專利名稱：：采用體電位調(diào)制器的c類反向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種體電位調(diào)制器及其包含該調(diào)制器的c類反向器，屬于集成電路
技術(shù)領(lǐng)域：

背景技術(shù)：
：在傳統(tǒng)的模擬電路設(shè)計(jì)中，運(yùn)算放大器往往是不可或缺的電路模塊，它被廣泛運(yùn)用于采樣保持、代數(shù)運(yùn)算、共模反饋以及緩沖器電路等。同時(shí)運(yùn)算放大器也是模擬電路中主要的功耗模塊。如今，低壓低功耗是模擬電路設(shè)計(jì)發(fā)展的主流趨勢(shì)，因此如何在低壓低功耗環(huán)境下來(lái)實(shí)現(xiàn)符合指標(biāo)要求的運(yùn)算放大器成為模擬電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。然而，電源電壓的降低意味著動(dòng)態(tài)范圍的減小、輸入共模范圍的減小、電容的增加及不能打開(kāi)或關(guān)閉浮動(dòng)開(kāi)關(guān)等等，我們需要采用更精巧的電路設(shè)計(jì)來(lái)克服這些困難。正因?yàn)槿绱?，低壓低功耗運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)往往成為模擬電路設(shè)計(jì)者的研究熱點(diǎn)。為了解決低壓低功耗設(shè)計(jì)難題，許多新的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于模擬電路設(shè)計(jì)中，特別是運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)中，比如亞閾值技術(shù)、體驅(qū)動(dòng)技術(shù)、浮柵技術(shù)和電荷棒技術(shù)等等。然而，這些方法都有各自的局限性，相對(duì)于工作在飽和區(qū)的MOS管，亞閾值技術(shù)和體驅(qū)動(dòng)技術(shù)中MOS管的跨導(dǎo)和頻率特性都不大好；浮柵技術(shù)需增加一層版來(lái)制作浮柵，不能和標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，成本較高；電荷棒技術(shù)適用于在局部區(qū)域提升電壓，但這個(gè)"高壓"并不精準(zhǔn)，而且會(huì)增大功耗。用C類反向器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的運(yùn)算放大器是一種新型的低壓低功耗電路設(shè)計(jì)技術(shù)。如附圖l所示，簡(jiǎn)單型C類反向器的主體部分就是一個(gè)推挽式反向器，結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，功耗極低，芯片占用面積小。其中"C類"是指該反向器處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間小于50%，這意味著在實(shí)際應(yīng)用中C類反向器采用了動(dòng)態(tài)偏置技術(shù)，即它的工作狀態(tài)是通過(guò)對(duì)輸入管柵電位的調(diào)制而不斷變化的。在模擬電路設(shè)計(jì)中，C類反向器可以在以下兩種狀態(tài)間進(jìn)行切換1)當(dāng)PMOS輸入管Ml和NMOS輸入管M2均處于弱反型區(qū)時(shí)，反向器具有較高的增益和極低的功耗，但是跨導(dǎo)和帶寬相對(duì)較小，該狀態(tài)我們稱之為高增益低功耗狀態(tài)；2)當(dāng)M1處于強(qiáng)反型區(qū)，M2處于截止區(qū)(或M2處于強(qiáng)反型區(qū)，Ml處于截止區(qū))時(shí)，工作在強(qiáng)反型區(qū)的MOS管跨導(dǎo)較大，這使得反向器具有較大的擺率和輸出電流，而且由于另一個(gè)輸入管處于截止區(qū)，整個(gè)反向器由電源到地的導(dǎo)通電流極小，避免了無(wú)謂的靜態(tài)功耗，該狀4態(tài)我們稱之為高擺率大電流狀態(tài)。在開(kāi)關(guān)電容電路的設(shè)計(jì)中，若C類反向器采用合適的動(dòng)態(tài)偏置，在不同的時(shí)鐘相位將這兩種工作狀態(tài)結(jié)合起來(lái)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)一些新型的極低功耗開(kāi)關(guān)電容電路。例如，YoungcheolChae，InheeLeeandGunheeHan，"A0.7V36uW85dB-DRAudioModulatorUsingClass-CInverter,"2008IEEEInteriiatioiialSolid-StateCircuitsConference:p.490-491，630。文中作者用C類反向器電路實(shí)現(xiàn)了一個(gè)三階單環(huán)結(jié)構(gòu)的Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中，為了提高穩(wěn)態(tài)增益，反向器采用了如附圖2所示的共源共柵結(jié)構(gòu)，其中PM0S管M3和麗0S管M4的偏置電位分別是地電位GND和電源電位VDD。