟隨器包括主源極跟隨器、子源極跟隨 器和電流源偏置電路，
[0007] 電流源偏置電路包括第一電流源偏置電路和第二電流源偏置電路，第一電流源偏 置電路為主源極跟隨器提供恒定大小的電流，第二電流源偏置電路為子源極跟隨器提供恒 定大小的電流；
[0008] 主源極跟隨器的第一 MOS管由子源極跟隨器提供相應的隨著輸入信號變化的偏置 電壓，W使得第一MOS管處于飽和工作狀態(tài)；
[0009] 主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相應 變化的源端電壓W使得第二MOS管具有恒定的源漏電壓差。
[0010] 優(yōu)選的，主源極跟隨器的第一MOS管的源端電壓跟隨第一MOS管的柵端電壓變化。
[0011] 優(yōu)選的，主源極跟隨器的第二MOS管的源端電壓跟隨第二MOS管的柵端電壓變化。 [001 ^ 優(yōu)選的，主源極跟隨器為N型源極跟隨器。
[OOU] 優(yōu)選的，主源極跟隨器為P型源極跟隨器。
[0014]優(yōu)選的，子源極跟隨器為P型源極跟隨器。
[001引優(yōu)選的，子源極跟隨器為N型源極跟隨器。
[0016] 本發(fā)明實施例提供了一種用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器， 該源極跟隨器的主源極跟隨器的第一 MOS管由子源極跟隨器提供相應的隨著輸入信號變化 的偏置電壓，W使得第一MOS管處于飽和工作狀態(tài);主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓 受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相應變化的源端電壓W使得第二MOS管具有恒定的源 漏電壓差，進一步地使得作為輸入管的第二MOS管的跨導不受輸入信號的影響，第二MOS管 的跨導保持為一個固定值，因而使得整體源極跟隨器的電路的線性度得W提高，從而滿足 了目前模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號線性度的要求。
【附圖說明】
[0017] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中應用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的N型源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明實施例提供的源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的P型源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5是本發(fā)明實施例提供的另一源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0023] 在本發(fā)明實施例提供的源極跟隨器包括：主源極跟隨器、子源極跟隨器和電流源 偏置電路，
[0024] 電流源偏置電路包括第一電流源偏置電路和第二電流源偏置電路，第一電流源偏 置電路為主源極跟隨器提供恒定大小的電流，第二電流源偏置電路為子源極跟隨器提供恒 定大小的電流；
[0025] 主源極跟隨器的第一 MOS管由子源極跟隨器提供相應的隨著輸入信號變化的偏置 電壓，W使得第一MOS管處于飽和工作狀態(tài)；
[00%]主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相應 變化的源端電壓W使得第二MOS管具有恒定的源漏電壓差，其中，主源極跟隨器的第二MOS 管的漏端與第一 MOS管的源極相接。
[0027] 需要說明的是，在本申請所提供的實施例中，子源極跟隨器在整個源極跟隨器中 的作用是為主源極跟隨器中的第一MOS管提供相應的偏置電壓，W保證第一MOS管處于飽和 工作狀態(tài)，與此同時，該偏置電壓還能夠隨著輸入信號的變化而相應的發(fā)生變化。
[0028] 主源極跟隨器為一個N型源極跟隨器，主源極跟隨器也可W為一個P型源極跟隨 器，其中，主源極跟隨器的第一MOS管的源端電壓跟隨第一MOS管的柵端電壓變化而變化，與 此對應的，主源極跟隨器的第二MOS管的源端電壓跟隨第二MOS管的柵端電壓變化而變化， 運樣，主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相應變 化的源端電壓W使得第二MOS管的源漏電壓和輸入信號無關，第二MOS管具有恒定的源漏電 壓差。
[0029] 參見附圖2的相關描述，基于跨導跟電流的關系為
，由于第二MOS管 的源漏電壓和輸入信號無關，并且第二MOS管的源漏電壓差保持不變。進一步地使得作為輸 入管的第二MOS管的跨導不受輸入信號的影響，第二MOS管的跨導保持為一個固定值，因而 使得整體源極跟隨器的電路的線性度得W提高，從而滿足了目前模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號線 性度的要求。
[0030] 本發(fā)明實施例提供的源極跟隨器的主源極跟隨器的第一 MOS管由子源極跟隨器提 供相應的隨著輸入信號變化的偏置電壓，W使得第一MOS管處于飽和工作狀態(tài);主源極跟隨 器的第二MOS管的漏端電壓受第一MOS管的控制，抵消第二MOS管相應變化的源端電壓W使 得第二MOS管具有恒定的源漏電壓差，進一步地使得作為輸入管的第二MOS管的跨導不受輸 入信號的影響，進而提高了應用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的源極跟隨器的線性度。
