线性源跟随器制造技术

线性源跟随器属于电压跟随器技术领域。其特征在于：晶体管Ｍ１和Ｍ３形成级联方式，栅极均接输入Ｖｉｎｐ，晶体管Ｍ２和Ｍ４形成级联方式，栅极均接输入Ｖｉｎｎ，且Ｍ３、Ｍ４为低阈值晶体管，Ｍ１、Ｍ２为高阈值晶体管。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４的源极Ｓ都和衬底Ｂ相连接。晶体管Ｍ５的栅极接偏置电压Ｖｂｉａｓ１，并通过电容Ｃ１连接输入信号Ｖｉｎｎ，晶体管Ｍ５的漏极接输出Ｖｏｕｔｐ，源极通过电阻Ｒ１接地。晶体管Ｍ６的栅极接偏置电压Ｖｂｉａｓ１，并通过电容Ｃ２连接输入信号Ｖｉｎｐ，晶体管Ｍ６的漏极接输出Ｖｏｕｔｎ，源极通过电阻Ｒ２接地。本发明专利技术消除了沟道长度调制效应和体效应，并减小了偏置电流的变化，具有在高速输入信号下高线性度的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子学与固体电子学领域的超大规模集成电路设计，涉及一种新型 的源跟随器电路，可以广泛应用于模拟集成电路设计和集成电路测试等领域。
技术介绍
本专利技术涉及诸如高速模数转换器等高性能模拟集成电路的设计。电压跟随器是模 拟电路中最重要的模块之一，广泛应用于模拟集成电路设计。通常要求电压跟随器在任何 输入信号时都具有很高的线性，使得输出尽可能接近输入。传统的源跟随器如图1所示。虽然实现非常简单，但是存在一些缺点。当输入信号 Vin变化时，晶体管MO的漏极D与源极S的电压差，源极S与衬底B的电压差均随输入信号 的变化而变化，由此而引入的体效应，沟道长度调制效应等限制了传统源跟随器的线性度。 当输出信号跟随输入信号变化时，晶体管MO需要对负载CO进行充电，所以流过晶体管MO 的电流发生了变化，进一步使得线性度变差。针对以上情况，本专利技术提出了一种高速输入信号时具有高线性度的源跟随器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高源跟随器在高速输入信号时的线性度，消除传统源跟随器 中，由于体效应、沟道长度调制效应以及流过晶体管电流的变化而对于线性度的影响，避免 源跟随器的输出信号产生失真。本专利技术的特征在于，含有六个N型场效应管M1，M2，M3，M4，M5，M6，两个电流源II，12，两个电阻R1，R2 和两个电容Cl，C2，其中第三N型场效应管M3，栅极接第一差分输入电压Vinp，漏极接电源VDD，衬底和源级 相连，该第三N型场效应管M3始终工作在饱和区，第一 N型场效应管Ml，栅极接所述第一差分输入电压Vinp，所述第三N型场效应管 M3和源级和该第一 N型场效应管Ml的漏极相连，该第一 N型场效应管Ml的过驱动电压高 于所述第三N型场效应管M3的过驱动电压，使所述第一 N型场效应管Ml也始终工作在饱 和区，第四场效应管M4，栅极接第二差分输入电压Vinn，漏极接所述电源VDD，衬底和源 级相连，该第四N型场效应管M4始终工作在饱和区，第二 N型场效应管M2，栅极接所述第二差分输入电压Vinn，该第二 N型场效应管M2 的漏极和所述第四N型场效应管M4相连，该第二 N型场效应管M2的过驱动电压高于所述 第四N型场效应管M4的过驱动电压，该第二 N型场效应管M2也始终工作在饱和区，第一电流源II，输入端和所述第一 N型场效应管Ml的源级相连，构成线性源跟随 器的正输出端，输出第一差分输出电压v。utp，该第一电流源Il的输出端接地，第五N型场效应管M5，栅极接第一偏置电压Vbiasl，漏极接所述线性源跟随器的正输出端，衬底和源级相连，该第五N型场效应管M5的源级经所述第一电阻Rl接地，所述第 一电容Cl的输入端接所述第二差分输入电压Vinn，输出端接所述第一偏置电压Vbiasl，第二电流源12，输入端和所述第二 N型场效应管M2的源级相连，构成线性源跟随 器的负输出端，输出第二差分输出电压V。utn，该第二电流源12的输出端接地，第六N型场效应管M6，栅极接第二偏置电压Vbias2，漏极接所述线性源跟随器的负 输出端，衬底和源级相连，该第六N型场效应管M6的源级经所述第二电阻R2接地，所述第 二电容C2的输入端接所述第一差分输入电压Vinp，输出端接所述第二偏置电压Vbias2。