但是，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的推挽式C類反向器(包括簡(jiǎn)單型和共源共柵型C類反向器)工作在弱反型狀態(tài)時(shí)，其跨導(dǎo)受工藝偏差影響很大(尤其是M0S管尺寸較大的時(shí)候)，導(dǎo)致C類反向器的增益、帶寬和靜態(tài)功耗等穩(wěn)態(tài)特性在不同的工藝角下存在嚴(yán)重偏差，當(dāng)C類反向器切換至高擺率大電流狀態(tài)時(shí)，工藝偏差對(duì)于C類反向器的擺率和建立時(shí)間等動(dòng)態(tài)參數(shù)指標(biāo)的影響同樣不能忽略，從而造成C類反向器在實(shí)際運(yùn)用中穩(wěn)定性和魯棒性較差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種體電位調(diào)制器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝偏差和溫度等因素對(duì)MOS器件的不利影響的不足。本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是，提供一種包含該體電位調(diào)制器的C類反向器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器工作在弱反型狀態(tài)時(shí)，其跨導(dǎo)受工藝偏差影響大，導(dǎo)致C類反向器的增益、帶寬和靜態(tài)功耗等穩(wěn)態(tài)特性在不同的工藝角下存在嚴(yán)重偏差，當(dāng)C類反向器切換至高擺率大電流狀態(tài)時(shí)，工藝偏差對(duì)于C類反向器的擺率和建立時(shí)間等動(dòng)態(tài)參數(shù)指標(biāo)的影響同樣不能忽略，從而造成C類反向器在實(shí)際運(yùn)用中穩(wěn)定性和魯棒性較差的不足。本發(fā)明的體電位調(diào)制器采取以下技術(shù)方案它由目標(biāo)M0S器件、感應(yīng)M0S器件、感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路以及反饋電路四部分構(gòu)成，其中感應(yīng)M0S器件與目標(biāo)M0S器件寬長(zhǎng)比成固定比例，版圖匹配對(duì)稱，且柵源偏置電壓相同。感應(yīng)MOS器件的感應(yīng)電流輸出端依次連接感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路、反饋電路以及目標(biāo)M0S器件體端，形成一個(gè)"感應(yīng)反饋"環(huán)路，最終通過(guò)體電位調(diào)制大大降低了目標(biāo)MOS器件對(duì)于工藝偏差和溫度的敏感度。目標(biāo)M0S器件，體電位調(diào)制器的應(yīng)用對(duì)象。目標(biāo)M0S器件的體端需單獨(dú)引出，實(shí)現(xiàn)體電位可調(diào)。在現(xiàn)在較為流行的三阱工藝中，PM0S器件和NM0S器件均可實(shí)現(xiàn)體電位可調(diào)。感應(yīng)M0S器件，用于"感應(yīng)"目標(biāo)MOS器件在不同工藝角和溫度情況下的參數(shù)變化特征。由于感應(yīng)M0S器件與目標(biāo)M0S器件寬長(zhǎng)比成固定比例，版圖匹配對(duì)稱，感應(yīng)M0S器件在任意時(shí)5刻的工藝偏差程度和溫度條件均與目標(biāo)MOS器件近似相同。因此，在相同的柵源偏置電壓下，感應(yīng)MOS器件漏源電流的變化趨勢(shì)與目標(biāo)MOS器件相同。換句話說(shuō)，感應(yīng)MOS器件能夠"感應(yīng)"目標(biāo)MOS器件在不同工藝角和溫度下的跨導(dǎo)、輸出電流等參數(shù)的變化特征。感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路，用于感應(yīng)電流到電壓的轉(zhuǎn)化，同時(shí)將感應(yīng)電流的變化特征實(shí)時(shí)地反映到輸出電壓上。反饋電路，用于將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸出電壓反饋到目標(biāo)MOS器件的體端，實(shí)現(xiàn)體電位調(diào)制。體電位調(diào)制器的工作方式簡(jiǎn)述如下先由感應(yīng)MOS器件"感應(yīng)"目標(biāo)MOS器件在不同工藝角和溫度下的電流參數(shù)變化特征，然后通過(guò)感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路和反饋電路將感應(yīng)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并以反饋的方式對(duì)目標(biāo)MOS器件進(jìn)行體電位調(diào)制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)MOS器件參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)制，極大地減弱了工藝偏差的影響。由于MOS器件參數(shù)在弱反型狀態(tài)下對(duì)工藝偏差極為敏感，所以體電位調(diào)制器一般作用于亞閾值電路關(guān)鍵部位的MOS器件中。在本發(fā)明中，我們將體電位調(diào)制器的具體實(shí)現(xiàn)電路運(yùn)用到現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器中，構(gòu)成一種新型C類反向器。