[0031] 在本發(fā)明提供的實施例中，主源極跟隨器的第一 MOS管的源端電壓跟隨第一 MOS管 的柵端電壓變化。
[0032] 在本發(fā)明提供的實施例中，主源極跟隨器的第二MOS管的源端電壓跟隨第二MOS管 的柵端電壓變化。
[0033] 在本發(fā)明提供的實施例中，主源極跟隨器為N型源極跟隨器。
[0034] 在本發(fā)明提供的實施例中，主源極跟隨器也可W為P型源極跟隨器。
[0035] 在本發(fā)明提供的實施例中，子源極跟隨器為P型源極跟隨器。
[0036] 在本發(fā)明提供的實施例中，子源極跟隨器也可W為N型源極跟隨器。
[0037] 如圖3所示，為本發(fā)明實施例提供的源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中圖示為：101、 主源極跟隨器，102、子源極跟隨器，103、電流源偏置電路。
[003引如圖3所示，主源極跟隨器由N型MOS管M3、N型MOS管M4和N型MOS管M5組成。
[0039] N型MOS管M3、N型MOS管M4和N型MOS管M5之間具體的連接方式為，N型MOS管M3的源 端接到地，N型MOS管M3的漏端與N型MOS管M4的源端相連。如圖3所示，Vout作為主源極跟隨 器的輸出端，N型MOS管M3的柵端接偏置電壓VB2"N型MOS管M3在主源極跟隨器中相當于一個 N型恒流源，為主源極跟隨器提供恒定大小的電流。
[0040] N型MOS管M4作為輸入管，在N型MOS管M4的柵端，接收輸入信號Vin，N型MOS管M4的 漏端與N型MOS管M5的源端相接。
[0041 ] N型MOS管M5的漏端與電源VDD相連，N型MOS管M5的柵端與子源極跟隨器的輸出端 Vout I相接。
[0042] 需要說明的是，主源極跟隨器是典型的N型源極跟隨器。
[0043] 進一步地，如圖3所示，子源極跟隨器由P型MOS管M6和P型MOS管M7組成。
[0044] N型MOS管M6和N型MOS管M7之間具體的連接方式為，P型MOS管M6的漏端接到地，在P 型MOS管M6的柵端，接收輸入信號Vin, P型MOS管M6的源端與P型MOS管M7的漏端相接，連接點 延伸至子源極跟隨器的輸出端Voutl,輸出端Voutl進一步延伸，并與主源極跟隨器中N型 MOS管M5的柵端相連。
[0045] P型MOS管M7的源端與電源VDD相連，P型MOS管M7在柵端與偏置電壓VBl相連。P型 MOS管M7相當于一個P型恒流源，為子源極跟隨器提供恒定大小的電流。
[0046] 需要說明的是，子源極跟隨器是典型的P型源極跟隨器。
[0047] 電流源偏置電路包括:偏置電壓VBl W及偏置電壓VB2。
[004引具體而言，P型MOS管M8和電流源Il產(chǎn)生子源極跟隨器的偏置電壓VBl，N型MOS管M9 和電流源12產(chǎn)生相應的主源極跟隨器的偏置電壓VB2。
[0049] 電流源偏置電路中的P型MOS管M8和電流源Il的連接關系為，P型MOS管M8的源端接 V孤，P型MOS管M8的漏端與柵端、電流源11的一端相連W產(chǎn)生偏置電壓VB1，電流源11的另一 端接地。
[0050] 電流源偏置電路中的N型MOS管M9和電流源12的連接關系為，N型MOS管M9的源端接 地，N型MOS管M9的漏端與柵端、電流源12的一端相連W產(chǎn)生偏置電壓VB2,電流源12的另一 端接地。
[0051] 需要說明的是，偏置電壓VBl可W有多種實現(xiàn)形式，例如，第一電流源偏置電路為 電流源偏置電流電路。
[0052] 進一步地，偏置電壓VB2頁可W有多種實現(xiàn)形式，例如，第二電流源偏置電路為電 流源偏置電流電路。
[0053] 在本發(fā)明的實施例中，子源極跟隨器為第一N型MOS管提供相應的隨著輸入信號變 化的偏置電壓，W使得第一N型MOS管處于飽和工作狀態(tài)。
[0054] 需要說明的是，在使得第一 N型MOS管處于飽和工作狀態(tài)時，在保證各個MOS管處于 飽和工作狀態(tài)的要求是，只要不影響輸出信號的幅值，只需要同種類型的MOS管即可，運樣 即可提高電路的可靠性。
[0055] 具體而言，子源極跟隨器在電路中，為相應的主源極跟隨器中N型MOS管M5提供相 應的偏置電壓。該偏置電壓能夠保證N型MOS管M5處于飽和工作狀態(tài)，與此同時，該偏置電壓 還能夠隨著輸入信號的變化而相應的發(fā)生變化。
[0056] 其中N型MOS管M4和N型MOS管M5各自的源端電壓均具有跟隨其各自柵端電壓變化 的特點，因而使得N型MOS管M4的源漏電壓差保持不變，從而使得輸入管M4的跨導不變，從而 達到提高輸入緩沖器線性度的目的。
[0057] 更進一步地，子源極跟隨器為一個典型的P型源極跟隨器，子源極跟隨器在整個源 極跟隨器中的作用是為主源極跟隨器中的N型MOS管M5提供相應的偏置電壓Voutl，W保證N 型MOS管M5處于飽和工作狀態(tài)，與此同時，該偏置電壓還能夠隨著輸入信號的變化而相應的 發(fā)生變化，偏置電壓Voutl = Vin+VSG, M6。
[0化引主源極跟隨器為一個N型源極跟隨器，其中，N型MOS管M4和N型MOS管M5的源端電壓 均具有跟隨其各自的柵端電壓變化的特點，具體如下所示：
[0059 ] Vd, M4 = Voutl-Vcs, M5, Vs, M4 = Vin-Vcs, M4,
