一种适用于超低电压的低功耗宽带共模信号检测电路制造技术

本发明专利技术涉及集成电路技术领域，特别涉及一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，包括电位转移电路、互补源极跟随器电路、电容和共模辅助检测电路；电位转移电路包括偏置电流镜、第一电阻R1~第四电阻R4，互补源极跟随器电路包括第一晶体管M1~第四晶体管M4。第一晶体管~第四晶体管M4的源极互相连接在一起组成共模检测电路的输出节点Vout0；第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极和体端均与电源电压VDD相连，第三晶体管M3和第四晶体管M4的体端和漏极均与地VSS相连；电容包括第一电容C1和第二电容C2；共模辅助检测电路包括第九晶体管M9~第十二晶体管M12以及第五电阻R5、第六电阻R6。R6。R6。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超低电压的低功耗宽带共模信号检测电路


[0001]本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路。

技术介绍

[0002]随着对低功率便携式电子产品需求的不断增长，基于超低电源电压的电路设计逐渐流行起来。但是超低电源电压引起了动态范围和信噪比的迅速下降。一种缓解方法是使用全差分电路。在全差分电路中，共模电压检测电路需要提取输出信号的共模分量并反馈给共模环路从而设置正确的直流工作点。一个好的共模检测电路不应该降低差分信号增益与带宽，同时具有较大的电压检测范围，比如轨到轨。此外，共模检测电路也应该只响应共模信号以避免线性度性能的恶化。
[0003]设计一个工作在超低电源电压的共模信号检测电路是比较困难的。最线性和最简单的解决方案是直接使用两个电阻作为共模信号检测器。然而，在超低电源电压的情况下，输出级电流只有几微安培，因此输出级晶体管的输出电阻高达几兆欧姆，需要阻值非常大的检测电阻以避免增益的降低。这将导致非常大的硅面积消耗，增加芯片的成本。基于差分对的共模检测电路和基于源跟随器的共模检测电路也被广泛使用，但线性度是其中最差的。
[0004]另一种检测方法是基于源极跟随器电路，该方法的一大优势是它对放大器的输出级没有加载效应，不会降低放大器的直流增益。尽管如此，源极跟随器的输入信号范围是有限的，即电源电压和一个阈值电压的差值。但是对于超低电源电压应用，阈值电压大于电源电压，也即这个源极跟随器的输入范围是不存在的。
[0005]解决该问题的一种方法是使用所述的互补源极跟随器。为方便说明，该电路如图1所示。虽然互补源极跟随器实现了宽共模电压检测范围的问题，但是由于图1中晶体管M1至M4的栅源电压为0，所以源极跟随器工作在截止区，流过源极跟随器的电流极小，它只具有非常窄的带宽，流过的电流为漏电流，根据文献《Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits》，其大小为纳安级别，具体可以由以下式子表示：
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等式（1）在上述等式（1）中，W是晶体管的宽度，L是晶体管的长度，q是一个电子的电量大小，是玻尔兹曼常数，T是环境温度，是晶体管的阈值电压，η是晶体管的斜率因子。极低的电流会导致共模检测速度非常慢，因此，共模反馈环路的响应速度也将变得非常缓慢，这会降低在相对较高的频带上的噪声性能和共模信号的抑制能力。此外，由于该电流决定了源极跟随器的直流工作点，共模检测电路检测出的共模电压受温度和工艺角的影响变化很大，这会导致不同温度和工艺角的情况下，检测出的共模电压剧烈变化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于针对现有的互补源极跟随器共模检测电路存在的低带宽，检测出的共模电压对工艺角和温度十分敏感的问题，提出一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，该电路与传统检测器相比，有轨到轨的电压检测范围，不会加载放大器的输出，较大的带宽和对温度以及工艺角不敏感的优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，包括电位转移电路、互补源极跟随器电路、电容和共模辅助检测电路；电位转移电路包括偏置电流镜、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，且第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等；偏置电流镜，为输入信号电位转移电路，其包括第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7和第八晶体管M8，第五晶体管M5~第八晶体管M8的体端均和共模电压VCM相连接，它们的栅极分别连接到由低压电流镜偏置电路产生的偏置电压Vbp或Vbn上，以提供偏置电压；第一电阻R1与第二电阻R2的公共端为差分信号的负信号输入端Vin