本發(fā)明的C類反向器采取以下技術(shù)方案它是在現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器基礎(chǔ)上，增加了PMOS體電位調(diào)制器和NMOS體電位調(diào)制器。其中PMOS體電位調(diào)制器和NMOS體電位調(diào)制器分別為本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器的二種電路實(shí)現(xiàn)形式。PMOS體電位調(diào)制器，用于反向器PMOS輸入管的體電位調(diào)制，它的主體結(jié)構(gòu)由一個(gè)PMOS管和一個(gè)高精密電阻組成，其中反向器PMOS輸入管為目標(biāo)MOS器件，而體電位調(diào)制器中的PMOS管為感應(yīng)MOS器件，感應(yīng)PMOS管的漏端連接高精密電阻的通路組成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路，高精密電阻連接目標(biāo)PMOS管體端的通路組成反饋電路。感應(yīng)PMOS管的柵源電壓與目標(biāo)PMOS管在弱反型區(qū)穩(wěn)態(tài)時(shí)的柵源偏置電壓相同，且兩者版圖匹配對(duì)稱，寬長(zhǎng)比成固定比例，一般在l:5至1:20之間。按照本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器理論，感應(yīng)PMOS管能夠"感應(yīng)"目標(biāo)PMOS管在不同工藝角下的跨導(dǎo)、輸出電流等參數(shù)的變化特征。感應(yīng)PMOS管的漏端連接一個(gè)高精密電阻，高精密電阻用于實(shí)現(xiàn)"感應(yīng)"電流信號(hào)(感應(yīng)PMOS管漏源電流)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)的功能，同時(shí)它作為負(fù)載在此端將PMOS體電位調(diào)制器的輸出電壓信號(hào)反饋到反向器PMOS輸入管的體端。整個(gè)PMOS體電位調(diào)制器形成"感應(yīng)反饋"環(huán)路，用以體電位調(diào)制。感應(yīng)PMOS管的源端電位決定目標(biāo)PMOS管體電位調(diào)制范圍的最大值，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)定，體端與源端相連；高精密電阻另一端電位決定目標(biāo)PMOS管體電位調(diào)制范圍的最小值。根據(jù)本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器的工作方式，通過(guò)PMOS體電位調(diào)制器的輸出電壓信號(hào)在PMOS輸入管體端的調(diào)制作用(即6調(diào)節(jié)目標(biāo)PMOS管的體源電壓)，使得PMOS輸入管的跨導(dǎo)和漏源電流在不同的工藝角情況下較為一致。麗OS體電位調(diào)制器，用于反向器麗OS輸入管的體電位調(diào)制，它的主體結(jié)構(gòu)由一個(gè)麗OS管和一個(gè)高精密電阻組成，其中反向器麗OS輸入管為目標(biāo)MOS器件，而麗OS體電位調(diào)制器中的NM0S管為感應(yīng)M0S器件，感應(yīng)NMOS管的漏端連接高精密電阻的通路組成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路，高精密電阻連接目標(biāo)麗OS管體端的通路組成反饋電路。感應(yīng)麗OS管的柵源電壓與目標(biāo)NMOS管在弱反型區(qū)穩(wěn)態(tài)時(shí)的柵源偏置電壓相同，且兩者版圖匹配對(duì)稱，寬長(zhǎng)比成固定比例，一般在l:5至1:20之間。感應(yīng)NMOS管能夠"感應(yīng)"目標(biāo)NMOS管在不同工藝角下的跨導(dǎo)、輸出電流等參數(shù)的變化特征。感應(yīng)NMOS管的漏端連接一個(gè)高精密電阻，高精密電阻用于實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流信號(hào)(感應(yīng)NMOS管漏源電流)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)的功能，同時(shí)它作為負(fù)載在此端將NMOS體電位調(diào)制器的輸出電壓信號(hào)反饋到反向器NMOS輸入管的體端。整個(gè)NMOS體電位調(diào)制器形成"感應(yīng)反饋"環(huán)路，用以體電位調(diào)制。感應(yīng)NMOS管的源電位決定目標(biāo)NMOS管調(diào)制范圍的最小值，體端與源端相連；高精密電阻另一端電位決定目標(biāo)NMOS管體電位調(diào)制范圍的最大值。根據(jù)本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器的工作方式，通過(guò)NMOS體電位調(diào)制器的輸出電壓信號(hào)在NMOS輸入管體端的調(diào)制作用(即調(diào)節(jié)目標(biāo)麗OS管的體源電壓)，使得NMOS輸入管的跨導(dǎo)和漏源電流在不同的工藝角情況下較為一致?，F(xiàn)有技術(shù)的C類反向器的主體結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)簡(jiǎn)單型反向器，也可以是一個(gè)共源共柵型反向器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗極低，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大功能。