【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多级式且前馈补偿的互补电流场效应晶体管放大器相关申请的交叉引用本申请要求2015年7月30日提交的第62/198,927号美国临时申请;2015年12月17日提交的第62/268,983号美国临时申请;以及2016年3月17日提交的第62/309,903号美国临时申请的优先权,所述美国临时申请的全部内容以引入的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种多级式且前馈补偿的互补电流场效应晶体管放大器,实现利用在亚阈值操作中引发的指数属性的基于充电的方法。
技术介绍
相关技术描述新千年带来的是以极快速度膨胀的对连通性的需求。到2015年底,全球网络连接的数量将超过世界人口的两倍,预计在2020年,超过300亿装置将无线连接到云,形成物联网(或“IoT”)。实现这一新时代的是在过去二十年中已经出现的移动计算和无线通信的革命性发展。根据摩尔定律,开发高集成度的且具成本效益的硅互补金属氧化物半导体(CMOS)装置允许将大型模/数转换器或收发器等数字和模拟系统元件合并成更具成本效益的单芯片解决方案。然而,在近几年中,虽然数字电路在很大程度上遵循了预测路径且得益于CMOS技术扩展到超深亚微米(亚-μm),但模拟电路尚不能够遵循同样的趋势,并且在模拟设计无模式上的转变的情况下可能永远无法实现。模拟和射频(或“RF”)设计人员仍在努力探索如何制造高性能集成电路(或“IC”)以实现超深亚-μm特征大小而不损失收缩大小的益处:包含功率降低、覆盖面紧凑以及操作频率更高。要突破现有的模拟设计技术以满足新千年片上系统(SoC)的要求,需要真正的模式上的转变。现有技术:模拟电路的核心构建块是放 ...
【技术保护点】
一种电压放大器,包括:至少三个电流场效应晶体管互补对,每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;其中,对于至少三个互补对中的每一对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出,并且其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 US 62/198,927;2015.12.17 US 62/268,983;1.一种电压放大器,包括:至少三个电流场效应晶体管互补对,每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;其中,对于至少三个互补对中的每一对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出,并且其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接。2.根据权利要求1所述的电压放大器,进一步包括一对转出电容器,将所述NiFET和PiFET的所述第二对的输出电容式连接到所述第一对的所述扩散端子。3.根据权利要求1或2所述的电压放大器,进一步包括额外一对NiFET和PiFET作为前馈对,其中所述前馈对接收所述电压放大器的输入作为到所述前馈对的栅极端子的输入,并且耦合所述第三对的所述输出与所述前馈对的所述NiFET和PiFET的漏极端子以形成前馈输出。4.一种差分电压放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.正负电压输出端子,用于输出差分电压输出;c.模拟接地基准端子,用于接收模拟接地基准;d.第一和第二多级放大器,所述第一和第二多级放大器中的每一个包括:i.至少三个电流场效应晶体管互补对,每个互补对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),对于每个互补对,所述PiFET和所述NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出,并且其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接,其中,对于所述第一和第二多级放大器中的每一个,所述第一互补对的所述输入形成输入端子并且所述最后一对的所述输出形成输出端子;e.第一和第二电容器,所述第一和第二电容器中的每一个具有第一和第二端子,所述第一电容器的所述第二端子连接到所述第一多级放大器的所述输入端子,并且所述第二电容器的所述第二端子连接到所述第二多级放大器的所述输入端子;f.通过控制信号控制的多个开关,其中控制信号在包括设置相和启动相的相位之间交替;其中,在所述控制信号的所述设置相期间,所述多个开关使得所述第一和第二电容器的所述第一端子连接到所述模拟接地基准端子,并使所述输出端子连接到所述第一和第二多级放大器中的每一个的所述输入端子,同时断开所述正负电压输入端子与正负电压输出端子;并且在所述控制信号的所述启动相期间,所述多个开关使得所述负电压输入端子连接到所述第一电容器的所述第一端子并使所述正电压输入端子连接到所述第二电容器的所述第一端子,并且使所述第一多级放大器的所述输出端子连接到所述正电压输出端子并使所述第二多级放大器的所述输出端子连接到所述负电压输出端子。5.一种连续差分电压放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.正负电压输出端子,用于输出差分电压输出;c.