可以與OP AMP 10的同相輸入端子(+)連接，且漏極端子可以與OP AMPlO的反相輸出端子(_)連接(未示出)。換言之，在該示例性實(shí)施方式中，第一晶體管20的源極端子和漏極端子中的一個和其柵極端子可以與OP AMP 10的反相輸出端子(_)連接，其他端子可以與OP AMPlO的同相輸入端子⑴連接。
[0036]第二懸空節(jié)點(diǎn)存在于OP AMP 10的反相輸入端子(_)與第三電容器C3的另一端子(例如，第二端子)之間，并且可以與第四電容器C4連接。然而，當(dāng)前的示例性實(shí)施方式具有通過第二晶體管25使得第二懸空節(jié)點(diǎn)不懸空的結(jié)構(gòu)。換言之，與第四電容器C4 一起，第二晶體管25可以連接OP AMP 10的反相輸入端子㈠與同相輸出端子(+)。此外，可以將第四電容器C4和第二晶體管25并聯(lián)連接。第二晶體管25可以是具有四個端子的PMOS晶體管，其中其柵極端子和源極端子可以與OP AMP 10的同相輸出端子(+)連接，且其體端子和漏極端子可以與OP AMP 10的反相輸入端子(_)連接。
[0037]然而，在一些示例性實(shí)施方式中，第二晶體管25的源極端子可以與OP AMP 10的反相輸入端子(-)連接，且漏極端子可以與OP AMPlO的同相輸出端子(+)連接(未示出)。換言之，在該示例性實(shí)施方式中，第二晶體管25的源極端子和漏極端子中的一個和其柵極端子可以與OP AMP 10的同相輸出端子(+)連接，且其他端子可以與OP AMPlO的反相輸入端子㈠連接。
[0038]現(xiàn)將參考圖2和圖3更詳細(xì)地說明在如上所述的差分放大器的結(jié)構(gòu)中的差分放大器的一側(cè)(例如，第一側(cè))的(OP AMP的反相輸出端子(-)和同相輸入端子(+))結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)圖1所示的本發(fā)明示例性實(shí)施方式的差分放大器的一側(cè)的示例性放大視圖，且圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的4-端口晶體管的示例性橫截面視圖。圖2的結(jié)構(gòu)示例說明圖1所示OP AMP的反相輸出端子㈠和同相輸入端子⑴。
[0039]圖2中所示的結(jié)構(gòu)可以包括用于穩(wěn)定第一懸空節(jié)點(diǎn)的第一晶體管20，并且第一晶體管20的示例性結(jié)構(gòu)在圖3中示出。第一晶體管20和第二晶體管25可以是PMOS晶體管。當(dāng)?shù)谝痪w管20和第二晶體管25是PMOS晶體管時，第一晶體管20的源極區(qū)域和漏極區(qū)域形成在一對通過將P型摻雜物注入到N型半導(dǎo)體襯底中的而形成的P區(qū)域中。第一晶體管20的溝道形成在源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間，且柵極端子形成在該溝道的一側(cè)(例如，第一側(cè))。
[0040]圖3的示例性實(shí)施方式具有柵極端子向上凸起的結(jié)構(gòu)。在N區(qū)域中，體區(qū)域與體端子連接，其中N區(qū)域是N型半導(dǎo)體襯底的局部部分。如圖3所示，與源極區(qū)域和漏極區(qū)域中的一個連接的一個端子以及與體區(qū)域連接的體端子互相連接，并且其他兩個端子可以互相連接。具體地，源極端子和漏極端子中的一個以及柵極端子可以與OP AMP 10的反相輸出端子㈠連接，且其他端子可以與OP AMP 10的同相輸入端子⑴連接。如圖3所示，可以增加源極端子和漏極端子中的一個以及柵極端子的初始電壓，并且初始低電壓可以施加到源極端子和漏極端子中的另一個以及體端子。結(jié)果，在第一晶體管20中，由P-N結(jié)而引起的前向電流，在一個與柵極端子連接于同一端子的P型區(qū)域與體區(qū)域之間流動。
[0041]相應(yīng)地，第一懸空節(jié)點(diǎn)的電壓可以經(jīng)由第一晶體管20而快速穩(wěn)定。如圖3中的結(jié)構(gòu)所示，空間不是需要擔(dān)心的問題，因?yàn)榭梢岳镁哂锌s小尺寸的半導(dǎo)體襯底來構(gòu)成第一晶體管20。隨后將說明圖8和圖9中根據(jù)本發(fā)明的差分放大器的特性，但在說明這些特性之前，將簡要說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的差分放大器的結(jié)構(gòu)，并然后在它們之間進(jìn)行特性的比較。