簡(jiǎn)單型反向器芯片占用面積更小，而共源共柵型反向器具有更高的增益，適用于更多對(duì)增益指標(biāo)要求較高的場(chǎng)合。C類反向器的供電電壓略低于反向器兩輸入管閾值電壓之和。在實(shí)際運(yùn)用中，C類反向器根據(jù)輸入端偏置電壓的不同能夠?qū)崿F(xiàn)高增益低功耗和高擺率大電流兩種不同的工作狀態(tài)假設(shè)兩輸入管閾值電壓近似相等，輸入共模信號(hào)使得反向器輸入管均處于弱反型區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)了C類反向器高增益低功耗的穩(wěn)定狀態(tài)。若此時(shí)在輸入端加入額外的電壓激勵(lì)，可以讓其中一個(gè)輸入管進(jìn)入強(qiáng)反型區(qū)，另一個(gè)輸入管截止，C類反向器進(jìn)入高擺率大電流狀態(tài)。在本發(fā)明中，反向器輸入管作為體電位調(diào)制器中的目標(biāo)MOS管，體端均單獨(dú)引出，體電位可調(diào)。關(guān)于本發(fā)明中所述的C類反向器需要說(shuō)明的是(1)PMOS體電位調(diào)制器和NMOS體電位調(diào)制器本身的功耗非常低，典型值為現(xiàn)有技術(shù)C類反向器靜態(tài)功耗的1/10左右。因此，體電位調(diào)制器的引入并不會(huì)明顯增加電路功耗。(2)反向器輸入管的跨導(dǎo)和漏源電流與整個(gè)反向器的穩(wěn)態(tài)特性(增益、帶寬、靜態(tài)功耗等)有直接關(guān)系，所以體電位調(diào)制器的引入能夠極大地降低反向器穩(wěn)態(tài)特性對(duì)于工藝偏差的敏感度。(3)體電位調(diào)制器同樣可以改善C類反向器的動(dòng)態(tài)特性對(duì)于工藝偏差的敏感度。(4)體電位調(diào)制器同樣可以改善C類反向器的溫度和電源抑制比等特性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器通過(guò)"感應(yīng)反饋"環(huán)路的體電位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)MOS器件參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)制，大大降低了MOS器件對(duì)于工藝偏差和溫度的敏感度。本發(fā)明所述的C類反向器引入的PMOS體電位調(diào)制器和麗OS體電位調(diào)制器，根據(jù)體電位調(diào)制器的工作方式，最終可以使整個(gè)反向器的穩(wěn)態(tài)特性(增益、帶寬、靜態(tài)功耗等)和動(dòng)態(tài)特性(擺率、建立時(shí)間、動(dòng)態(tài)功耗等)在不同工藝角情況下較為一致，在不明顯增加功耗的情況極大地提高電路的穩(wěn)定性和魯棒性。圖1為簡(jiǎn)單型C類反向器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為共源共柵型C類反向器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的體電位調(diào)制器的結(jié)構(gòu)框圖4為目標(biāo)M0S器件30由于工藝偏差、溫度等影響，在初始時(shí)刻輸出的漏源電流^^M變化示意圖5為感應(yīng)MOS器件31在感應(yīng)時(shí)段的漏源電流^al變化示意圖6為目標(biāo)MOS器件30在反饋時(shí)段的漏源電流^^M變化示意圖7為本發(fā)明的新型C類反向器的電路結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本發(fā)明提出的體電位調(diào)制器的結(jié)構(gòu)框圖如附圖3所示，它由目標(biāo)M0S器件30、感應(yīng)MOS器件31、感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路32以及反饋電路33四部分構(gòu)成。其中感應(yīng)MOS器件31與目標(biāo)MOS器件30寬長(zhǎng)比成固定比例，版圖匹配對(duì)稱，且柵源偏置電壓相同。感應(yīng)MOS器件31的感應(yīng)電流輸出端依次連接感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路32、反饋電路33以及目標(biāo)MOS器件30體端，實(shí)現(xiàn)一個(gè)"感應(yīng)反饋"環(huán)路，最終通過(guò)體電位調(diào)制大大降低了目標(biāo)MOS器件30對(duì)于工藝偏差和溫度的敏感度。體電位調(diào)制的基本依據(jù)在于MOS器件的閾值電壓和體電位之間存在關(guān)系如下其中^是MOS管的源體電壓，、是~=0時(shí)閾值電壓，^是費(fèi)米勢(shì)。由上式可知，通過(guò)體電位調(diào)制(調(diào)整"^)可以改變MOS器件的閾值電壓，從而間接地改變MOS器件的跨導(dǎo)和8輸出電流。下面結(jié)合附圖3、4、5、6來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的體電位調(diào)制器的"感應(yīng)反饋"環(huán)路的工作方式。在初始時(shí)刻，由于工藝偏差和溫度等因素的影響，目標(biāo)M0S器件30輸出的漏源電流^^變化較大，見(jiàn)附圖4所示，S卩M0S器件31的跨導(dǎo)在不同的工藝角和溫度(相同的偏置電壓)下存在較大偏差。