一种低电源电压精确电压跟随电路及电压跟随方法技术

本申请提供了一种低电源电压精确电压跟随电路及电压跟随方法。源极连接的NMOS管和PMOS管分别作为上管和下管构成源极输出电路。两个偏置电流源、三个NMOS管构成第一偏置电路，为上管提供偏置电压；三个偏置电流源、两个NMOS管和一个PMOS管构成第二偏置电路，为下管提供偏置电压。电流源的电流和MOS管的宽长比设置使输出电压可以精确跟随输入电压；通过采用native NMOS管和相关的电路设置，使电压跟随电路可以在低电源电压下工作。电压跟随方法包括步骤：通过偏置电路产生随输入电压变化的第一偏置电压和第二偏置电压；通过源极输出电路提供输出电压，通过源极输出电路的MOS管的栅源电压对偏置电压进行精确补偿，使输出电压精确跟随输入电压。精确跟随输入电压。精确跟随输入电压。

【技术实现步骤摘要】
一种低电源电压精确电压跟随电路及电压跟随方法


[0001]本申请涉及电子电路
，尤其涉及一种低电源电压精确电压跟随电路及电压跟随方法。

技术介绍

[0002]如图1所示，在典型的传统电压跟随电路中，Ia和Ib分别为N0、N1和N2三个NMOS管的偏置电流，Ia流过N0产生栅源电压VGS0，流过N1产生栅源电压VGS1。Ib流过N2产生栅源电压VGS2，V1＝VGS0+VGS1，则输出的VREF＝V1
‑
VGS2＝VGS0+VGS1
‑
VGS2。图1中N0和N1一般为普通的NMOS管；N2一般为native的NMOS管，native的NMOS管的阈值电压Vth一般很小或为负值。栅源电压可根据公式1计算：
[0003][0004]其中I为流过NMOS管的电流，W/L为NMOS管的宽长比，μ为电子迁移率，cox为NMOS管的栅极单位面积的电容值。μ和Vth受工艺角和温度的影响较大，并且当VREF驱动不同的负载时，流过N2的电流变化会根据负载的不同而发生很大的变化，因此VREF受电流和温度工艺角以及负载等的影响很大，输出VREF会有很大的变化，不能输出精确的电压值。
[0005]另外VREF驱动负载时只能提供很强的上拉能力，不能提供很强的下拉能力，因为Ib是固定的，为了静态功耗的需要，一般取值很小，不能用于高速驱动。因此图1中传统的电压跟随电路具有输出不准确且不能用于快速驱动电路的不足之处。
[0006]为了实现精确的电压跟随电路，并且使输出驱动电路同时具有较强的上拉和下拉能力，就需要设计更复杂的电路，而这样的电路往往需要较高的电源电压才能正常工作。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的以上缺陷，本申请的目的之一在于提供一种可在低电源电压下工作的、精确高速的电压跟随电路。
[0008]为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案。
[0009]一种低电源电压精确电压跟随电路，包括：源极输出电路，包括源极连接的第一NMOS管和第一PMOS管，所述第一NMOS管的漏极连接至VDD，所述第一PMOS管的漏极接地；第一偏置电路，包括第一电流源、第二电流源、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的源极连接后通过所述第一电流源接地，所述第三NMOS管的栅极连接至输入电压、漏极连接至VDD，所述第四NMOS管栅漏短接后连接至所述第二NMOS管的源极，所述第二NMOS管的漏极通过所述第二电流源连接至VDD、栅漏极短接后连接至所述第一NMOS管的栅极；第二偏置电路，包括第三电流源、第四电流源、第五电流源、第二PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管，所述第五NMOS管的源极和所述第六NMOS管的源极连接后通过所述第四电流源接地，所述第五NMOS管的栅极连接至所述输入电压、漏极连接至VDD，
所述第六NMOS管栅漏短接后连接至所述第二PMOS管的源极、并通过所述第三电流源连接至VDD，所述第二PMOS管栅漏短接后通过所述第五电流源接地，所述第二PMOS管的栅极还连接至所述第一PMOS管的栅极；其中所述第一电流源的电流为所述第二电流源电流的2倍，所述第三电流源的电流和所述第五电流源的电流之差等于所述第四电流源电流的1/2。
[0010]上述电路设置的源极输出电路同时具有很强的上拉能力和下拉能力，使电压跟随电路适于高速驱动；第一偏置电路和第二偏置电路产生跟随输入电压变化的第一偏置电压和第二偏置电压，分别连接至第一NMOS管和第一PMOS管的栅极，以提供源极输出电路的偏置电压；第一NMOS管和第一PMOS管的栅源电压对第一偏置电压和第二偏置电压进行补偿后使输出电压精确跟随输入电压。上述电路结构的每一个通路均可充分利用电源电压提供的电压空间，使电压跟随电路可以在低电源电压下工作。在本申请中，若未特别说明，电流均值电路在平衡状态的电流，在输入电压发生变化、源极输出电路驱动负载时，电路中的瞬态电流会在平衡状态电流的基础上发生变化。例如源极输出电路的两个MOS管的电流不一致时，其差值即为驱动负载的电流。
[0011]在一些实施方式中，所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的宽长比相等，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管的宽长比相等；设所述第一NMOS管的宽长比为KN1、所述第二NMOS管的宽长比为KN2、所述第一PMOS管的宽长比为KP1、所述第二PMOS管的宽长比为KP2、KN1/KN2＝K1、KP1/KP2＝K2，则所述第二电流源的电流I2和所述第五电流源的电流I5的设置满足I2/I5＝K2/K1。