[0042]圖4和圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的差分放大器的示例性電路圖。圖4示出利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的差分放大器的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中電阻器被用于穩(wěn)定懸空節(jié)點(diǎn)。圖4的結(jié)構(gòu)與圖1的結(jié)構(gòu)的不同之處在于，圖4的結(jié)構(gòu)使用電阻器。具體地，由于所使用的電阻器應(yīng)當(dāng)具有至少為I千兆歐姆的電阻以確保其不影響放大階段的輸出，需要大面積的晶片來形成該電阻器，從而使得該結(jié)構(gòu)難以在亞微米CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)。
[0043]與本發(fā)明的示例性實(shí)施方式相似，圖5的傳統(tǒng)技術(shù)的差分放大器利用晶體管21和26來穩(wěn)定懸空節(jié)點(diǎn)。然而，各個晶體管的四個端子中的三個與圖5的差分放大器的一側(cè)連接，并且另一端子與另一側(cè)連接。而且，圖5的結(jié)構(gòu)不包括與輸出端子和輸入端子連接的電容器。根據(jù)圖5的結(jié)構(gòu)的差分放大器的特性在圖6和圖7中示出。
[0044]圖6和圖7是示出利用圖5中差分放大器的懸空節(jié)點(diǎn)的仿真后的電壓穩(wěn)定性的示例圖。首先，為進(jìn)行仿真，將圖5的差分放大器中的晶體管的特性按照如圖6所示進(jìn)行設(shè)置。仿真結(jié)果在圖7中示出。根據(jù)圖7，差分放大器的懸空節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定約需3.16秒。因?yàn)檫@是使差分放大器初始化的相當(dāng)長的時間段，可能會出錯。
[0045]現(xiàn)在將在圖8和圖9中比較性地說明圖1所示的根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的差分放大器的特征以及圖5的差分放大器的特征。圖8和圖9是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的差分放大器的電壓穩(wěn)定性的仿真結(jié)果的示例圖。圖8示出流經(jīng)晶體管的初始電流的變化。在圖8中，標(biāo)有M35/B的曲線表示圖5的(現(xiàn)有技術(shù)的)差分放大器，并示出，約39.04nA的最大電流初始地流動。在圖8中，標(biāo)有M21/D的曲線具有約4.38nA的最大電流。
[0046]此外，圖8示出，根據(jù)本發(fā)明的M21/D曲線，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)有M35/B的曲線相比，從開始就具有更長、更穩(wěn)定的保持時間，而且傳統(tǒng)技術(shù)的整體電流連續(xù)變化，而本發(fā)明的曲線(M21/D)，除電流流動的位置外，可以看出，電流更穩(wěn)定地保持相當(dāng)長的時間段，因而可以被更恒定地應(yīng)用。
[0047]相似地，基于圖8中所示的電流的變化，圖9示出用于穩(wěn)定懸空節(jié)點(diǎn)的電壓的時間。橫軸表示時間，縱軸表示懸空節(jié)點(diǎn)的電壓。在圖9中，曲線Mll表示在圖1的本發(fā)明示例性實(shí)施方式中的到達(dá)穩(wěn)定的時間，并且曲線M8表示在圖5的傳統(tǒng)技術(shù)差分放大器中的到達(dá)穩(wěn)定的時間。如圖9中所示，圖5的傳統(tǒng)技術(shù)差分放大器需要超過約3秒來穩(wěn)定懸空節(jié)點(diǎn)，但是圖1的根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的差分放大器僅需要約18毫秒來穩(wěn)定懸空節(jié)點(diǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的差分放大器具有更快地穩(wěn)定懸空節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0048]盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是示例性實(shí)施方式的內(nèi)容進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式，相反，本發(fā)明意在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變更和等同布置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種差分放大器，包含: 運(yùn)算放大器，其具有反相輸入端子、同相輸入端子、反相輸出端子和同相輸出端子； 第一反饋電容器，其與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子和反相輸出端子連接； 第二反饋電容器，其與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子和同相輸出端子連接； 