由于感應(yīng)MOS器件31與目標(biāo)MOS器件30寬長(zhǎng)比成固定比例，版圖匹配對(duì)稱，感應(yīng)MOS器件31在任意時(shí)刻的工藝偏差程度和溫度條件均與目標(biāo)MOS器件30近似相同。因此，在相同的柵源偏置電壓下，感應(yīng)M0S器件31漏源電流^^的變化趨勢(shì)與目標(biāo)M0S器件30相同，如附圖5所示。換句話說(shuō)，感應(yīng)M0S器件31能夠"感應(yīng)"目標(biāo)M0S器件30在不同工藝角和溫度下的電流變化，此時(shí)段我們稱之為感應(yīng)時(shí)段。感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路32實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)M0S器件31的漏源電流7^到電壓^的轉(zhuǎn)化，將輸入電流7^的變化特征實(shí)時(shí)地反映到輸出電壓^上。然后，輸出電壓^通過(guò)反饋電路33到達(dá)目標(biāo)M0S器件30的體端，并對(duì)其進(jìn)行體電位調(diào)制，此時(shí)段我們稱之為反饋時(shí)段。在反饋時(shí)段，體端電位^的變化對(duì)目標(biāo)M0S器件30的閾值電壓和跨導(dǎo)進(jìn)行了合理地調(diào)制，使得M0S器件30的漏源電流^^在不同工藝角和溫度下較為一致，如附圖6所示。綜上所述，體電位調(diào)制器通過(guò)"感應(yīng)反饋"環(huán)路，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)MOS器件參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)制，極大地減弱了工藝偏差的影響。在體電位調(diào)制器的實(shí)際運(yùn)用中需要說(shuō)明的是(1)目標(biāo)M0S器件30和感應(yīng)M0S器件31體端的接法。目標(biāo)M0S器件30體端需單獨(dú)引出，實(shí)現(xiàn)體電位可調(diào)。而感應(yīng)M0S器件31需要"如實(shí)"地反映工藝偏差和溫度對(duì)其跨導(dǎo)和漏源電流的影響，所以其體端為常規(guī)接法感應(yīng)NMOS器件體端接低電平，感應(yīng)PMOS器件體端接高電平(2)感應(yīng)M0S器件31只需"感應(yīng)"目標(biāo)M0S器件30的電流變化趨勢(shì)，所以感應(yīng)MOS器件31的寬長(zhǎng)比與目標(biāo)M0S器件30成比例即可，沒(méi)必要完全相等。在實(shí)際應(yīng)用中，出于芯片面積、功耗和匹配精度的折衷考慮，M0S器件31的寬長(zhǎng)比一般是目標(biāo)M0S器件30的l/5至l/20之間(3)由于MOS管參數(shù)處于弱反型區(qū)時(shí)對(duì)工藝偏差極為敏感，所以體電位調(diào)制器一般作用于亞閾值電路關(guān)鍵部位的MOS管中。實(shí)施例二本發(fā)明提出的C類反向器如附圖7所示，由現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器70以及本發(fā)明所述的PM0S體電位調(diào)制器71和麗0S體電位調(diào)制器72構(gòu)成。其中，現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器70可以采用簡(jiǎn)單型的C類反向器(見(jiàn)附圖l)，也可以采用共源共柵型的C類反向器(見(jiàn)附圖2)9，體電位調(diào)制器71、72是本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器的二種電路實(shí)現(xiàn)形式，是C類反向器中引入的創(chuàng)新模塊。附圖7中，現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器70采用的是共源共柵型C類反向器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗極低，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大功能。它由PM0S管M1、M3和麗0S管M2、M4組成，其中M1和M2為反向器的輸入管，而M3和M4的偏置電位分別是地電位GND和電源電位VDD?，F(xiàn)有技術(shù)的C類反向器的供電電壓VDD略低于M1和M2閾值電壓之和，它根據(jù)輸入端偏置電壓的不同能夠?qū)崿F(xiàn)高增益低功耗和高擺率大電流兩種不同的工作狀態(tài)，說(shuō)明如下假設(shè)M1和M2的閾值電壓近似相等，當(dāng)輸入信號(hào)為共模電壓VopVDD/2時(shí)，Ml和M2均處于弱反型區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)了C類反向器高增益低功耗的穩(wěn)定狀態(tài)。例如，在SMIC(中芯國(guó)際)0.13um工藝中，典型(tt)情況下I/0PMOS管的閾值電壓為O.66V，I/ONMOS管的閾值電壓為0.6V。此時(shí)供電電壓VDD取1.2V，輸入共模電壓VcM取0.6V，C類反向器可以實(shí)現(xiàn)高增益低功耗的穩(wěn)定狀態(tài)。