处理采样模拟信号的设备制造技术

在数字ＢｉＣＭＯＳ处理中，可以如此方式利用ＭＯＳ晶体管的存储能力和双极晶体管的大跨导，使其速度主要由从ＭＯＳ晶体管（４）看去的电容和双极晶体管（５）的跨导来确定。对于在ＣＭＯＳ中的现有ＳＩ技术的优点在于：较高速度，较小误差和较高精度。对于ＢｉＣＭＯＳ中的其它技术的优点是较小误差和较高精度。本发明专利技术技术的独有特征是ＭＯＳ器件的高输入阻抗与双极器件的高跨导的结合，其中只有在ＢｉＣＭＯＳ处理中才可用这两者，而在ＣＭＯＳ处理中不行。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在数字BiCMOS处理中一种用于处理采样模拟信号的方法，和在数字BiCMOS处理中一种用于处理采样模拟信号的设备。开关电流(SI)技术是一种比较新的完全采用数字CMOS技术的模拟采样数字信号处理技术，比如可见，1993年由Peter Peregrinius公司的C.Toumazou,J.B.Hughes and N.C.Battersby写的Switchedcurrents,an analogue technique in digital technology。该SI电路的极限性能主要由MOS晶体管的跨导gm和从它的栅极看进去电容Cg确定。尽管高速工作(大约100MHz)是可能的，其速度和精度的性能是由它本身的工艺限定的。为了具有高的精度，通常需要大的Cg，因为时钟馈通误差是与Cg成反比的。因此，增加gm是增加速度的唯一途径。用同样的偏置电流，MOS晶体管的跨导显著低于双极晶体管。因此，采用双极晶体管可增加速度和/或改善精度。BiCMOS技术开创了采用MOS和双极晶体管两种的可能性。已建议的一种用于在BiCMOS中处理高速采样数据信号的技术，例如，由P.Shak和C.Toumazou,in proc.1995 IntenationalSymposium on circuit and systems pp.323-326中写的A newBiCMOS technique for very fast discrete time signalprocessing。采用双极晶体管突破了该SI电路的gm/Cg的极限。它首先通过跨阻器将电流转换成电压，然后再通过跨导器将该电压转换成电流。将所述电压采样，并保持在该跨导器的输入端，它的输入装置是MOS晶体管。然而，转换的精度是由一些元件的绝对值确定的。比如，电阻器确定了跨阻值，而晶体管的大小和工作条件确定了跨导值。因此该技术对于处理变化是敏感的，另一缺点是它的复杂性。由philips,U.K的John B.Hughes已提出的，在称为转换电流技术的技术上的专利申请，比如，EP 89203067.7,1989-12-04。所有这些申请都集中在数字CMOS处理方面的技术。在数字BiCMOS处理中，可以这种方式来利用MOS晶体管存储容量和双极晶体管的大跨导，使其速度主要由双极晶体管的跨导和由MOS晶体管看去的电容来确定。对于CMOS中的现有SI技术的优点是较高速度，较小误差，和较高精度。对于本专利技术的
技术介绍
中所述的BiCMOS中的其它技术的优点是较小误差和较高精度。本专利技术技术的独有的特征是MOS器件的高输入阻抗与双极器件的高跨导的结合，其中这两种器件只能在BiCMOS处理中得到而不能在CMOS处理中得到。附图说明图1是根据本专利技术的技术提议的一种电路结构。图2是根据本专利技术的技术提议的另一种电路结构。图3表示图1电路的模拟响应。图4表示根据本专利技术的模拟误差相对于输入电流的变化。该提议的新技术采用由MOS晶体管和双极晶体管组成的复合晶体管。如图1中所示，该MOS晶体管是共漏极结构，而该双极晶体管是共发射极结构。电流源I01,I02和I13分别为晶体管M04,Q05和Q16提供偏置电流。电容C07代表在晶体管M0的栅极上的所有电容，C18代表在晶体管M0的源极上的所有电容。由一不重叠时钟控制所有的开关。在时钟相位ph0期间，将开关S09和S110闭合，将S211打开。输入电流Iin12流入晶体管Q0的集电极，从而使其基极-发射极电压改变。由于晶体管M0的共漏极结构，它的栅-源电压不改变，在晶体管M0的栅极上的电位也按比例变化。当达到稳态时，晶体管M0的栅极上的电位产生，将晶体管Q0的基极-发射极电压变到散热器(或源极)，输入电流到晶体管Q0。因为晶体管Q0和Q1具有相同的基极-发射极电压，如果两个晶体管具有同样的发射极区，则输出电流I0114等于输入电流Iin。