本专利技术的有益效果是在CADENCE平台进行SPICE仿真，仿真结果表明，在5pF 电容负载，3. 3V电源电压，28mA总电流下，1. 6Vp_p摆幅，207MHz输入信号下，谐波失真 为-92. 6dB。附图说明图1传统源跟随器电路图。图2本专利技术源跟随器电路原理图。具体实施例方式第三N型场效应管M3，栅极接输入电压Vinp，漏极接电源VDD，衬底和源极相连，所 述第三N型场效应管M3始终工作在饱和区，第一 N型场效应管Ml栅极接所述输入电压Vinp， 所述第三N型场效应管M3的源极和所述第一 N型场效应管Ml的漏极相连；第四N型场效应管M4，栅极接输入电压Vinn，漏极接电源VDD，衬底和源极相连，所 述第四N型场效应管M4始终工作在饱和区，第二 N型场效应管M2栅极接所述输入电压Vinn， 所述第四N型场效应管M4的源极和所述第二 N型场效应管M2的漏极相连；电流源Il输入端和所述第一 N型场效应管Ml的源极相连，构成所述线性源跟随 器的正输出端，输出电压为v。utp，所述电流源Il输出端接地，第五N型场效应管M5栅极接 所述偏置电压Vbiasl，漏极接正输出端V。utp，衬底和源极相连，所述第五N型场效应管M5的源 极和所述第一电阻Rl的输入端相连，所述电阻Rl输出端接地，第一电容Cl输入端接输入 电压Vinn，输出端接偏置电压Vbiasl ；电流源12输入端和所述第二 N型场效应管M2的源极相连，构成所述线性源跟随 器的负输出端，输出电压为V。utn，所述电流源12输出端接地，第六N型场效应管M6栅极接 所述偏置电压Vbias2，漏极接正输出端V。utn，衬底和源极相连，所述第六N型场效应管M6的源 极和所述第二电阻R2的输入端相连，所述电阻R2输出端接地，第二电容C2输入端接输入 电压Vinp，输出端接偏置电压Vbiasl。其中M1、M2为高阈值晶体管，M3、M4、M5、M6为低阈值晶体管。本专利技术中晶体管M1， M2，M3和M4始终工作在饱和区，M3、M4的源级电压跟随输入Vinp、Vinn变化，从而减小了 Ml、 M2漏源电压VDS1、Vds2的波动，消除了晶体管Ml、M2的沟道长度调制效应。Ml和M2的源极 S都和衬底B相连接，消除了晶体管M1、M2的体效应。当输入信号剧烈变化时，晶体管M5、 M6会提供很大的电流帮助晶体管Ml、M2为负载II、12充电。减小了晶体管Ml、M2中电流 的变化，并提高了跟随器的线性度。本专利技术避免了由体效应和沟道长度调制效应，并大大减 小了源跟随器晶体管中电流的变化，具有高线性度的优点。图1是传统源跟随器结构图。其中Vin为输入信号，V。ut为输出信号。IO为电流源， MO为N型场效应晶体管，其衬底B接地。当输入信号Vin变化时，输出信号V。ut跟随输入信 号Vin变化。晶体管MO中，漏极D与源极S的电压差Vdsi，源极S与衬底B的电压差Vsbi均 随输入信号的变化而变化。当输入信号频率较高时，输出信号跟随输入信号快速变化，源跟 随器需要输出高速变化的电流对负载CO充电，因此引入了很多谐波，传统源跟随器的线性 度较低。本专利技术的技术解决方案参阅图2。其中Vinp、Vinn为输入差分信号，Voutp, Voutn为差 分输出信号，II、12为电流源。其中M3、M4、M5、M6为阈值电压比较低的晶体管，M1、M2为 阈值电压比较高的晶体管。Ml、M2、M3、M4、M5、M6的衬底B均和源极S相连接。假设电流 源II、12输出阻抗足够大，在输入信号Vinp、Vinn变化时电流值保持不变。晶体管Ml的漏源电压权利要求1.线性源跟随器其特征在于含有六个N型场效应管(M1，M2，M3，M4，M5，M6)，两个电流 源(II，12)，两个电阻(R1，R2)和两个电容(C1，C2)，其中第三N型场效应管(Μ； )，栅极接第一差分输入电压(V_)，漏极接电源(VDD)，衬底和源 级相连，该第三N型场效应管本文档来自技高网...