模拟接地基准端子,用于接收模拟接地基准;d.根据权利要求4所述的第一和第二差分电压放大器,其中所述第一差分电压放大器能用第一控制信号进行操作并且所述第二差分电压放大器能用第二控制信号进行操作,其中所述第一和第二控制信号在设置相与启动相之间交替;其中所述第一和第二差分电压放大器的所述正电压输入端子连接到所述连续差分电压放大器的所述正电压输入端子,所述第一和第二差分电压放大器的所述负电压输入端子连接到所述连续差分电压放大器的所述负电压输入端子,所述第一和第二差分电压放大器的正输出端子连接到所述连续差分电压放大器的所述正电压输出端子,并且所述第一和第二差分电压放大器的所述负电压输出端子连接到所述连续差分电压放大器的所述负电压输出端子;其中所述第一和第二控制信号异相,由此从所述连续差分电压放大器的所述正负电压端子提供连续输出。6.根据权利要求5所述的连续差分电压放大器,其中所述第一控制信号与所述第二控制信号之间的相位差为180度。7.一种差分电压放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.正负电压输出端子,用于输出差分电压输出;c.模拟接地基准端子,用于接收模拟接地基准;d.第一和第二多级放大器,所述第一和第二多级放大器中的每一个包括:i.至少三个电流场效应晶体管互补对,a)每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),a.PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;其中,对于每个互补对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,所述NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出,并且其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接,其中,对于所述第一和第二多级放大器中的每一个,所述第一互补对的所述输入形成输入端子并且所述最后一个互补对的所述输出形成输出端子;e.第一和第二电容器,所述第一和第二电容器中的每一个具有第一端子和第二端子,所述第一电容器的所述第二端子连接到所述第一多级放大器的所述输入端子,并且所述第二电容器的所述第二端子连接到所述第二多级放大器的所述输入端子;f.第三和第四电容器,所述第二和第三电容器中的每一个具有第一端子和第二端子;g.通过控制信号控制的多个开关,其中控制信号在包括设置相和启动相的相位之间交替;其中,在所述控制信号的所述设置相期间,所述多个开关使得所述第一和第二电容器的所述第一端子连接到所述模拟接地基准端子,使所述输出端子连接到所述第一和第二多级放大器中的每一个的所述输入端子,使所述第三电容器的所述第一端子和所述第四电容器的所述第二端子连接到所述正电压输入端子,并且使所述第三电容器的所述第二端子和所述第四电容器的所述第一端子连接到所述负电压输入端子,同时断开所述正负电压输出端子;并且在所述控制信号的所述启动相期间,所述多个开关使得所述第一多级放大器的所述输出端子通过串联连接所述第三和第一电容器而电容式连接到所述第一多级放大器的所述输入端子,使所述第二多级放大器的所述输出端子通过串联连接所述第四和第二电容器而电容式连接到所述第二多级放大器的所述输入端子,并且使所述第一多级放大器的所述输出端子连接到所述正电压输出端子并使所述第二多级放大器的所述输出端子连接到所述负电压输出端子,同时断开所述负正电压输入端子与模拟接地基准端子。8.一种采样保持电压放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.输出端子,用于输出电压输出;c.多级放大器,包括:i.至少三个电流场效应晶体管互补对,每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;其中,对于每个互补对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,所述NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出,其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接,其中,对于所述第一和第二多级放大器中的每一个,所述第一对的所述输入形成输入端子,并且所述最后一对的所述输出形成输出端子;d.通过控制信号控制的多个开关,其中所述控制信号在第一相与第二相之间交替;e.具有第一端子和第二端子的电容器,所述电容器的所述第二端子连接到所述多级放大器的所述输入端子;其中所述控制信号的所述设置相使得所述多个开关将所述正电压输入端子连接到所述电容器的所述第一端子,并且进一步通过将所述多级放大器的所述输出端子连接到所述输入端子而使得所述多级放大器自偏置,并且其中所述控制信号的所述启动相使得所述多个开关将所述负电压输入端子连接到所述电容器的所述第一端子,并且进一步使得所述多级放大器的所述输出端子连接到所述输出电压端子。9.根据权利要求8所述的放大器,进一步包括基准端子,用于接收针对所述电压输出端子的基准,以使所述基准端子与所述电压输出端子电阻式和/或电容式耦合。10.一种采样保持电压放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.