一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，所述调节器包括有NMOS自适应调节电路、PMOS自适应调节电路和系统数字逻辑，所述NMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率‑电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置NMOS的电荷泵；所述PMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率‑电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置PMOS的电荷泵；所述偏置NMOS的电荷泵和偏置PMOS的电荷泵均接于系统数字逻辑，以实现NMOS和PMOS阈值稳定。

An adaptive bidirectional charge pump dynamic regulator for MOS tube bias

An adaptive bidirectional charge pump dynamic regulator for MOS tube body bias is disclosed. The regulator comprises an NMOS adaptive regulator circuit, a PMOS adaptive regulator circuit and a system digital logic. The NMOS adaptive regulator circuit includes an oscillator clock, a frequency current converter, a quantization and a number. The PMOS adaptive adjustment circuit includes an oscillator clock, a frequency-to-current converter, a quantization and a digital-to-analog conversion circuit, an integrator, and a charge pump with a bias PMOS; the charge pump with a bias NMOS and a bias PMOS are connected to the system digital logic to Achieve NMOS and PMOS threshold stability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器
本专利技术属于集成电路
，特别涉及具体应用到CMOS晶体管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节。
技术介绍
随着超大规模集成电路制造工艺向深纳微米的纵深发展，器件特征尺寸的缩小允许集成电路(IC)系统上集成更多的晶体管单元。但是即便是基于同一种工艺制程的集成电路芯片，由于工艺制造过程带来的工艺角偏差使得同一晶圆上的MOS晶体管的阈值有高、有低：高的阈值带来更低的漏电流、更低的功耗，但系统的最大运行速度受限；低的阈值有利于系统运行速度的提升，代价是产生更高的漏电流，更高的功耗。通过对MOS晶体管本体进行固定偏置，可以设置其阈值。尽管这是一项有用的技术，在一些应用中，进一步动态调节MOS晶体管的阈值，减少其离散性，从而使系统自适应在速度与功耗之间做出平衡仍然很有意义。如专利申请201510672250.4公开了一种减小开关电源芯片的电磁干扰的系统，包括电压调节器、复位电路、偏置电压产生模块和振荡器模块，所述的电压调节模块分别与偏置电压产生模块和振荡器模块相连，偏置电压产生模块与振荡器相连，复位电路与振荡器模块相连。本专利技术的减小开关电源芯片的电磁干扰的系统，不仅能在源头抑制传导干扰，而且大大地减小了EMI滤波部件尺寸，减少了抑制辐射EMI的屏蔽材料。然而，上述的技术方案中，偏置电压的产生仅仅是作用于振荡器，用于对MOS晶体管的本体进行动态偏置的控制技术的进一步发展是需要的。
技术实现思路
基于此，因此本专利技术的首要目地是提供一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，该调节器通过自适应的双向电荷泵实现MOS管阈值灵活可控，先通过一个与MOS管阈值关联的环型振荡器频率变化来检测阈值，并将频率信号转换为电流信号，将电流信号与基准信号做比较获得差值，进而进行量化积分，最后控制电荷泵输出产生本体偏置电压进行动态调节。本专利技术的另一个目地在于提供一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，该调节器能够有效地消除NMOS、PMOS阈值变化带来的影响，使得系统电路工作在最佳的速度-功耗平衡态，从而提升芯片整体特性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，其特征在于所述调节器包括有NMOS自适应调节电路、PMOS自适应调节电路和系统数字逻辑，所述NMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率-电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置NMOS的电荷泵；所述PMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率-电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置PMOS的电荷泵；所述偏置NMOS的电荷泵和偏置PMOS的电荷泵均接于系统数字逻辑，以实现NMOS和PMOS阈值稳定。具体地说，关联NMOS阈值的环型振荡器输出一个跟NMOS阈值相关的振荡器时钟CK(n)，再通过一个频率-电流转换器得到相对应的电流信号I_freq_to_current(n)，基准电流信号Iref(n)与该电流信号做差值并进行量化和数模转换产生Vadj(n)，Vadj(n)输入到积分器进行积分输出Vintegrator(n)，进而控制偏置NMOS本体的电荷泵输出Vneg；当NMOS阈值变小(或变大)，振荡器的输出CK(n)频率会跟着变快(或变慢)，频率-电流转换器输出的转换电流I_freq_to_current(n)变大(或变小)，Iref(n)与I_freq_to_current(n)的差值变小(或变大)，差值进行量化和数模转换后的电压信号Vadj(n)变小(或变大)，积分器输出Vintegrator(n)变小(或变大)，从而使偏置NMOS本体的电荷泵Vneg变小(或变大)；通过Vneg的控制，NMOS的阈值会相应的变大(或变小)以弥补之前的波动，进而实现NMOS阈值稳定。同理，关联PMOS阈值的环型振荡器输出一个跟PMOS阈值相关的振荡器时钟CK(p)，再通过一个频率-电流转换器得到相对应的电流信号I_freq_to_current(p)，该电流信号与基准电流信号Iref(p)做差值并进行量化和数模转换产生Vadj(p),Vadj(p)输入到积分器进行积分输出Vintegrator(p)进而控制偏置PMOS本体的电荷泵输出Vpeg。当PMOS阈值变小(或变大),振荡器的输出CK(p)频率会跟着变快(或变慢)，频率-电流转换器输出的转换电流I_freq_to_current(p)变大(或变小)，I_freq_to_current(p)与Iref(p)的差值变大(或变小)，差值进行量化和数模转换后的电压信号Vadj(p)变大(或变小)，积分器输出Vintegrator(p)跟着变大(或变小)，从而使偏置PMOS本体的电荷泵Vpeg变大(或变小)。通过Vpeg的控制，PMOS的阈值会相应的变大(或变小)以弥补之前的波动，进而实现PMOS阈值稳定。所述PMOS本体的电荷泵可以动态将本体偏置电压设置成低于在PMOS晶体管的源极处的电压从而对PMOS晶体管的本体进行正向偏置；或是将本体偏置电压设置成高于在PMOS晶体管的源极处的电压从而对PMOS晶体管的本体进行反向偏置。所述NMOS本体的电荷泵也可以动态将本体偏置电压设置成高于在NMOS晶体管的源极处的电压从而对NMOS晶体管的本体进行正向偏置；或是将本体偏置电压设置成低于在NMOS晶体管的源极处的电压从而对NMOS晶体管的本体进行反向偏置。本专利技术所述的调节器通过自适应的双向电荷泵实现MOS管阈值灵活可控，先通过一个与MOS管阈值关联的环型振荡器频率变化来检测阈值，并将频率信号转换为电流信号，将电流信号与基准信号做比较获得差值，进而进行量化积分，最后控制电荷泵输出产生本体偏置电压进行动态调节。而且，本专利技术能够有效地消除NMOS、PMOS阈值变化带来的影响，使得系统电路工作在最佳的速度-功耗平衡态，从而提升芯片整体特性。附图说明图1是本专利技术所实施的系统架构框图。图2是本专利技术所实施一种偏置NMOS本体的电路图。图3是本专利技术所实施关联NMOS阈值的环型振荡器的电路图。图4是本专利技术所实施频率-电流转换器的电路图。图5是本专利技术所实施关联NMOS电流量化器的电路图。图6是本专利技术所实施积分器的电路图。图7是本专利技术所实施偏置NMOS本体的电荷泵的电路图。图8是本专利技术所实施系统数字逻辑NMOS管的电路图。图9是本专利技术所实施整个NMOS本体偏置响应过程波形图。图10是本专利技术所实施另一种偏置PMOS本体的电路图。图11是本专利技术所实施关联PMOS阈值的环型振荡器的电路图。图12是本专利技术所实施关联PMOS电流量化器的电路图。图13是本专利技术所实施偏置PMOS本体的电荷泵的电路图。图14是本专利技术所实施整个PMOS本体偏置响应过程波形图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1所示，为本专利技术所实现的用于MOS管本体偏置的自适应动态调节器，所述调节器包括有NMOS自适应调节电路、PMOS自适应调节电路和系统数字逻辑，所述NMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率-电流转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，其特征在于所述调节器包括有NMOS自适应调节电路、PMOS自适应调节电路和系统数字逻辑，所述NMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率‑电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置NMOS的电荷泵；所述PMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率‑电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置PMOS的电荷泵；所述偏置NMOS的电荷泵和偏置PMOS的电荷泵均接于系统数字逻辑，以实现NMOS和PMOS阈值稳定。