第一晶體管，其具有四個端子，并與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子和反相輸出端子連接，該四個端子包括源極端子、漏極端子、柵極端子和體端子；以及 第二晶體管，其具有四個端子，并與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子和正相輸出端子連接，該四個端子包括源極端子、漏極端子、柵極端子和體端子； 所述第一晶體管的源極端子和漏極端子中的一個和其柵極端子與所述運(yùn)算放大器的反相輸出端子連接，并且源極端子和漏極端子中的另一個和體端子與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子連接，并且 所述第二晶體管的源極端子和漏極端子中的一個和其柵極端子與所述運(yùn)算放大器的同相輸出端子連接，并且源極端子和漏極端子中的另一個和體端子與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子連接。
2.如權(quán)利要求1所述的差分放大器，其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管是PMOS晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的差分放大器，其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管的源極端子和漏極端子分別與一對P區(qū)域連接，所述一對P區(qū)域通過將P型摻雜物注入到N型半導(dǎo)體襯底而形成。
4.如權(quán)利要求3所述的差分放大器，其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管形成有在所述一對P區(qū)域之間的溝道，并且包括在所述溝道上方凸出的柵極端子。
5.如權(quán)利要求4所述的差分放大器，其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管包括在所述N型半導(dǎo)體襯底上的與體端子連接的體區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的差分放大器，還包括: 第一輸入端電容器，連接在所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子與所述差分放大器的同相輸入端子之間；以及 第二輸入端電容器，連接在所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子與所述差分放大器的反相輸入端子之間。
7.如權(quán)利要求6所述的差分放大器，其中，第一懸空節(jié)點(diǎn)和第二懸空節(jié)點(diǎn)分別配置在所述第一輸入端電容器與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子之間以及在所述第二輸入端電容器與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子之間。
8.如權(quán)利要求7所述的差分放大器，其中，所述第一晶體管的源極端子和漏極端子中的另一個和其體端子與所述第一懸空節(jié)點(diǎn)和所述第二懸空節(jié)點(diǎn)中的一個連接，并且所述第二晶體管的源極端子和漏極端子中的另一個和其體端子與所述第一懸空節(jié)點(diǎn)和所述第二懸空節(jié)點(diǎn)中的另一個連接。
9.如權(quán)利要求8所述的差分放大器，其中，所述第一懸空節(jié)點(diǎn)和所述第二懸空節(jié)點(diǎn)中的一個與所述第一反饋電容器連接，并且所述第一懸空節(jié)點(diǎn)和所述第二懸空節(jié)點(diǎn)中的另一個與所述第二反饋電容器連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種差分放大器，包括：運(yùn)算放大器(OP AMP)，其具有反相輸入端子、同相輸入端子、反相輸出端子和同相輸出端子；第一反饋電容器，其與同相輸入端子和反相輸出端子連接；第二反饋電容器，其與反相輸入端子和同相輸出端子連接；第一四端子晶體管，其與同相輸入端子和反相輸出端子連接；第二四端子晶體管，其與反相輸入端子和同相輸出端子連接。第一晶體管的源極端子和漏極端子中的一個和其柵極端子與反相輸出端子連接，源極端子和漏極端子中的另一個和體端子與同相輸入端子連接，第二晶體管的源極端子和漏極端子中的一個和其柵極端子與同相輸出端子連接，并且源極端子和漏極端子中的另一個和體端子與反相輸入端子連接。
【IPC分類】H03F3-45
【公開號】CN104734648
【申請?zhí)枴緾N201410738492
【發(fā)明人】梁尚爀
【申請人】現(xiàn)代自動車株式會社
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年12月5日
【公告號】DE102014224260A1, US20150171807