输出端子,用于输出电压输出;c.基准端子,用于接收输出电压基准;d.多级放大器,包括:i.至少三个电流场效应晶体管互补对,每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;其中,对于每个互补对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,所述NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出,并且其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接,其中,对于每个多级放大器,所述第一互补对的所述输入形成输入端子,并且所述最后一个互补对的所述输出形成输出端子;e.第一和第二电容器,所述第一和第二电容器中的每一个具有第一和第二端子,所述第一电容器的所述第二端子连接到所述第一多级放大器的所述输入端子;f.通过控制信号控制的多个开关,其中控制信号反复地在设置相与启动相之间交替;其中所述多级放大器的所述输出端子连接到所述采样保持电压放大器的所述输出端子;其中所述控制信号的所述设置相使得所述多个开关将所述正电压输入端子连接到所述第二电容器的所述第一端子,将所述负电压输入端子连接到所述第二电容器的所述第二端子,通过将所述多级放大器的所述输出端子连接到所述多级放大器的所述输入端子而使所述多级放大器自偏置,并且将所述基准端子连接到所述第一电容器的所述第一端子;其中所述控制信号的所述启动相使得所述第二电容器的所述第一端子与所述多级放大器的所述输出端子耦合,所述第二电容器的所述第二端子连接到所述第一电容器的所述第一端子。11.根据权利要求10所述的采样保持电压放大器,其中在从所述控制信号的所述设置相过渡到所述启动相期间,所述多个开关的在所述设置相期间使得所述多级放大器自偏置且使所述基准连接到所述第一电容器的所述第一端子的对应部分比所述多个开关的使得所述正电压输入端子连接到所述第二电容器的所述第一端子并使所述负电压输入端子连接到所述第二电容器的所述第二端子的另一对应部分更早断开连接。12.一种精确的两倍增益模拟放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.输出端子,用于输出电压输出;c.输出基准;d.多级放大器,包括:i.至少三个电流场效应晶体管互补对,每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变;其中,对于每个互补对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的所述栅极端子连接在一起以形成输入,所述NiFET的所述源极端子连接到负电源且所述PiFET的所述源极端子连接到正电源,并且所述NiFET和所述PiFET的所述漏极端子连接在一起以形成输出;并且其中所述至少三个互补对通过将所述至少三个互补对的前一对的所述输出连接到后一对的所述输入而串联连接;其中所述第一互补对的所述输入形成输入端子,所述最后一个互补对的所述输出形成输出端子;e.通过控制信号控制的多个开关,其中所述控制信号在第一相与第二相之间交替;f.偏移电容器,具有第一和第二端子;g.第一和第二电容器,各自具有第一和第二端子;h.能通过所述控制信号操作的多个开关;其中所述偏移电容器的所述第二端子连接到所述多级放大器的所述输入;其中在所述控制信号的所述设置相期间,所述多个开关使得:i.通过将所述多级放大器的所述输出端子连接到所述多级放大器的所述输入而使所述多级放大器自偏置;ii.所述输出基准连接到所述偏移电容器的所述第一端子;iii.通过将所述第一和第二电容器的所述第一端子连接到所述正电压输入端子并将所述第一和第二电容器的所述第二端子连接到所述负电压输入端子而使所述第一和第二电容器并联连接;并且在所述控制信号的所述启动相期间,所述多个开关使得:i.通过将所述多级放大器的所述输出端子连接到所述第一电容器的所述第一端子、将所述第一电容器的所述第二端子连接到所述第二电容器的所述第一端子、将所述第二电容器的所述第二端子连接到所述偏移电容器的所述第一端子,使所述多级放大器的所述输出端子电容式连接到所述多级放大器的所述输入端子。13.一种连续放大器,包括:a.正负电压输入端子,用于接收差分电压输入;b.输出端子;c.通过第一和第二控制信号控制的多个开关,其中每个控制信号反复地在设置相与启动相之间交替,并且所述第一和第二控制信号的相位差为180度;d.第一和第二多级放大器,所述第一和第二多级放大器中的每一个包括:i.至少三个电流场效应晶体管互补对,每对包括p型电流场效应晶体管(PiFET)和n型电流场效应晶体管(NiFET),PiFET和NiFET中的每一个具有源极端子、漏极端子、栅极端子以及PiFET和NiFET中的所述每一者的所述对应导电类型的扩散端子,界定所述源极端子与所述扩散端子之间的源极沟道,以及所述漏极端子与所述扩散端子之间的漏极沟道,所述扩散端子引起贯穿所述源极和漏极沟道的所述扩散电荷密度的改变,并且所述栅极端子电容式耦合到所述源极和漏极沟道;其中,对于每个互补对,所述PiFET的所述栅极端子和所述NiFET的...
【专利技术属性】
技术研发人员:S·M·朔贝尔,R·C·朔贝尔,
申请(专利权)人:电路种子有限责任公司,
类型:发明
国别省市:美国,US
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