【技术保护点】
线性源跟随器其特征在于含有六个Ｎ型场效应管（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６），两个电流源（Ｉ１，Ｉ２），两个电阻（Ｒ１，Ｒ２）和两个电容（Ｃ１，Ｃ２），其中：第三Ｎ型场效应管（Ｍ３），栅极接第一差分输入电压（Ｖ↓［ｉｎｐ］），漏极接电源（ＶＤＤ），衬底和源级相连，该第三Ｎ型场效应管（Ｍ３）始终工作在饱和区，第一Ｎ型场效应管（Ｍ１），栅极接所述第一差分输入电压（Ｖ↓［ｉｎｐ］），所述第三Ｎ型场效应管（Ｍ３）和源级和该第一Ｎ型场效应管（Ｍ１）的漏极相连，该第一Ｎ型场效应管（Ｍ１）的过驱动电压高于所述第三Ｎ型场效应管（Ｍ３）的过驱动电压，使所述第一Ｎ型场效应管（Ｍ１）也始终工作在饱和区，第四场效应管（Ｍ４），栅极接第二差分输入电压（Ｖ↓［ｉｎｎ］），漏极接所述电源（ＶＤＤ），衬底和源级相连，该第四Ｎ型场效应管（Ｍ４）始终工作在饱和区，第二Ｎ型场效应管（Ｍ２），栅极接所述第二差分输入电压（Ｖ↓［ｉｎｎ］），该第二Ｎ型场效应管（Ｍ２）的漏极和所述第四Ｎ型场效应管（Ｍ４）相连，该第二Ｎ型场效应管（Ｍ２）的过驱动电压高于所述第四Ｎ型场效应管（Ｍ４）的过驱动电压，该第二Ｎ型场效应管（Ｍ２）也始终工作在饱和区，第一电流源（Ｉ１），输入端和所述第一Ｎ型场效应管（Ｍ１）的源级相连，构成线性源跟随器的正输出端，输出第一差分输出电压（Ｖ↓［ｏｕｔｐ］），该第一电流源（Ｉ１）的输出端接地，第五Ｎ型场效应管（Ｍ５），栅极接第一偏置电压（Ｖ↓［ｂｉａｓ１］），漏极接所述线性源跟随器的正输出端，衬底和源级相连，该第五Ｎ型场效应管（Ｍ５）的源级经所述第一电阻（Ｒ１）接地，所述第一电容（Ｃ１）的输入端接所述第二差分输入电压（Ｖ↓［ｉｎｎ］），输出端接所述第一偏置电压（Ｖ↓［ｂｉａｓ１］），第二电流源（Ｉ２），输入端和所述第二Ｎ型场效应管（Ｍ２）的源级相连，构成线性源跟随器的负输出端，输出第二差分输出电压（Ｖ↓［ｏｕｔｎ］），该第二电流源（Ｉ２）的输出端接地，第六Ｎ型场效应管（Ｍ６），栅极接第二偏置电压（Ｖ↓［ｂｉａｓ２］），漏极接所述线性源跟随器的负输出端，衬底和源级相连，该第六Ｎ型场效应管（Ｍ６）的源级经所述第二电阻（Ｒ２）接地，所述第二电容（Ｃ２）的输入端接所述第一差分输入电压（Ｖ↓［ｉｎｐ］），输出端接所述第二偏置电压（Ｖ↓［ｂｉａｓ２］）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏琦，陈夏阳，杨华中，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]