一种衬底输入结构的跨导放大器制造技术

本发明专利技术提供一种衬底输入结构的跨导放大器，包括PMOS管M1、M2、M3和M4构成的衬底输入正反馈输入级结构，NMOS管M5、M6、M7、M8和PMOS管M9、M10构成的自偏置有源负载结构，恒流源，跨导放大器补偿电容CC和负载电容CL。本发明专利技术分别将输入级中PMOS管M3和M4的衬底和其栅极相连，从而直接将输入信号加在PMOS管M3和M4栅极之上，连接方式非常简单，非理想的寄生效应被降到最小，既能实现提高输入级跨导的思路，又不需要引入RC网络，大大减小了电路设计成本，使得电路非常容易实现，而且没有静态功耗；同时补偿电容的连接方式，将跨导放大器的第一个非主极点推向更高的频率，使得跨导放大器单位增益带宽增加的同时，保持了合适的相位裕度，增强了跨导放大器的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模拟或数模混合集成电路
，具体涉及一种衬底输入结构的跨导放大器。
技术介绍
近年来，随着集成电路制造技术的不断发展，对低功耗模拟集成电路的需要逐渐增加，为了适应低功耗的要求，电源电压进一步降低，针对这一趋势，为了保证放大器的工作性能，发展出来一些提高跨导放大器增益的结构。其中，衬底输入跨导放大器就是其中一种，在这种结构下，通过将输入信号直接输入到输入差分对管的衬底和栅极，并且形成正反馈，使得跨导放大器的输入对管工作在亚阈值区，从而提供较大的跨导。前述这种跨导放大器的工作原理，使得在极低电源电压下，跨导放大器仍然可以提供较大的直流增益。但是，本申请的专利技术人研究发现，在传统结构下，输入级跨导仍然较低，目前提高跨导的方法存在消耗芯片面积和效果较差等缺点；另一方面，传统结构很难在放大器实现高增益的同时，提高单位增益带宽和相位裕度。因此传统的几种结构，很难满足高性能跨导放大器的要求。为了更详细的描述上述问题，先来分析两种传统结构跨导放大器的工作原理和优缺点。如图1所示的结构1，其给出了一种传统衬底输入跨导放大器原理图，现来分析结构1中的输入级跨导。对于长沟道MOS器件而言，如果其工作在弱反型区，那么其源漏电流可表示为： I D S = I S ( W L ) exp ( q V G S - V T H n k T ) [ 1 - exp ( - q V D S k T ) ] - - - ( 1 ) ]]>其中，IS为特征电流，n为弱反型区的斜率因数，可以定义为1+gmb/gm，实际上，这个斜率因数并不是一个常数，而是与工艺因素和衬底电压有关。通过电路知识可以知道，MOS管的阈值电压VTH可以通过如下关系展开：VTH＝VTO-(n-1)VBS(2)其中，VTO为衬底和源极电压差为零时的阈值电压，通过式(1)和式(2)可以得到： I D S ∝ exp ( q V G S n k T ) exp ( q ( n - 1 ) V B S n k T ) - - - ( 3 ) ]]>由于衬底输入情况下的跨导定义为IDS/VBS，同时式(3)中的系数n可表示为1+gmb/gm，所以衬底输入情况下的跨导大小受到式(3)中项的限制，即VBS的变化并不能造成IDS的较大变化。现在来分析结构1如何增加输入级跨导，单独分析结构1中的输入级，如图2所示，输入差分对中，两个栅极和衬底交叉连接的PMOS管M1和M2构成正反馈结构，这里并没有引入额外的电流，PMOS管M3和M4可认为是有源负载。假设PMOS管M1和M2的宽长比(W/L)是相同的，同时PMOS管M3和M4的宽长比(W/L)是相同的，差分输出电流可表示为： I 0 = I B tanh ( - q V A - V B 2 n k T + q ( n - 1 ) V I N - V I P 2 n k T ) - - - ( 4 ) ]]>由于流过PMOS管M1和M3的电流是相同的，流过PMOS管M2和M4的电流也是相同的，所以差分电流I0＝I1-I2同样可以表示为： I 0 = I B tanh ( - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底输入结构的跨导放大器，其特征在于，包括PMOS管M1、M2、M3和M4构成的衬底输入正反馈输入级结构，NMOS管M5、M6、M7、M8和PMOS管M9、M10构成的自偏置有源负载结构，恒流源，跨导放大器补偿电容CC和负载电容CL；其中，所述PMOS管M1和M2的源极经恒流源接电源电压vdd，PMOS管M1的栅极接M2的栅极和M3的源极，PMOS管M2的栅极接M1的栅极和M4的源极，PMOS管M2、M3的衬底和M3的栅极接一路差分信号VIN，PMOS管M1、M4的衬底和M4的栅极接另一路差分信号VIP，PMOS管M3的漏极接M7的源极和M5的漏极，PMOS管M4的漏极接M8的源极和M6的漏极，NMOS管M5和M6的源极接地，NMOS管M7的漏极接M9的漏极以及M5、M6、M7、M8的栅极，NMOS管M8的漏极、PMOS管M10的漏极、补偿电容Cc的一端和负载电容CL的一端相互连接形成一个连接节点，且该连接节点为所述跨导放大器的输出端Vout，PMOS管M9和M10的源极接电源电压vdd，补偿电容Cc的另一端接M4的漏极，负载电容CL的另一端接地。

【技术特征摘要】
1.一种衬底输入结构的跨导放大器，其特征在于，包括PMOS
管M1、M2、M3和M4构成的衬底输入正反馈输入级结构，NMOS
管M5、M6、M7、M8和PMOS管M9、M10构成的自偏置有源负载
结构，恒流源，跨导放大器补偿电容CC和负载电容CL；其中，
所述PMOS管M1和M2的源极经恒流源接电源电压vdd，PMOS
管M1的栅极接M2的栅极和M3的源极，PMOS管M2的栅极接
M1的栅极和M4的源极，PMOS管M2、M3的衬底和M3的栅极接
一路差分信号VIN，PMOS管M1、M4的衬底和M4的栅极接另一
路差分信号VIP，PMOS管M3的漏极接M7的源极和M5的漏极，
PMOS管M4的漏极接M8的源极和M6的漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐代果，胡刚毅，李儒章，王健安，陈光炳，王育新，刘涛，刘璐，邓民明，石寒夫，王旭，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;85