一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路，在宽电压范围内为跨导单元主体电路提供较为恒定的偏置电流，利用栅极电压的自适应调整和预留的较大电压回旋空间，其中偏置电压Vbias1选择较低值，使得电流源I1a刚刚能够饱和，这样，随着输入电压的升高，PMOS管M4a和PMOS管M5a进入线性区之后还能再拓展一些输入电压范围，直到PMOS管M7a也进入线性区，本发明专利技术的优点在于，可以获取更宽的电压输入范围，对于纳米级CMOS工艺来说是非常重要的特性，同时为跨导主体电路提供的偏置电流非常稳定，即其偏置电流对输入电压的依赖性非常小，有利于提高线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路
本专利技术属于集成电路设计
，尤其是涉及一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路。
技术介绍
随着CMOS制造技术的快速进步，器件的特征尺寸不断减小，同时电源电压也不断降低，导致采用经典的差分对实现的跨导单元的共模输入电压受到限制。通常我们在差分结构中引入源级退化电阻来改善跨导单元的线性度，在此基础上增强输入MOS对管的跨导并增加退化深度，还可以进一步改善跨导单元的线性度，但是它同样面临共模电压范围受限制的问题。现代无线接收机设计中，对跨导单元输入范围的要求很高，因为普遍采用的基于复数信号处理原理的镜像抑制接收机中的滤波器和可变增益放大器需要同时处理信号和镜像信号，这对滤波器和可变增益放大器提出了高输入动态范围的要求，即共模输入电压范围宽、线性度高。如图1所示，是一个传统的基于源极退化-跨导提升原理的高线性度跨导单元的电路结构，M1管的源级电压跟随输入电压的变化，因此输入电压在电阻R1+R1上转化为电流，这个电流绝大部分被M2管吸收并通过由M2管和M3管组成的电流镜电路镜像至输出端。因此跨导单元的等效跨导约等于1/R1。高线性度跨导单元的更精密的实现电路如图2所示，M1管源极电压等于输入电压，因此输入电压能够加载到电阻R1+R1上转化为电流，这个电流同时被M1管缓冲到输出端。这种结构的功耗和电路规模都要大得多，不符合日益复杂庞大的片上系统对基本信号处理模块(这里是跨导单元)低功耗和紧凑面积的要求。图1和图2所示的跨导单元的最大共模输入电压均可以表示为：VDD-Vdsat-VGS1，其中VDD表示电源电压，VGS1表示M1管的栅源电压，Vdsat表示电流源的饱和压降(图1中M4管实际上就是电流源)。目前主流CMOS制造工艺的电源电压已经降至1.2V，甚至更低，阈值电压和漏源饱和压降却不能同比例下降，因此留给输入电压的空间越来越小。实际上，共模输入电压达不到这个理论值(VDD-Vdsat-VGS1)，因为当电流源(图1中M4管和图2中的IB1)的电压降接近Vdsat时，其输出阻抗已开始大幅度降低，导致输入管M1源极的等效电阻变小，因而等效跨导变大。本专利申请人之前改进过上述问题(ZL201721486242.1-一种宽输入电压范围高线性度CMOS跨导单元电路)，本专利则是进一步优化，使得与电阻R1相连的电流源(图1中M4管和图2中的IB1)对输入电压摆幅的依赖性更低，这是通过自适应偏置电路实现的。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路，可以获取更宽的电压输入范围，对于纳米级CMOS工艺来说是非常重要的特性，同时为跨导主体电路提供的偏置电流非常稳定，即其偏置电流对输入电压的依赖性非常小，有利于提高线性度。本专利技术的技术方案是：一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路，包括跨导单元主体电路和自适应偏置电流源；所述跨导单元主体电路包括PMOS管M1a、PMOS管M2a、PMOS管M3a、PMOS管M1b、PMOS管M2b、PMOS管M3b、电阻2R1、电流源I1a和电流源I1b；所述自适应偏置电流源包括PMOS管M4a、与PMOS管M4a匹配的PMOS管M5a、PMOS管M6a、PMOS管M7a、PMOS管M4b、与PMOS管M4b匹配的PMOS管M5b、PMOS管M6b、PMOS管M7b、电