【技术特征摘要】
1.一种用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，其特征在于所述调节器包括有NMOS自适应调节电路、PMOS自适应调节电路和系统数字逻辑，所述NMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率-电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置NMOS的电荷泵；所述PMOS自适应调节电路包括有一个振荡器时钟、频率-电流转换器、量化和数模转换电路、积分器及偏置PMOS的电荷泵；所述偏置NMOS的电荷泵和偏置PMOS的电荷泵均接于系统数字逻辑，以实现NMOS和PMOS阈值稳定。2.如权利要求1所述的用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态调节器，其特征在于关联NMOS阈值的环型振荡器输出一个跟NMOS阈值相关的振荡器时钟CK(n)，再通过一个频率-电流转换器得到相对应的电流信号I_freq_to_current(n)，基准电流信号Iref(n)与该电流信号做差值并进行量化和数模转换产生Vadj(n)，Vadj(n)输入到积分器进行积分输出Vintegrator(n)，进而控制偏置NMOS本体的电荷泵输出Vneg；当NMOS阈值变小或变大，振荡器的输出CK(n)频率会跟着变快(或变慢)，频率-电流转换器输出的转换电流I_freq_to_current(n)变大(或变小)，Iref(n)与I_freq_to_current(n)的差值变小或变大，差值进行量化和数模转换后的电压信号Vadj(n)变小或变大，积分器输出Vintegrator(n)变小或变大，从而使偏置NMOS本体的电荷泵Vneg变小或变大；通过Vneg的控制，NMOS的阈值会相应的变大或变小，以弥补之前的波动，进而实现NMOS阈值稳定。3.如权利要求1所述的用于MOS管本体偏置的自适应双向电荷泵动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，
申请(专利权)人：芯海科技深圳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44