具有背栅控制的共模反馈电路制造技术

本公开涉及具有背栅控制的共模反馈电路。用于差分放大器的共模反馈(CMFB)回路检测差分电路的输出共模，并将反馈提供给尾电流晶体管的栅极。许多CMFB回路不能轻易调节输出共模电压，输出共模可能随工艺、电压和温度而变化。改进的CMFB电路增加了控制电路来控制差分电路的电流晶体管装置的背栅，使得输出共模电压可以调节。

【技术实现步骤摘要】
具有背栅控制的共模反馈电路优先权数据本专利申请接收2017年1月26日提交的标题为“推挽式差分对和共模反馈电路”的美国临时专利申请序列No.62/451,042的权益和/或要求优先权。该美国临时专利申请通过引用整体并入。
本专利技术涉及集成电路领域，特别地涉及具有背栅控制的共模反馈电路。
技术介绍
直接射频通信系统和宽带宽仪器系统是设计超高速模数转换器(ADC)的两个重要动力来源。在一个例子中，这样的系统可能需要能够提供以10千兆/秒的速度运行的12位分辨率的ADC。某些工艺节点可以帮助使这样的高速ADC中的电路运行得更快，但是会给电路设计人员带来新的挑战。例如，一些工艺节点可能需要较低的电压设计。功耗限制或降低功耗的一般偏好也可能需要较低的电压设计。与此同时，电路设计者的目标是设计性能良好的电路。ADC的一个重要部分是用于放大信号的放大器。人们可能会发现连接流水线ADC或其他ADC架构的放大器。放大器是ADC中信号链和许多其他模拟电路的重要组成部分。放大器的性能可以直接影响整个系统的许多性能指标。为了获得某些好处，例如偶次谐波消除，通常使用差分或平衡电路来实现放大器。对于包括差分缓冲器、差分放大器和推挽差分放大器的差分电路，可能需要调整差分电压的共模以获得最佳性能或整个电路的要求。差分电压的共模是出现在两个信号中的公共电压，即差分电压的+和-部分。当差分电路的多级逐级串联时，共模调整或控制可能特别有用，并且一级可能在另一级上施加共模要求。共模反馈(CMFB)电路用于调整/控制差分电压的共模。具体地，可以将CMFB电路(有时称为CMFB回路)添加到差分电路以调整差分电路的输入共模和/或输出共模。附图说明为了提供对本公开及其特征和优点的更完整的理解，参考以下结合附图的描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，其中：图1示出具有共模反馈的示例性差分放大器；图2示出具有共模反馈的另一差分放大器；图3根据本公开的一些实施方案示出具有背栅控制的带有共模反馈的示例性差分放大器；图4根据本公开的一些实施方案示出具有背栅控制的带有共模反馈的另一示例性差分放大器；图5根据本公开的一些实施方案示出具有背栅控制的带有共模反馈的另一示例性差分放大器；图6根据本公开的一些实施方案示出具有背栅控制的带有共模反馈的又一示例性差分放大器；和图7根据本公开的一些实施方案示出具有背栅控制的带有共模反馈的另外示例性差分放大器；和图8根据本公开的一些实施方案示出用于共模反馈和背栅控制的方法的流程图。具体实施方式用于差分放大器的共模反馈(CMFB)回路检测差分电路的输出共模，并将反馈提供给尾电流晶体管的栅极。许多CMFB回路不能轻易调节输出共模电压，输出共模可能随工艺、电压和温度而变化。改进的CMFB电路增加了一个控制电路来控制差分电路的尾电流晶体管装置的背栅，使输出共模电压可调。根据一些实施方案，改进的CMFB电路被提供给差分放大器，其中差分放大器包括差分对晶体管，差分对晶体管的栅极接收差分输入电压，差分对的晶体管的漏极形成生成差分输出电压的差分输出节点。差分放大器还包括一对尾电流晶体管(其漏极连接到差分对的各个晶体管的源极)。尾电流晶体管以负反馈配置连接，其中尾电流晶体管的栅极耦合到差分输出节点。CMFB电路的输出共模对应于尾电流晶体管的栅源电压。尾电流晶体管的背栅连接到控制电路或由控制电路驱动，使得栅极到源极电压可以调节。相应地，输出共模也是可调的并且可以跟踪过程、电压和温度。在一些实施方案中，CMFB电路包括感测输出共模的感测电路和运算放大器(opamp)，其可以调整/控制尾电流晶体管的背栅电压以驱动感测的输出共模以匹配目标输出共同模式。在一个例子中，CMFB电路包括耦合到差分输出节点的感测电阻器以产生感测的输出共模电压，以及接收感测到的输出共模电压和目标共模电压的运算放大器。运放控制尾电流晶体管的背栅驱动感应输出共模匹配目标共模电压。在另一示例中，感测电路包括复制偏置电路以感测输出共模电压的副本，该副本又被用作在运算放大器的输入处的感测的共模电压，以用于驱动感测的共模电压匹配目标共模电压。在又一示例中，运算放大器控制主差分支路中的尾电流晶体管的背栅电压以及副本支路中的尾电流晶体管，以驱动感测输出共模以匹配目标输出共模。一些CMFB电路的限制图1显示了具有共模反馈(CMFB)的示例性差分放大器。差分放大器如图所示有一个低摆动。这种低摆动差分放大器通常用作两级放大器的输入级。晶体管m0和m1形成差分对，在此称为差分对晶体管。差分对晶体管的栅极接收差分输入电压。如图所示，m0的栅极接收差分输入电压的负极部分V(-)，m1的栅极接收差分输入电压的正极部分V(+)。此外，差分对晶体管具有可形成差分放大器的差分输出节点的漏极。如本例所示，m0的漏极和m1的漏极构成差分输出节点(表示为+Vout-，或在此称为正差分输出节点和负差分输出节点)。差分对晶体管m0和m1是在一个共同的源配置，或换言之，差分对晶体管的源被绑定/耦合在一起。图7显示了差分对晶体管进行编码的类似配置。晶体管m2和m3是尾电流晶体管，可以构成差分放大器的CMFB电路的一部分。尾电流晶体管m2和m3的漏极分别与差分对晶体管m0和m1的源极连接。尾电流晶体管m2和m3的栅极连接到差分输出节点。如图所示，m2的门被连接到正的差分输出节点，m3的门被连接到负的差分输出节点。尾电流晶体管m2和m3是一个共同的源结构，或换言之，m2和m3的来源是连在一起的。尾电流晶体管m2和m3处于一个共同的排水结构，或换言之，m2和m3的排水管是连在一起的。在差分输出节点处的输出共模，负电流连接到尾电流晶体管m2和m3，输出共模电压设置为m2和m3的Vgs(栅源电压)。对于差分对晶体管和尾电流晶体管，差分放大器包括用于为差分对晶体管(分别为m0和m1)的各个晶体管提供电流的电源I0和I1。与图1所示电路相关的一个问题是由m2和m3的Vgs设置的输出共模是相当有限的。Vgs由器件参数决定，如Vt(阈值电压)、W/L(宽长比)和漏极电流。为了获得所需的Vgs，即放大器的输出共模，解决方案可能需要m2和m3的非最佳尺寸和漏极电流。另外，Vgs相对于工艺、电压和温度(PVT)的变化可能是不可接受的，因为这种变化可能会极大地影响输出共模。图2显示了具有共模反馈的另一个差分放大器。这种Vgs限制的一个解决方案是插入电池或理想的电压源Vx202和Vx204。将电池插入正差分输出节点和m2的门电路之间以及负差分输出节点和m3的门电路之间，共模等于Vgs+Vx，Vx是由电压源或电池提供的电压。电池可以通过许多不同的电路技术来制造。通过使用如图所示的电池，可以实现所需的共模，同时保持一些最佳尺寸、漏极电流和Vgs的形式2和m3。然而，输出共模电压仍然会随着PVT而变化，在某些情况下可能不是最佳的或可接受的。除非Vx变化，否则输出共模电压不容易调整，这可能使电路设计复杂化很大。背栅控制改进了CMFB电路图3示出了根据本公开的一些实施方案具有背栅控制的共模反馈的示例性差分放大器。为了给CMFB电路提供更大的灵活性，包括控制电路302以控制尾电流晶体管m2和m3的背栅。调整m2和m3的背栅可以调整m2和m3的Vt和V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有共模反馈和背栅控制的差分放大器，包括：差分对晶体管，其栅极接收差分输入电压；尾电流晶体管，其漏极连接到所述晶体管的差分对的各个源极，并且其栅极连接到所述差分放大器的差分输出节点；和控制电路，控制所述尾电流晶体管的背栅。

