模拟电平转换器制造技术

本发明专利技术是关于一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，包括：Ｎ型金属氧化物半导体场效晶体管（ＮＭＯＳ），其基极耦接至输入电压输入的输入节点；电阻装置，其第一端耦接至ＮＭＯＳ场效晶体管的源极，其第二端耦接至输出电压输出的输出节点；以及电流源，耦接至输出节点，将来自输出节点的电流接地。本发明专利技术可以在不需要额外增加电路成本以及工作的情况下提供灵活的电压变化范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种模拟电路，特别是有关于一种具有可调电压偏移量范 围的模拟电平转换装置。
技术介绍
源跟随器(source follower)通常作为一种电平转换器用来在模拟电路中 提供固定电压偏移值。图1为传统源跟随器的示意图。N型金属氧化物半导 体场效晶体管(N Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor,以下简称 NMOS)Mi的基极耦接至输入电压Vin，源极耦接至输出节点以提供输出电压V。ut。电流源耦接至输出节点，将电流Ib接地。电压偏移V。ut-Vin则与组件的特性有关，如NMOSM,的临界电压Vth与宽/长比W/L以及电流Ib的电平。 而临界电压Vth为主要影响因素，因为如果NMOSM,的电压没有超过临界电 压Vth，则NMOSM,将无法打开。近年来，随着低压电路的发展，对于在比临界电压小的较小电压电平间 转换的需求也逐渐增加。由于图1所示的传统电平转换器提供的电压值是固 定的，所以无法满足上述需求。图2为根据图1中的源跟随器的转换曲线图。 当NMOSMi为普通的NMOS时，曲线Ma表示图1中电压的转换。电压偏 移Va不能低于NMOS的临界电压Vth。如果NMOS M,使用本征(native) NMOS，临界电压Vth可以降低以实现转换曲线M。。然而，电压偏移Ve可能 由于太小而无法被使用。可以调节NMOS M,的宽/长比W/L或者电流Ie以 增加电压偏移Ve，但是调整的范围非常有限。低临界电压组件可以用作 NMOSM,以实现曲线Mb，使偏移电压Vb位于偏移电压Va与Vc之间。由于 使用临界电压组件需要额外的光罩(mask)以及增加成本，但其电压的调节 范围却有限。
技术实现思路
因此，需要一种可以调节的模拟电平转换器以解决上述问题。本专利技术提供一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压， 包括N型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至输入电压输入的输 入节点；电阻装置，电阻装置的第一端耦接至N型金属氧化物半导体场效晶 体管的源极，电阻装置的第二端耦接至输出电压输出的输出节点；以及电流 源，耦接至输出节点，减少来自输出节点的电流。本专利技术还提供一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压， 包括:P型金氧半导体场效晶体管，其基极耦接至输入电压输入的输入节点； 电阻装置，该电阻装置的第一端耦接至P型金氧半导体场效晶体管的源极， 电阻装置的第二端耦接至输出电压输出的输出节点；以及电流源，耦接至输 出节点，为电阻装置提供电流。本专利技术可以在不需要额外增加电路成本以及工作的情况下提供灵活的电 压变化范围。附图说明图1显示传统源跟随器。图2显示依据图1中传统源跟随器的转换曲线示意图。 图3为本专利技术实施例的电平转换器的示意图。 图4为依据图3的电平转换器的转换曲线示意图。 图5为本专利技术另一实施例的电平转换器的示意图。 图6为产生电流源的电路示意图。具体实施例方式图3为本专利技术实施例的电平转换器的示意图。在此模拟电平转换器中， NMOS M2的基极耦接至输入电压为Vin输入节点，电阻&的一端耦接至 NMOSM2的源极，另一端耦接至输出电压为V。ut的输出节点。电流源耦接至输出节点，并从输出节点将电流Ib接地。在电压Vin与V。ut之间的电压偏移可以表示为△V=Vout—Vin=—(VGS+IbRL) (1)其中Vc;s是NMOSM2的基极-源极电压，Vos会受临界电压Vth影响。电 流Ib和电阻RL的值是可以调节的，用以补偿临界电压Vth所带来的影响。因此，在电压l与V。