[0060] Vds, M4 = Vd, M4-Vs,M4 = Voutl-Vcs, MS-Vin-Vcs, M4,
[0061 ] Vds, M4 = Vin+VsG,M6-VGS,M5-Vin-Vcs, M4 = VsG,M6-VgS,M5-VgS,M4
[0062] 通過上述公式可W獲知:N型MOS管M4的源漏電壓和輸入信號無關，并且N型MOS管 M4的源漏電壓差保持不變，從而使得輸入管M4的跨導不變，進而達到提高輸入緩沖器線性 度的目的。
[0063] 如圖3所示，詳細說明該源極跟隨器具有高線性度的具體機理如下所述:首先，保 證該源極跟隨器中的所有的MOS管均處于飽和工作狀態(tài)。
[0064] 其次，根據(jù)源極跟隨器的特點可W獲知:Vwti和Vout均隨著輸入信號Vin的變化而變 化。與此同時，主源極跟隨器中N型MOS管M5的源極電壓，即輸入管M4的漏極電壓，均是跟隨 Vin變化的，因而輸入管M4的柵源電壓差和漏源電壓差均是一個固定值，'\^,1\14 = ￥5日,1\16-'\^,1\15- Vgs, M4，因而流過輸入管M4的漏源電流保持不變。
[00化]進一步地，根據(jù)處于飽和區(qū)的MOS管的電流跟其對應的跨導的關系
可知，輸入管M4的跨導保持為一個固定值，因而使得整體源極跟隨器的電路的線性度得W 提高，從而滿足了目前模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號線性度的要求。
[0066] 如圖4所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的P型源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4的結(jié)構(gòu)可W參照圖 2的具體結(jié)構(gòu)，在此不再寶述，請參見圖2的具體結(jié)構(gòu)的相關描述。
[0067] 如圖5所示，為本發(fā)明實施例提供的另一源極跟隨器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，圖 5中的源極跟隨器采用P型輸入管來實現(xiàn)相應的P型源極跟隨器。
[0068] 本發(fā)明實施例所提供的P型源極跟隨器的結(jié)構(gòu)與如圖3所示的結(jié)構(gòu)相似，不同之處 在于采用的MOS管類型完全相反。圖5所示的源極跟隨器的具體結(jié)構(gòu)可W參照圖3所示的具 體結(jié)構(gòu)，在此不再寶述，請參見圖3的具體結(jié)構(gòu)的相關描述。
[0069] 本發(fā)明實施例所提供的用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器的 電流源偏置電路分別為主源極跟隨器、子源極跟隨器提供相應的恒定大小的電流;主源極 跟隨器的第二N型MOS管的源端電壓、第一 N型MOS管的源端電壓分別跟隨相應的柵端電壓變 化，W使得第二N型MOS管具有相應的恒定的漏源電壓差來提高源極跟隨器的線性度。
[0070] 在實際應用中，上述源極跟隨器還可W用于制造包括上述源極跟隨器的設備，具 體細節(jié)參照相應的描述，在此不再寶述。
[0071] W上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號驅(qū)動的高線性度源極跟隨器，其特征在于，包括:主源 極跟隨器、子源極跟隨器和電流源偏置電路， 所述電流源偏置電路包括第一電流源偏置電路和第二電流源偏置電路，所述第一電流 源偏置電路為所述主源極跟隨器提供恒定大小的電流，所述第二電流源偏置電路為所述子 源極跟隨器提供恒定大小的電流； 所述主源極跟隨器的第一 MOS管由所述子源極跟隨器提供相應的隨著輸入信號變化的 偏置電壓，以使得所述第一 MOS管處于飽和工作狀態(tài)； 所述主源極跟隨器的第二MOS管的漏端電壓受所述第一 MOS管的控制以抵消所述第二 MOS管相應變化的源端電壓以使得所述第二MOS管具有恒定的源漏電壓差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述主源極跟隨器的第一 MOS管的源端電壓跟隨所述第一 MOS管的柵端電壓變化。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述主源極跟隨器的第二 MOS管的源端電壓跟隨所述第二MOS管的柵端電壓變化。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的源極跟隨器，其特征在于，所述主源極跟隨器為N型源 極跟隨器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的源極跟隨器，其特征在于，所述主源極跟隨器為P型源 極跟隨器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極跟隨器，其特征在于，所述子源極跟隨器為P型源極跟隨 器。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極跟隨器，其特征在于，所述子源極跟隨器為N型源極跟隨 器。
【文檔編號】H03M1/12GK105978568SQ201610340878
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】曹淑新, 張莉莉
【申請人】英特格靈芯片(天津)有限公司