若此時(shí)在輸入端加入額外的電壓激勵(lì)，可以讓其中一個(gè)輸入管進(jìn)入強(qiáng)反型區(qū)，另外一個(gè)輸入管截止，C類反向器進(jìn)入高擺率大電流狀態(tài)。為保證C類反向器在高擺率大電流狀態(tài)下有足夠的擺率，反向器輸入管的尺寸一般比較大，但尺寸過(guò)大會(huì)帶來(lái)較大的寄生電容和無(wú)謂的靜態(tài)功耗。在實(shí)際運(yùn)用中，我們可以根據(jù)電路在不同工作相位對(duì)C類反向器各指標(biāo)的要求來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整輸入端偏置電壓(即動(dòng)態(tài)偏置技術(shù))，設(shè)計(jì)具有相當(dāng)大的靈活性。在本發(fā)明中，反向器輸入管M1和M2作為體電位調(diào)制器中的目標(biāo)M0S管，體端均單獨(dú)引出，體電位可調(diào)。本發(fā)明所述的PM0S體電位調(diào)制器71的主體結(jié)構(gòu)由PM0S管M5和高精密電阻R1組成，用于反向器PM0S輸入管M1的體電位調(diào)制。參見(jiàn)附圖7和附圖3，其中M1代表目標(biāo)M0S器件30，而M5代表感應(yīng)M0S器件31，感應(yīng)PM0S管M5的漏端連接高精密電阻R1到VDDL的通路組成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路32，R1連接目標(biāo)PM0S管M1體端的通路組成反饋電路33。M1和M5版圖匹配對(duì)稱，寬長(zhǎng)比成固定比例(在l:5至1:20之間)，且在M5上施加的柵源電壓與M1在弱反型區(qū)穩(wěn)態(tài)時(shí)的柵源電壓近似相等(VDDH-VGP=VDD-VCM)，因此感應(yīng)PM0S管M5在工作中一直處于弱反型區(qū)，它在任意時(shí)刻的工藝偏差程度和溫度條件均與目標(biāo)PM0S管M1近似相同，漏源電流的變化趨勢(shì)亦相同。換句話說(shuō)，感應(yīng)PM0S管M5能夠"感應(yīng)"目標(biāo)PM0S管M1在不同工藝角和溫度下的跨導(dǎo)、輸出電流等參數(shù)的變化特征。M5源端和體端均接高電平VDDH。M5的漏端連接一個(gè)高精密電阻R1，Rl用于實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流信號(hào)(感應(yīng)PMOS管M5漏源電流)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)VBP的功能，同時(shí)它作為體電位調(diào)制器71的輸出負(fù)載將電壓信號(hào)VBP反饋到反向器輸入管M1的體端。整個(gè)體電位調(diào)制器71形成"感應(yīng)反饋"環(huán)路，通過(guò)體電位調(diào)制來(lái)改變M1的跨導(dǎo)。R1的另一端接VDDL(10VCM!^VDDL<"VDD)，m—般取20K200KQ。我們可以看到，輸出電壓信號(hào)VBP的范圍略小于V亂V鵬。PMOS體電位調(diào)制器71在實(shí)際運(yùn)用中需要注意以下四點(diǎn)(1)Rl應(yīng)選用允差和溫度系數(shù)較小的擴(kuò)散電阻或片外電阻。(2)VBP不宜過(guò)小，以免M1源體結(jié)過(guò)度正偏而導(dǎo)致漏電流過(guò)大。(3)vddh可以大于vdd以實(shí)現(xiàn)超過(guò)反向器電源電壓的M1體電位調(diào)制。v鵬并不要求十分精確，可以在VDD上用簡(jiǎn)單的升壓電路實(shí)現(xiàn)或片外實(shí)現(xiàn)。(4)為避免提供過(guò)多的電源供給和電壓偏置，VGP和VDD可以復(fù)用，VDDL和VcM可以復(fù)用。在PM0S體電位調(diào)制器71中，"感應(yīng)反饋"環(huán)路進(jìn)行體電位調(diào)制的詳細(xì)過(guò)程如下當(dāng)工藝角為tt(typical)時(shí)，設(shè)感應(yīng)PM0S管M5在弱反型區(qū)工作時(shí)的輸出電流為Itt，PM0S體電位調(diào)制器71的輸出電壓VB產(chǎn)VcM+IttRl，調(diào)節(jié)vddh、Rl以及M5尺寸使得Vbp約等于Vdd并將其反饋到M1的體端，此時(shí)M1體源電壓近似為零，體電位調(diào)制器71的調(diào)制效應(yīng)較弱，電路進(jìn)入典型工作狀態(tài)。當(dāng)工藝角為ss時(shí)，Ml閾值電壓的絕對(duì)值變大，導(dǎo)致M1在弱反型區(qū)工作時(shí)跨導(dǎo)減小，帶寬降低，此時(shí)輸出電流達(dá)到最小值。由于感應(yīng)PM0S管M5能夠"感應(yīng)"到目標(biāo)PM0S管M1的電流變化特征，所以M5的感應(yīng)輸出電流也將達(dá)到最小值，設(shè)為Iss。因此體電位調(diào)制器71的輸出電壓VB產(chǎn)VcM+IssRl〈VDD，將該電壓信號(hào)反饋到M1的體端，可以使M1閾值電壓的絕對(duì)值略為降低，從而間接增大M1在弱反型區(qū)工作時(shí)跨導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)PM0S管M1參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)制。當(dāng)工藝角為ff時(shí)，Ml閾值電壓的絕對(duì)值變小，導(dǎo)致M1在亞閾值區(qū)工作時(shí)跨導(dǎo)增大，此時(shí)M5的感應(yīng)輸出電流達(dá)到最大值，設(shè)為Iff。