[0012]MOS管的宽长比和偏置电流匹配设置后，不仅可以使输出电压准确跟随输入电压，而且在工作温度发生变化、源极输出电路驱动负载时电流发生变化的状态，电压跟随的精确度不受影响。
[0013]在一些实施方式中，KN1、KN2、KP1、KP2均为正整数，K1和K2均大于1。当各个MOS管的宽长比均为正整数时，MOS管之间更易匹配；当K1和K2均大于1时，源极输出电路的两个MOS管的宽长比较大，使其驱动能力更强，而第一偏置电路和第二偏置电路的电流可以较小，以降低电路的整体功耗。
[0014]在一些实施方式中，K1和K2均为整数。K1和K2为整数时，同样地可使电路更易匹配。
[0015]在一些实施方式中，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管为native NMOS管。采用native NMOS管时，由于相应的阈值电压很小或为负值，不占用电压空间，进一步使电压跟随电路可在低电源电压下正常工作。
[0016]本申请的另一个目的在于提供一种可以实现输出电压精确、高速跟随输入电压的电压跟随方法。为了实现该目的，本申请提供了以下技术方案。
[0017]一种电压跟随方法，包括步骤：通过第一偏置电路产生第一偏置电压，所述第一偏置电压随输入电压变化；通过第二偏置电路产生第二偏置电压，所述第二偏置电压随输入电压变化；通过源极输出电路提供输出电压，所述源极输出电路包括源极的第一NMOS管和第一PMOS管，所述第一偏置电压为所述第一NMOS管提供偏置，所述第二偏置电压为所述第一PMOS管提供偏置；对偏置电压进行精确补偿，通过所述第一NMOS管的栅源电压补偿所述第一偏置电压和所述输入电压的差值，通过所述第一PMOS管的栅源电压补偿所述第二偏置电压和所述输入电压的差值，使所述输出电压精确跟随所述输入电压。
[0018]源极输出电路用NMOS管作为上管、PMOS管作为下管，使输出级同时具有很强的上拉能力和下拉能力；第一偏置电压和第二偏置电压为源极输出电路的两个MOS管提供静态偏置，并随着输入电压的变化同升同降，经源极输出电路的两个MOS管的栅源电压补偿后使输出电压精确跟随输入电压。
[0019]在一些实施方式中，所述的通过第一偏置电路产生第一偏置电压步骤具体包括：通过所述第一偏置电路中的第一差分对管对所述输入电压实现精确跟随；通过所述第一偏置电路的第二NMOS管和所述第一N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低电源电压精确电压跟随电路，其特征在于，包括：源极输出电路，包括源极连接的第一NMOS管和第一PMOS管，所述第一NMOS管的漏极连接至VDD，所述第一PMOS管的漏极接地；第一偏置电路，包括第一电流源、第二电流源、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的源极连接后通过所述第一电流源接地，所述第三NMOS管的栅极连接至输入电压、漏极连接至VDD，所述第四NMOS管栅漏短接后连接至所述第二NMOS管的源极，所述第二NMOS管的漏极通过所述第二电流源连接至VDD、栅漏极短接后连接至所述第一NMOS管的栅极；第二偏置电路，包括第三电流源、第四电流源、第五电流源、第二PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管，所述第五NMOS管的源极和所述第六NMOS管的源极连接后通过所述第四电流源接地，所述第五NMOS管的栅极连接至所述输入电压、漏极连接至VDD，所述第六NMOS管栅漏短接后连接至所述第二PMOS管的源极、并通过所述第三电流源连接至VDD，所述第二PMOS管栅漏短接后通过所述第五电流源接地，所述第二PMOS管的栅极还连接至所述第一PMOS管的栅极；其中所述第一电流源的电流为所述第二电流源电流的2倍，所述第三电流源的电流和所述第五电流源的电流之差等于所述第四电流源电流的1/2。2.根据权利要求1所述的低电源电压精确电压跟随电路，其特征在于，所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的宽长比相等，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管的宽长比相等；设所述第一NMOS管的宽长比为KN1、所述第二NMOS管的宽长比为KN2、所述第一PMOS管的宽长比为KP1、所述第二PMOS管的宽长比为KP2、KN1/KN2＝K1、KP1/KP2＝K2，则所述第二电流源的电流I2和所述第五电流源的电流I5的设置满足I2/I5＝K2/K1。3.根据权利要求2所述的低电源电压精确电压跟随电路，其特征在于，KN1、KN2、KP1、KP2均为正整数，K1和K2均大于1。4.根据权利要求3所述的低电源电压精确电压跟随电路，其特征在于，K1和K2均为整数。5.根据权利要求1至4中任一项所述的低电源电压精确电压跟随电路，其特征在于，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管为native NMOS管。6.一种电压跟随方法，其特征在于，包括步骤：通过第一偏置电路产生第一偏置电压，所述第一偏置电压随输入电压变化；通过第二偏置电路产生第二偏置电压，所述第二偏置电压随输入电压变化；通过源极输出电路提供输出电压，所述源极输出电路包括源极连接的第一NMOS管和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱乐永，陈涛，
申请(专利权)人：普冉半导体上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：