具有幅值至幅值电压摆幅的源跟随器制造技术

一种源跟随器可以包括一个受到它的阈值电压限制的初级驱动器件和一个不受它的阈值电压限制的次级器件，从而允许次级驱动器件可将输出电压完全驱动至所需的电压幅值。这一次级驱动器件可以在基本相同于初级驱动器件达到它的最大电压转移的时间点启动，从而可确保线性输出电压的转移。这一源跟随器可以采用放大器方式来实施。这一放大器能够输出幅值至幅值的电压，从而有利于提供最佳的性能，特别是在低功率应用中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够提供幅值至幅值摆幅的源跟随器。
技术介绍
在常规的源跟随器中，源跟随器的输出电压跟随着它的输入电压上升/下降至预定电平。例如，图1说明了一种源跟随器100，它包括一个n沟道晶体管，其漏极连接着高电压源VDD，以及它的源极通过一个电流源与低电压源VSS(例如，接地)相耦合。在该结构中，如果源跟随器100在它的栅极端IN接受到一个低电压，则n沟道晶体管就不会导通，从而允许将输出端OUT的输出电压有电流源下拉。相反，如果源跟随器100在它的栅极端IN接受到一个高电压，则n沟道晶体管就开始导通，从而克服电流源并将输出端OUT上拉至高。特别是，在输出端OUT的电压增加至VDD减去n沟道晶体管的阈值。在一例实施例中，阈值可能为0.5V。于是，特别是在2.0V至3.0V范围内的低电压应用中，由于源跟随器不能获得VDD的幅值电压而使其性能明显降低。图2说明了一种源跟随器200，它包括一个晶体管201，它作为一个初始上拉器件。在源跟随器200中，两个反相器202A和202B缓冲在输入端IN上提供的信号。晶体管201是一个n沟道晶体管，它的漏极与VDD相耦合，它的主体与VSS相耦合，以及它的源极与输出端OUT相耦合。因此，晶体管201在输出端OUT上提供的最多电压也是VDD减去晶体管201的阈值电压。相反，反相器202A/202B可以提供一个幅值至幅值的电压(即，VDD或VSS)。然而，晶体管201与反相器202A/202B一样接受相同的输入信号。因此，反相器202A/202B在某些延迟之后提供它们所缓冲的VDD信号，而与晶体管201提供它的最大电压转移的时间无关。不幸的是，这一结构会在输出信号中产生非线性。这种非线性限制了源跟随器200在线性或放大应用中的使用。值得注意的是，正如图1和图2所示，源跟随器可以试图将它的输出电压上拉至高电压幅值。与低电压幅值有关的源跟随器的典型实例包括p沟道晶体管。不幸的是，这些p沟道晶体管一般都是基于在相同集成电路(IC)中所提供的n沟道晶体管平衡的。换句话说，如果在IC中的n沟道晶体管具有0.5V阈值，则在相同IC中的p沟道晶体管应该制成具有相对应的-0.5V阈值。因此，这类p沟道晶体管能够将它的输出电压下拉至VSS-(-0.5)＝0.5V，这里假定VSS为0。因此，就需要一种能够将它的输出电压完全拉至电压幅值的源跟随器。此外，还需要一种能够以线性方式提供输出电压的源跟随器，从而有利于增加源跟随器可以使用的应用数量和类型。
技术实现思路
源跟随器是一种输出信号应该基本相同于它的输入信号的电路。常规源跟随器可以使用一个晶体管和一个电流源来实现。晶体管的栅极接受输入信号，其漏极接受来自第一电压幅值的电压。当晶体管导通时，连接着晶体管源极的电流源就可以将其输出电压启动至第二电压幅值。因此，为了能够形成一个典型的源跟随器，n沟道晶体管应该将它的漏极连接着高电压幅值。采用这一方式，提供给栅极的逻辑高输入信号使n沟道晶体管导通并且在它的源极提供高的输出信号。相类似，p沟道晶体管应该将它的漏极连接着低电压幅值。采用这一方式，提供给栅极的逻辑低输入信号使p沟道晶体管导通并且在它的源极提供低的输出信号。不幸的是，在这些结构中，源跟随器不能够将它们的输出电压完全驱动至第一电压幅值。特别是，在两种结构中，晶体管的阈值电压是一个限制的性能。因此，常规源跟随器不能够提供最佳性能，特别是在低功率的应用中。根据本专利技术的一个性能，源跟随器可以包括一个受它的阈值电压限制的初级驱动器件和一个不受它的阈值电压限制的次级驱动器件。采用这一方式，次级驱动器件就可以将它的输出电压完全驱动至所需的电压幅值。更重要的是，这次级驱动器件可以在初级驱动器件达到它的最大电压转移的基本相同时间启动，从而可确保线性电压转移。在一例实施例中，源跟随器可以包括一个具有第一导通特性的第一器件，它与源跟随器的输入端和输出端相耦合。