體電位調(diào)制器71將VB產(chǎn)VcM+IffRl〉VDD反饋到Ml的體端，使M1閾值電壓的絕對(duì)值提高，跨導(dǎo)和輸出電流減小，功耗降低。實(shí)際上，通過(guò)調(diào)節(jié)VDDH、R1以及M5尺寸等參數(shù)，可以保證體電位調(diào)制器71在三種工藝角下均輸出較為合適的VBP，使M1在弱反型區(qū)工作時(shí)增益、帶寬和靜態(tài)功耗較為一致。NM0S體電位調(diào)制器72的工作原理與71類似，參見(jiàn)附圖7和附圖3，它的主體結(jié)構(gòu)由NMOS管M6和高精密電阻R2組成，用于反向器麗0S輸入管M2的體電位調(diào)制。其中M2代表目標(biāo)MOS器件30，而M6代表感應(yīng)M0S器件31，感應(yīng)NM0S管M6的漏端連接高精密電阻R2到GNDH的通路組成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路32，R2連接目標(biāo)NM0S管M2體端的通路組成反饋電路33。M2和M6版圖匹配對(duì)稱，寬長(zhǎng)比成固定比例(在l:5至1:20之間)，且在M6上施加的柵源電壓與M2在弱反型區(qū)穩(wěn)態(tài)時(shí)的柵源電壓近似相等(VGN-GNDL=VCM-GND)。類似地，感應(yīng)NM0S管M6能夠"感應(yīng)"目標(biāo)NM0S管M2在不同工藝角和溫度下的跨導(dǎo)、輸出電流等參數(shù)的變化特征。M6源端和體端均接低電平GNDL，M6的漏端連接一個(gè)高精密電阻R2，R2用于實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流信號(hào)(感應(yīng)NM0S管M6漏源電流)轉(zhuǎn)電壓信號(hào)VBN的功能，同時(shí)它作為體電位調(diào)制器72的輸出負(fù)載將電壓信號(hào)VBN反饋到反向器輸入管M2的體端，整個(gè)體電位調(diào)制器72形成"感應(yīng)反饋"環(huán)路，通過(guò)體電位調(diào)制來(lái)改變M2的跨導(dǎo)。R2的另一端接GNDH(GND<GNDH^VCM)，R2—般取20K200KQ?？梢钥吹?，輸出電壓信號(hào)VM的范圍小于GNDLGNDH。通過(guò)調(diào)節(jié)GNDL、R2以及M6尺寸等參數(shù)，可以保證體電位調(diào)制器72在三種工藝角下均輸出較為合適的VBN，使M2在弱反型區(qū)工作時(shí)增益、帶寬和靜態(tài)功耗較為一致。同樣地，NM0S體電位調(diào)制器72在實(shí)際運(yùn)用中需要注意以下四點(diǎn)(1)R2應(yīng)選用允差和溫度系數(shù)較小的擴(kuò)散電阻或片外電阻。(2)VM不宜過(guò)大，以免M2體源結(jié)過(guò)度正偏而導(dǎo)致漏電流過(guò)大。(3)GNDL可以小于GND以實(shí)現(xiàn)M2體端的負(fù)電位調(diào)制。同樣地，GNDL并不要求十分精確，可以在GND上用簡(jiǎn)單的降壓電路實(shí)現(xiàn)或片外實(shí)現(xiàn)。(4)VcN和GND可以復(fù)用，GNDH和Vcn可以復(fù)用。另外，PM0S體電位調(diào)制器71和NM0S體電位調(diào)制器72是本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)形式，結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且其中的感應(yīng)M0S管M5和M6均工作在弱反型區(qū)，功耗非常低，典型值為現(xiàn)有技術(shù)C類反向器70靜態(tài)功耗的1/10左右。因此，體電位調(diào)制器71和72的引入并不會(huì)明顯增加電路功耗?，F(xiàn)有技術(shù)中的簡(jiǎn)單型、共源共柵型C類反向器和本發(fā)明中的C類反向器的增益、帶寬、相位裕度以及靜態(tài)功耗等指標(biāo)在弱反型穩(wěn)態(tài)不同工藝角下的數(shù)據(jù)對(duì)比情況見(jiàn)表l，其中電源電壓為1.2V，M1和M3寬長(zhǎng)比為180〃"7/0.35〃w，M2和M4的寬長(zhǎng)比為60〃w/0.35〃w，M5和M6寬長(zhǎng)比分別取M1和M2的1/8，反向器的負(fù)載電容均取5pF。通過(guò)表1可知，在弱反型狀態(tài)下，本發(fā)明中的C類反向器的增益、帶寬和靜態(tài)功耗在不同工藝角下較為一致一既可以保證C類反向器在ss工藝角下有足夠的增益和帶寬，又能使其在ff工藝角下輸出電流和靜態(tài)功耗不至于過(guò)大，而簡(jiǎn)單型和共源共柵型C類反向器存在較大偏差，尤其是帶寬和靜態(tài)功耗兩個(gè)指標(biāo)的偏差很大。表l:12<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>事實(shí)上，c類反向器在高擺率大電流狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性(擺率、建立時(shí)間、動(dòng)態(tài)功耗等)與反向器輸入管的跨導(dǎo)和輸出電流也有直接的關(guān)系。因此，引入體電位調(diào)制器71和72同樣可以改善C類反向器的動(dòng)態(tài)特性對(duì)于工藝偏差的敏感度。