流源I2a、电流源I3a、电流源I2b和电流源I3b，其中PMOS管M1a与PMOS管M1b镜像对称，PMOS管M2a与PMOS管M2b镜像对称，PMOS管M3a与PMOS管M3b镜像对称，PMOS管M4a与PMOS管M4b镜像对称，PMOS管M5a与PMOS管M5b镜像对称、PMOS管M6a与PMOS管M6b镜像对称、PMOS管M7a与PMOS管M7b镜像对称；所述PMOS管M4a的源极、PMOS管M5a的源极、PMOS管M4b的源极、PMOS管M5b的源极、电流源I3a的输入端和电流源I3b的输入端均接电源VDD；PMOS管M2a的源极、PMOS管M3a的源极、PMOS管M2b的源极、PMOS管M3b的源极、电流源I1a的输出端、电流源I2a的输出端、电流源I1b的输出端和电流源I2b的输出端均接地；所述PMOS管M4a的栅极和PMOS管M5a的栅极相连并连接PMOS管M7a的漏极和电流源I3a的输出端；PMOS管M5a的漏极连接PMOS管M6a的源极，PMOS管M6a的栅极接PMOS管M1a的栅极和输入电压Vin+，PMOS管M6a的漏极接PMOS管M7a的源极和电流源I2a的输入端；PMOS管M1a的源极接PMOS管M2a的漏极和PMOS管M4a的漏极，PMOS管M1a的漏极接电流源I1a的输入端、PMOS管M2a的栅极和PMOS管M3a的栅极，PMOS管M3a的漏极为电流输出端Iout+；所述PMOS管M4b的栅极和PMOS管M5b的栅极相连并连接PMOS管M7b的漏极和电流源I3b的输出端；PMOS管M5b的漏极连接PMOS管M6b的源极，PMOS管M6b的栅极接PMOS管M1b的栅极和输入电压Vin-，PMOS管M6b的漏极接PMOS管M7b的源极和电流源I2b的输入端；PMOS管M1b的源极接PMOS管M2b的漏极和PMOS管M4b的漏极，PMOS管M1b的漏极接电流源I1b的输入端、PMOS管M2b的栅极和PMOS管M3b的栅极，PMOS管M3b的漏极为电流输出端Iout-；所述PMOS管M1a与PMOS管M4a的连接路径和PMOS管M1b与PMOS管M4b的连接路径之间设有电阻2R1，同时PMOS管M7a的栅极和PMOS管M7b的栅极接偏置电压Vbias1。作为优选的技术方案，所述PMOS管M1a与PMOS管M6a的尺寸比例等于电流源I1a的偏置电流与电流源I2a和电流源I3a的偏置电流之差的比值，以保证PMOS管M6a的源极电压跟随PMOS管M1a的源极电压变化。作为优选的技术方案，所述PMOS管M1b与PMOS管M6b的尺寸比例等于电流源I1b的偏置电流与电流源I2b和电流源I3b的偏置电流之差的比值，以保证PMOS管M6b的源极电压跟随PMOS管M1b的源极电压变化。本专利技术的优点是：1.本专利技术基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路，可以获取更宽的电压输入范围，对于纳米级CMOS工艺来说是非常重要的特性，同时为跨导主体电路提供的偏置电流非常稳定，即其偏置电流对输入电压的依赖性非常小，有利于提高线性度。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为基于源极退化-跨导提升原理的高线性度跨导单元的电路结构图；图2为高线性度跨导单元的更精密实现的电路结构图；图3为本专利技术基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路图；图4为本专利技术在交流频率为1MHz处的等效跨导与输入共模电压之间的关系的仿真曲线并与传统结构的对比示意图。具体实施方式实施例：参照图3所示，一种基于自适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路，其特征在于，包括跨导单元主体电路和自适应偏置电流源；/n所述跨导单元主体电路包括PMOS管M1a、PMOS管M2a、PMOS管M3a、PMOS管M1b、PMOS管M2b、PMOS管M3b、电阻2R1、电流源I1a和电流源I1b；所述自适应偏置电流源包括PMOS管M4a、与PMOS管M4a匹配的PMOS管M5a、PMOS管M6a、PMOS管M7a、PMOS管M4b、与PMOS管M4b匹配的PMOS管M5