【技术特征摘要】
2017.01.26 US 62/451,042;2018.01.03 US 15/861,4931.一种具有共模反馈和背栅控制的差分放大器，包括：差分对晶体管，其栅极接收差分输入电压；尾电流晶体管，其漏极连接到所述晶体管的差分对的各个源极，并且其栅极连接到所述差分放大器的差分输出节点；和控制电路，控制所述尾电流晶体管的背栅。2.权利要求1所述的差分放大器，还包括:为所述差分对晶体管的各个晶体管提供电流的电源。3.权利要求1所述的差分放大器，其中所述差分对晶体管具有耦合在一起的来源。4.权利要求1所述的差分放大器，其中所述尾电流晶体管具有耦合在一起的来源。5.权利要求1所述的差分放大器，其中所述尾电流晶体管由所述控制电路的公共输出控制。6.权利要求1所述的差分放大器，其中所述控制电路包括：运算放大器，驱动所述尾电流晶体管的背栅直到所述差分输出节点的感测的共模电压达到目标输出共模电压。7.权利要求6所述的差分放大器，其中所述感测的共模电压由复制偏置电路提供，该复制偏置电路感测所述差分输出节点的输出共模电压的副本。8.一种用于差分放大器的共模反馈和背栅控制的方法，该方法包括：接收所述差分放大器的差分输出节点的共模反馈；和基于所述共模反馈和目标输出共模电压，驱动所述差分放大器的一个或多个尾电流晶体管的一个或多个背栅。9.权利要求8所述的方法，还包括:通过耦合到所述差分输出节点的感测电阻器产生共模反馈。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·F·凯利，F·M·莫敦，D·雷洛萨达，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US