權(quán)利要求權(quán)利要求1一種體電位調(diào)制器，其特征在于它包括目標(biāo)MOS器件(30)，體電位調(diào)制器的應(yīng)用對(duì)象，體電位可調(diào)；感應(yīng)MOS器件(31)，用于“感應(yīng)”目標(biāo)MOS器件(30)在不同工藝角和溫度情況下的參數(shù)變化特征；感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路(32)，用于感應(yīng)電流到電壓的轉(zhuǎn)化，同時(shí)將感應(yīng)電流的變化特征實(shí)時(shí)地反映到輸出電壓上；反饋電路(33)，用于將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路(32)的輸出電壓反饋到目標(biāo)MOS器件(31)的體端，實(shí)現(xiàn)體電位調(diào)制。2根據(jù)權(quán)利要求l所述的體電位調(diào)制器，其特征在于感應(yīng)M0S器件(31)與目標(biāo)M0S器件(30)寬長(zhǎng)比成比例，版圖匹配對(duì)稱，且柵源偏置電壓相同。3根據(jù)權(quán)利要求l所述的體電位調(diào)制器，其特征在于感應(yīng)M0S器件(31)的感應(yīng)電流輸出端依次連接感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路(32)、反饋電路(33)以及目標(biāo)M0S器件(30)體端，形成"感應(yīng)反饋"環(huán)路。4一種新型C類反向器，它包括現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器(70)，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大功能；其特征在于它還包括PMOS體電位調(diào)制器(71)，用于反向器PMOS輸入管的體電位調(diào)制，它的主體結(jié)構(gòu)由一個(gè)PMOS管和一個(gè)高精密電阻組成，其中反向器PMOS輸入管為目標(biāo)MOS器件(30)，而體電位調(diào)制器中的PMOS管為感應(yīng)MOS器件(31)，感應(yīng)PMOS管的漏端連接高精密電阻的通路組成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路(32)，高精密電阻連接目標(biāo)PMOS管體端的通路組成反饋電路(33);麗OS體電位調(diào)制器(72)，用于反向器麗OS輸入管的體電位調(diào)制，它的主體結(jié)構(gòu)由一個(gè)NMOS管和一個(gè)高精密電阻組成，其中反向器麗OS輸入管為目標(biāo)MOS器件(30)，而體電位調(diào)制器中的NMOS管為感應(yīng)MOS器件(31)，感應(yīng)NMOS管的漏端連接高精密電阻的通路組成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路(32)，高精密電阻連接目標(biāo)NMOS管體端的通路組成反饋電路(33)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型C類反向器，其特征在于現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器模塊(70)的主體結(jié)構(gòu)是一個(gè)簡(jiǎn)單型反向器或者是共源共柵型反向器。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型C類反向器，其特征在于在PM0S體電位調(diào)制器(71)和NMOS體電位調(diào)制器(72)中，感應(yīng)MOS管的柵源電壓與對(duì)應(yīng)的反向器輸入管穩(wěn)態(tài)時(shí)的柵源偏置電壓相同，且其寬長(zhǎng)比成比例，版圖匹配對(duì)稱。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種采用體電位調(diào)制器的C類反向器。體電位調(diào)制器由目標(biāo)MOS器件(30)、感應(yīng)MOS器件(31)、感應(yīng)電流轉(zhuǎn)電壓電路(32)及反饋電路(33)共同構(gòu)成“感應(yīng)反饋”環(huán)路。新型C類反向器包括現(xiàn)有技術(shù)的C類反向器模塊以及本發(fā)明中的PMOS體電位調(diào)制器和NMOS體電位調(diào)制器，其中PMOS體電位調(diào)制器和NMOS體電位調(diào)制器均為本發(fā)明所述的體電位調(diào)制器的電路實(shí)現(xiàn)形式。體電位調(diào)制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)MOS器件參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)制，極大地減弱了工藝偏差的影響。由于MOS器件參數(shù)在弱反型區(qū)對(duì)工藝偏差極為敏感，所以體電位調(diào)制器一般作用于亞閾值電路關(guān)鍵部位的MOS器件中。文檔編號(hào)H03K3/356GK101510769SQ20091030132公開(kāi)日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年4月3日優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日發(fā)明者昊張,豪羅,蔡坤明,雁韓,韓曉霞,黃小偉申請(qǐng)人:浙江大學(xué)