ut之间的电压偏移只需简单的控制以及较低的成本便可以灵活的调节。NMOS M2可采用本征组件或低临界电压组件。一些制造过程允许这些本征组件具有少量的杂质。本征组件具有特有的 MOS掺杂，用以提供较低的临界电压。这些组件一般不适用于数字电路但在 模拟电路中却能起到很大的作用。这些本征组件的临界电压具有较低的温度 系数，使得模拟电路可以使用较低的成本便可得到较好的质量。然而，本发 明实施例所使用的NMOS的工艺能够提供较好的模拟电路质量，这种工艺质 量要求同样适用于数字电路，这样便可以广泛使用并可以相对便宜。本专利技术实施例中的电阻装置可以是线性电阻器或可变电阻器。具体来说， 电阻装置RL可以是P型多晶硅(P-poly)、 N型多晶硅(N-poly)或是扩散型， 产生电流源所使用的电阻器与电阻装置RL的类型一样。例如，如图6所示， 电流源可利用公式V=IR获得，其中所使用的电阻器类型需与电阻装置Rl^的 类型一样。这样一来，则可以降低由温度或者组件变化所造成的非线性。图4为依据图3中的电平转换器的转换曲线。图4显示出电阻装置的结 合消除了临界电压的限制，并达到弹性及可调电压转换的特性。.其中，阴影 区域表示基于调整电流Ib以及电阻装置RL可以获得的转换范围。输入电压 Vi。的下限电压是临界电压Vth，由NMOS M2的组成材料所决定。输入电压Vin的上限电压由电流Ib以及电阻装置RL的乘积所决定。在一实施例中，较 佳做法是调节电阻装置RL而不是调节电流Ib，因为电流Ib仍会造成很小的非 线性的影响。本专利技术实施例中利用NMOS降低输入电压Vin来输出电压V。ut，但并不限制于此。如果利用PMOS作为转换器，电路将变换为执行升高电压转换。图5为本专利技术另一实施例的电平转换器的示意图。请参阅图5， P型金 氧半导体场效晶体管(P Metal-Oxide-Semiconductoi' Field-Effect-Transistor,以 下简称PMOS)M3的基极耦接至输入电压Vin，电阻Rl稱接至PMOS M3的源 极与输出电压V。ut之间。电流镜耦接至输出电压V。ut的输出节点。与图3的实施例相似，在电压Vh与V。ut之间的电压偏移可以表示为△V=V0Ut—Vin=(VGS+IbRL) (2)其中Vgs是PMOS M3的基极-源极电压，Vcs会由临界电压Vth所影响。 电流Ib和电阻的值是可以调节的，用以补偿临界电压Vth所带来的影响。因此，在电压Vh与V。ut之间的电压偏移只需简单的控制以及较低的成本便可以灵活的调整。PMOS M3可采用低临界电压组件代替。图6显示产生电流源的电路的示例。请参阅图6，电压Vbg输入至运算 放大器的反相输入端。电压Vbg由带隙电路所产生。通过图6中所示的闭合 回路，节点N1的电压与反相输入端的电压相等。也就是说，节点N1的电压 等于电压Vbg。流经电阻R的电流IfVbg/R ，组件M4、 M5、 M6构成电流 镜。将Ia以一比例转换成IM，通过相同的电流镜技术，可以实现电流源I, 和12,电流源I，与lR成比例，电流源I2与IR成比例。请一并参阅图3，图5以及图6。图6中的电流源I,可以用作图3中的 Ib，图6中的电流源12可以用作图5中的1。。在-一实施例中，图6中的电阻R 可以使用与图3或图5中的电阻同一类型的电阻。权利要求1.一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，所述的模拟电平转换器包括N型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至所述的输入电压输入的输入节点；电阻装置，所述的电阻装置的第一端耦接至所述的N型金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟电平转换器，用以接收输入电压以产生输出电压，所述的模拟电平转换器包括：Ｎ型金属氧化物半导体场效晶体管，其基极耦接至所述的输入电压输入的输入节点；电阻装置，所述的电阻装置的第一端耦接至所述的Ｎ型金属氧化物半导体场效晶体管的源极，所述的电阻装置的第二端耦接至所述的输出电压输出的输出节点；以及电流源，耦接至所述的输出节点，减少来自所述的输出节点的电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄志坚，李韦良，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]