b、PMOS管M6b、PMOS管M7b、电流源I2a、电流源I3a、电流源I2b和电流源I3b，其中PMOS管M1a与PMOS管M1b镜像对称，PMOS管M2a与PMOS管M2b镜像对称，PMOS管M3a与PMOS管M3b镜像对称，PMOS管M4a与PMOS管M4b镜像对称，PMOS管M5a与PMOS管M5b镜像对称、PMOS管M6a与PMOS管M6b镜像对称、PMOS管M7a与PMOS管M7b镜像对称；/n所述PMOS管M4a的源极、PMOS管M5a的源极、PMOS管M4b的源极、PMOS管M5b的源极、电流源I3a的输入端和电流源I3b的输入端均接电源VDD；PMOS管M2a的源极、PMOS管M3a的源极、PMOS管M2b的源极、PMOS管M3b的源极、电流源I1a的输出端、电流源I2a的输出端、电流源I1b的输出端和电流源I2b的输出端均接地；/n所述PMOS管M4a的栅极和PMOS管M5a的栅极相连并连接PMOS管M7a的漏极和电流源I3a的输出端；PMOS管M5a的漏极连接PMOS管M6a的源极，PMOS管M6a的栅极接PMOS管M1a的栅极和输入电压Vin+，PMOS管M6a的漏极接PMOS管M7a的源极和电流源I2a的输入端；PMOS管M1a的源极接PMOS管M2a的漏极和PMOS管M4a的漏极，PMOS管M1a的漏极接电流源I1a的输入端、PMOS管M2a的栅极和PMOS管M3a的栅极，PMOS管M3a的漏极为电流输出端Iout+；/n所述PMOS管M4b的栅极和PMOS管M5b的栅极相连并连接PMOS管M7b的漏极和电流源I3b的输出端；PMOS管M5b的漏极连接PMOS管M6b的源极，PMOS管M6b的栅极接PMOS管M1b的栅极和输入电压Vin-，PMOS管M6b的漏极接PMOS管M7b的源极和电流源I2b的输入端；PMOS管M1b的源极接PMOS管M2b的漏极和PMOS管M4b的漏极，PMOS管M1b的漏极接电流源I1b的输入端、PMOS管M2b的栅极和PMOS管M3b的栅极，PMOS管M3b的漏极为电流输出端Iout-；/n所述PMOS管M1a与PMOS管M4a的连接路径和PMOS管M1b与PMOS管M4b的连接路径之间设有电阻2R1，同时PMOS管M7a的栅极和PMOS管M7b的栅极接偏置电压Vbias1。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应偏置的CMOS跨导单元电路，其特征在于，包括跨导单元主体电路和自适应偏置电流源；
所述跨导单元主体电路包括PMOS管M1a、PMOS管M2a、PMOS管M3a、PMOS管M1b、PMOS管M2b、PMOS管M3b、电阻2R1、电流源I1a和电流源I1b；所述自适应偏置电流源包括PMOS管M4a、与PMOS管M4a匹配的PMOS管M5a、PMOS管M6a、PMOS管M7a、PMOS管M4b、与PMOS管M4b匹配的PMOS管M5b、PMOS管M6b、PMOS管M7b、电流源I2a、电流源I3a、电流源I2b和电流源I3b，其中PMOS管M1a与PMOS管M1b镜像对称，PMOS管M2a与PMOS管M2b镜像对称，PMOS管M3a与PMOS管M3b镜像对称，PMOS管M4a与PMOS管M4b镜像对称，PMOS管M5a与PMOS管M5b镜像对称、PMOS管M6a与PMOS管M6b镜像对称、PMOS管M7a与PMOS管M7b镜像对称；
所述PMOS管M4a的源极、PMOS管M5a的源极、PMOS管M4b的源极、PMOS管M5b的源极、电流源I3a的输入端和电流源I3b的输入端均接电源VDD；PMOS管M2a的源极、PMOS管M3a的源极、PMOS管M2b的源极、PMOS管M3b的源极、电流源I1a的输出端、电流源I2a的输出端、电流源I1b的输出端和电流源I2b的输出端均接地；
所述PMOS管M4a的栅极和PMOS管M5a的栅极相连并连接PMOS管M7a的漏极和电流源I3a的输出端；PMOS管M5a的漏极连接PMOS管M6a的源极，PMOS管M6a的栅极接PMOS管M1a的栅极和输入电压V...

【专利技术属性】
技术研发人员：白春风，赵文翔，汤雁婷，乔东海，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32