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，第一电阻R1的另一端与第五晶体管M5的漏极相连，第二电阻R2的另一端与第七晶体管M7的漏极相连；第三电阻R3与第四电阻R4的公共端为差分信号的正信号输入端Vin+，第三电阻R3的另一端与第六晶体管M6的漏极相连，第四电阻R4的另一端与第八晶体管M8的漏极相连；互补源极跟随器电路包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4。第一晶体管M1和第二晶体管M2为NMOS晶体管，第三晶体管M3和第四晶体管M4为PMOS晶体管，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4的源极互相连接在一起组成本申请共模检测电路的输出节点Vout0；第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极和体端均与电源电压VDD相连，第三晶体管M3和第四晶体管M4的体端和漏极均与地VSS相连；电容包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的两端分别连接于第一电阻R1和第二电阻R2的公共端和第一晶体管M1和第三晶体管M3的公共端，第二电容C2的两端分别连接于第三电阻R3和第四电阻R4的公共端和第二晶体管M2和第四晶体管M4的公共端；共模辅助检测电路包括第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12以及第五电阻R5、第六电阻R6；第十一晶体管M11和第九晶体管M9为PMOS晶体管，第十二晶体管M12和第十晶体管M10为NMOS晶体管，第五电阻R5与第六电阻R6的公共端为共模电压VCM，第五电阻R5的另一端与第十一晶体管M11的漏极相连，第六电阻R6的另一端与第十二晶体管M12的漏极相连。第十一晶体管M11的源极与VDD相连，栅极与偏置电压Vbp相连，第十二晶体管M12的源极与VSS相连，栅极与偏置电压Vbn相连，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12体端均和共模电压相连接，它们的栅极也由低压电流镜偏置电路提供偏置电压；第九晶体管M9和第十晶体管M10的源极互相连接在一起组成该共模辅助检测电路的输出节点Vout1；第九晶体管M9体端和漏极均与电源VDD相连，第十晶体管M10体端和漏极均与地VSS相连；第九晶体管M9至第十二晶体管M12以及第五电阻R5和第六电阻R6的尺寸和设置值是左侧共模检测电路的复刻，第五电阻R5和第六电阻R6的阻值相等。
[0008]所述第一电阻R1~第六电阻R6的阻值设置为100K。
[0009]所述低压电流镜偏置电路，包括第十三晶体管Mb1、第十四晶体管Mb2、第十五晶体管Mb3、第十六晶体管Mb4、第十七晶体管Mb5、第十八晶体管Mb6和第十九晶体管Mb7、第二十晶体管Mb8、第二十一晶体管Mb9和第二十二晶体管Mb10；第十三晶体管Mb1和第十四晶体管Mb2的栅极互连，第十三晶体管Mb1的源极与第十四晶体管Mb2的漏极相连，组成一个共源共栅结构，第十三晶体管Mb1和第十四晶体管Mb2的体端也相互连接在一起。第十六晶体管Mb4和第十五晶体管Mb3是第十三晶体管Mb1和第十四晶体管Mb2的镜像，第十七晶体管Mb5的栅极与漏极相连，形成偏置电压Vbp，第十七晶体管Mb5的体端与共模参考VCM连接在一起，晶体管第十八晶体管Mb6和第十九晶体管Mb7的栅极互连，第十九晶体管Mb7的源极与第十八晶体管Mb6的漏极相连，组成一个共源共栅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，其特征在于：包括电位转移电路、互补源极跟随器电路、电容和共模辅助检测电路；电位转移电路包括偏置电流镜、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，且第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等；偏置电流镜，为输入信号电位转移电路，其包括第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7和第八晶体管M8，第五晶体管M5~第八晶体管M8的体端均和共模电压VCM相连接，它们的栅极分别连接到由低压电流镜偏置电路产生的偏置电压Vbp或Vbn上，以提供偏置电压；第一电阻R1与第二电阻R2的公共端为差分信号的负信号输入端Vin
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，第一电阻R1的另一端与第五晶体管M5的漏极相连，第二电阻R2的另一端与第七晶体管M7的漏极相连；第三电阻R3与第四电阻R4的公共端为差分信号的正信号输入端Vin+，第三电阻R3的另一端与第六晶体管M6的漏极相连，第四电阻R4的另一端与第八晶体管M8的漏极相连；互补源极跟随器电路包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4，第一晶体管M1和第二晶体管M2为NMOS晶体管，第三晶体管M3和第四晶体管M4为PMOS晶体管，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4的源极互相连接在一起组成共模检测电路的输出节点Vout0；第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极和体端均与电源电压VDD相连，第三晶体管M3和第四晶体管M4的体端和漏极均与地VSS相连；电容包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的两端分别连接于第一电阻R1和第二电阻R2的公共端和第一晶体管M1和第三晶体管M3的公共端，第二电容C2的两端分别连接于第三电阻R3和第四电阻R4的公共端和第二晶体管M2和第四晶体管M4的公共端；共模辅助检测电路包括第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12以及第五电阻R5、第六电阻R6；第十一晶体管M11和第九晶体管M9为PMOS晶体管，第十二晶体管M12和第十晶体管M10为NMOS晶体管，第五电阻R5与第六电阻R6的公共端为共模电压VCM，第五电阻R5的另一端与第十一晶体管M11的漏极相连，第六电阻R6的另一端与第十二...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒芋钧，向洋辛，
申请(专利权)人：高澈科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：