在时钟相位ph1期间，开关S0和S1打开，而开关S2闭合。MOS晶体管M0的栅极被隔绝，保持在该栅极上的电位。因为晶体管M0的栅源电压是不变的，晶体管Q0的基极-发射极电压不变。因此，Q0的集电极电流不变。输出电流I0013等于输入电流Iin，在时钟相位ph0期间这是对晶体管Q0的输入。因为晶体管Q0和Q1具有同样的基极-发射极电压，如果该两个晶体管具有同样的发射极区，则输出电流I01等于输出电流I00。因此，输出电流I00是输入电流Iin的存储，输出电流I01实现了对输入电流Iin执行的跟踪和保持功能。因为将与M0和Q0的同样器件用作为输入和输出装置两者。在输入电流Iin和输出电流I00之间无失配问题，正如在一个次生SI存储单元里一样。通过选择不同的发射极区可实现在输出电流I01与输入电流Iin之间的定标因数。当开关S0和S1闭合时，通过调整时间来确定电路的速度。忽略开关晶体管的导通电阻，该系统为两极点系统。主极点频率W0等于gmQ0/C0，其中gmQ0是双极晶体管Q0的跨导，C0是M0的栅极上的总电容。非主极点频率Wn等于gmmo/C1，其中gmmo是MOS晶体管M0的跨导，C1是在晶体管M0的源极上的总电容。对于在CMOS处理中的SI电路，其主极点频率是由MOS晶体管的跨导和由MOS晶体管的栅极看去的总电容确定的。由于双极晶体管的较高跨导，如果该非主频足够高，该提议的技术具有超高速的性能。可通过在电路设计中减少在M0的源极上的电容来满足这一点，特别是在利用适当大的电容C0来减少时钟馈通误差时。通过使用大电容C0还可对于精度折衷地选择速度，因为该时钟馈通误差是与C0成反比的。而且，由于双极晶体管的使用，使M0的栅极上的电压变化变小，甚至在用大电流输入时也是如此，这就减少了信号依赖时钟馈通误差。在CMOS处理中的SI电路里的另一误差源是由于漏-栅寄生电容。当漏极电位改变时，将通过漏-栅寄生电容耦合到栅极，这将引起过量误差，特别是对于高频应用。在图1中所示的提议电路中，将MOS晶体管的漏极电位系在VCC上，因此，在栅极电压的转换中不受影响。因此，该提议的技术具有小得多的误差，对于信号相关和信号非相关误差都是如此。如在CMOS处理中的次生SI存储单元中一样将器件M0和Q0用作输入和输出装置两者，故失配未引入任何误差。然而，当在使用晶体管Q1且失配扮演重要角色的情况下，多数的情况电流反射镜需要实现不同的系数。因为双极晶体管的匹配比MOS晶体管的匹配好，在精度上所提议的技术也优于在MOS处理中的SI技术。最后，值得注意一下简单性。因为双极晶体管具有较大的超前(early)电压，并且在输入与输出阶段Q0的集电极上的电位变化是小的，无需精心地制作图1中所示的电路就可工作很好。原则上，在CMOS处理中SI电路也是简单的。然而，为处理不同的误差，例如时钟馈通误差，有限的输入/输出电导比率误差，由于栅极-漏极寄生电容的误差，需要比较复杂的电路和/或时钟。该提议的技术并不像MOS处理中的SI技术那样需要线性电容。与早期提议的技术相比，该新的技术并不要求跨阻器与跨导器之间的匹配，电路设计简化很多。图2中示出了另一种电路实施。它与在CMOS处理中的初生SI存储单元相似。在图2中将不同的器件用于输入和输出。将晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在数字ＢｉＣＭＯＳ处理中用于处理采样模拟信号的方法，其特征在于，在该ＢｉＣＭＯＳ处理中采用ＭＯＳ晶体管和双极晶体管，其中将电压暂时存储在ＭＯＳ晶体管的栅极，同时将双极晶体管的跨导用于提高其速度。

【技术特征摘要】
SE 1996-6-14 9602362-71．一种在数字BiCMOS处理中用于处理采样模拟信号的方法，其特征在于，在该BiCMOS处理中采用MOS晶体管和双极晶体管，其中将电压暂时存储在MOS晶体管的栅极，同时将双极晶体管的跨导用于提高其速度。2．一种在数字BiCMOS处理中用于处理采样模拟信号的设备，其特征在于，在BiCMOS处理中采用MOS晶体管和双极晶体管的装置，其中设有暂时存储MOS晶体管(4,15)的栅极上的电压的装置，其中设有采用双极晶体管(5,16)的跨导提高其速度的装置。3．根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭年熊，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]