第一器件也可以耦合在第一电压源和第二电压源之间。源跟随器可以还包括一个电流源，它耦合着第二电压源，第一器件和输出端。如果第一器件没有导通，则电压源就将输出端的电压拉至由第一电压源所提供的电压减去第一器件的阈值电压。另一方面，如果第一器件是导通的，则第一器件就将输出端的电压上拉至由第一电压源的电压减去第一器件的阈值电压。更为重要的是，根据本专利技术的源跟随器还包括一个具有第二导通特性的第二器件，它耦合在输出端和第一电压源之间。该第二器件，所具有的第二导通特性不同于第一导通特性，它可以接受不同于第一器件的输入信号。第二器件在导通时，它将输出端的电压拉至于第一电压源所提供的电压。在一个较佳实施例中，第二器件仅在第一器件提供由第一电压源提供电压减去在输出端上的第一器件的阈值电压的电压时才导通。在源跟随器的一例实施例中，第一器件包括一个p沟道晶体管，第二器件包括一个n沟道晶体管。在这种情况下，第一电压源是一个低电压源，而第二电压源是一个高电压源。在源跟随器的另一实施例中，第一器件包括一个n沟道晶体管，第二器件包括一个p沟道晶体管。在这种情况下，第一电压源是一个高电压源，而第二电压源是一个低电压源。在另外一例实施例中，源跟随器可以包括一个电流限制控制电路，它与第一和第二器件相耦合，其中当源跟随器经受异常操作条件时，该电流限制控制电路可以禁止第一和第二器件。幅值至幅值源跟随器可以采用一种放大电路来实现。在一例实施例中，输入到第二器件的信号可以由放大器电路部分在检测到它开始进入饱和时产生。该饱和点可对应于当第一器件向源跟随器的输出端提供它的最大电压转移的时间点。该放大器电路，能够输出真正的幅值至幅值的电压，它可以有利于提供最佳性能，尤其是在低功率应用中。在一例实施例中，一个放大器电路可以包括一个折叠级联放大器，一个运算跨导放大器(OTA)，以及一个源跟随器，该源跟随器包括一个初级器件和一个次级器件。该初级器件，接受折叠级联放大器的输出，可以驱动近似第一电压幅值的输出电压。次级器件接受OTA的输出，它可以在初级器件达到它的极限时将输出电压驱动至第一电压的幅值。放大器电路还可以包括一个电流源，它可以用于当初级和次级器件没有导通时将输出电压驱动至第二电压的幅值。附图说明图1说明了一种常规源跟随器，它不能够提供幅值至幅值的电压。图2说明了一种众所周知的源跟随器，它能够提供幅值至幅值的电压，但是时采用非线性的方式。图3说明了一种源跟随器，它能够以线性的方式提供幅值至幅值的电压。图4说明了另一种源跟随器，它能够以线性的方式提供幅至幅值的电压。图5说明了一种简化的放大器电路，该电路包括一个能够提供幅值至幅值电压的源跟随器。图6A至6C说明了一种放大器的实施例，该放大器包括一个能够提供幅值至幅值电压的源跟随器。具体实施例方式根据本专利技术的一个性能，源跟随器包括一个次级驱动器件，它能够协助初级驱动器件以提供真正的幅值至幅值的电压。以这一方式，源跟随器能够有利地提供最佳地性能，特别是在低功率应用中。更为重要的是，基于在初级驱动器件发生最大电压转移时，次级驱动器件提供它的协助。因此，源跟随器的输出电压转移是事实上是线性的，从而增加了可以使用源跟随器的应用类型。图3说明了一例实施例的源跟随器300，它能够将它的输出电压完全拉至高电压幅值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有输入端和输出端的源跟随器，其特征在于，该源跟随器包括：具有第一导通特性的第一器件，它连接着所述输入端和所述输出端，所述第一器件还耦合在第一电压源和第二电压源之间；电流源，它耦合着所述第二电压源，所述第一器件和所述输出端；其中，如果所述第一器件没有导通，则所述电流源就将所述输出端的电压拉升至由所述第二电压源所提供的电压，以及，其中，如果所述第一器件导通，则所述第一器件就将所述输出端的电压拉升至由所述第一电压源所提供的电压减去所述第一器件的阈值电压的电压；具有第二导通特性的第二器件，它耦合在所述输出端和所述第一电压源之间，其中，所述第二导通特性不同于所述第一导通特性，其中，所述第二器件接受不同所述第一器件的输入信号，以及，其中，所述第二器件在导通时将输出端的电压拉升至由所述第一电压源所提供的电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B罗森塞尔，
申请(专利权)人：模拟微电子学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]