高性能可重構(gòu)電壓緩沖器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002] 本非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C§ 119(e)，要求提交于2014年4月25日的美 國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/984, 557并題為"高性能可重構(gòu)電壓緩沖器"（代理人編號(hào) 26256. 0265-P)的利益或優(yōu)先權(quán)，其中通過(guò)引用將其整體并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般涉及電子電路，并且更具體地說(shuō)，涉及高性能電壓緩沖器。
【背景技術(shù)】
[0004] 電子裝置常常包括將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的組件。一旦該模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)處理器可以有效地處理該數(shù)字信號(hào)以提供各種有價(jià)值的功能。這些組件 統(tǒng)稱(chēng)為轉(zhuǎn)換器，并且更具體地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs)或取樣器。ADCs被用于無(wú)數(shù)應(yīng)用中，例如 電信、汽車(chē)技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備、音頻技術(shù)、視頻技術(shù)等等。根據(jù)這些應(yīng)用，不同類(lèi)型的ADCs被使 用。ADCs的設(shè)計(jì)可以大幅改變并隨著這些ADCs要求上升改進(jìn)這些ADCs的需要也繼續(xù)上 升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明中對(duì)用于高性能電壓緩沖器（源極跟隨器和射極跟隨器）的新結(jié)構(gòu)進(jìn)行 了描述。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高性能（線性）和降低了功耗。此外，它們依賴(lài)于輸入頻率范圍可 重構(gòu)以?xún)?yōu)化性能和功耗。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的縮減了各種輸入頻率范圍的示例性電壓緩 沖器的電路示意圖；
[0007] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的被用于最高500MHz的相對(duì)低的輸入頻率優(yōu) 化的示例性電壓緩沖器的電路示意圖；
[0008] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的被用于高于500MHz的高輸入頻率優(yōu)化的示 例性電壓緩沖器的電路示意圖；
[0009] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的被用于高于500MHz的高輸入頻率并為最大 輸入帶寬優(yōu)化的示例性電壓緩沖器的電路示意圖；
[0010] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的被配置以實(shí)現(xiàn)在圖1-4中所示結(jié)構(gòu)的示范性 電壓緩沖器的電路示意圖；
[0011] 圖6根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出用于控制圖5中所示配置的電壓緩沖器示例 系統(tǒng)的方框圖；
[0012] 圖7根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出用于控制圖5中所示配置的電壓緩沖器示例 方法的流程圖；
[0013] 圖8根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案不出使用低頻結(jié)構(gòu)和尚頻結(jié)構(gòu)的不例性表現(xiàn)；
[0014] 圖9根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出引導(dǎo)裝置的示例性實(shí)現(xiàn)；
[0015] 圖10根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出引導(dǎo)裝置的另一示例性實(shí)現(xiàn)；
[0016] 圖11根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出引導(dǎo)裝置的又一示例性實(shí)現(xiàn)；
[0017] 圖12根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出有源共源共柵裝置的示例性實(shí)現(xiàn)；和
[0018] 圖13根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案示出有源共源共柵裝置的另一示例性實(shí)現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 了解電壓緩沖器
[0020] 電壓緩沖器（諸如射極跟隨器或源極跟隨器）通常用作上游和下游電路之間的隔 離緩沖器。例如，電壓緩沖器可以用在取樣電路中通過(guò)分離來(lái)自取樣開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)效應(yīng)的輸 入以維持輸出信號(hào)的良好的線性。從理論上講，理想的電壓緩沖器具有無(wú)限的輸入阻抗和 零輸出阻抗在無(wú)限帶寬來(lái)驅(qū)動(dòng)下游電路的特性。因此，電壓緩沖器可以供給負(fù)載裝置負(fù)載 電流同時(shí)由于非常低的輸出阻抗而保持輸出電壓的固定。然而，在實(shí)踐中，電壓緩沖器并不 總是具有這些理想的特性。
[0021] 電壓緩沖器通常被使用在采樣器中以實(shí)現(xiàn)在高輸入頻率的良好線性。它們還有助 于從取樣開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)效應(yīng)隔離輸入端。輸入電壓緩沖器設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)之一對(duì)于一定的頻率 范圍（例如：對(duì)于中頻采樣在200-300MHZ)是最佳設(shè)計(jì)而對(duì)于另一個(gè)頻率范圍（如用于在 1-2GHZ射頻采樣）可能不是最佳的。當(dāng)對(duì)于一個(gè)頻率范圍一種設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)近乎理想的特 性，該設(shè)計(jì)對(duì)于另一頻率范圍表現(xiàn)不佳。
[0022] 在本發(fā)明的上下文中，相對(duì)的術(shù)語(yǔ)"低頻"和"高頻"可以指實(shí)際的量化頻率范圍。 "低頻"是指輸入頻率高至約500MHz(例如，100-500MHZ)。"高頻"是指輸入頻率約在500MHz 至 2GHz〇
[0023] -個(gè)示范性實(shí)施：覆蓋很寬的輸入頻率范圍的權(quán)衡
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的縮減了各種輸入頻率范圍的示例性電壓緩 沖器的電路示意圖。在此圖中所示的電路設(shè)計(jì)示出了源極跟隨器以及設(shè)計(jì)代表覆蓋很寬的 輸入頻率范圍的權(quán)衡。此外，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)合理的功耗。雖然圖1示出了源極跟隨器， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被用于實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)晶 體管（BJTs)的等效射極跟隨器。
[0025] 這種設(shè)計(jì)具有四個(gè)晶體管器件，M2、M1、M3和M4串聯(lián)連接（例如，堆疊在這個(gè)特定 的順序），其中M2的漏極連接到Vdd并且M4的源極接地。在這個(gè)示例中，四個(gè)晶體管器件 是n型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（NM0S)裝置。具體地講，M2的源極連接到Ml的漏極、Ml 的源極連接到M3的漏極并且M3的源極連接到M4的漏極。Vin被提供到Ml的柵極（即， Ml的柵極連接到該電壓輸入節(jié)點(diǎn)）并且Vout的被取得在Ml的源極（M3的漏極）（即，Ml 的源極連接到該電壓輸出節(jié)點(diǎn)）。
[0026] -種電壓緩沖器具有電壓輸入節(jié)點(diǎn)和電壓輸出節(jié)點(diǎn)。電壓緩沖器可以包括具有連 接到電壓輸入節(jié)點(diǎn)的第一端和連接到電壓輸出節(jié)點(diǎn)的第二端的源極跟隨器。在一些實(shí)施方 案中，源極跟隨器包括第一晶體管器件，第一端子是第一晶體管器件的柵極并且第二端子 是第一晶體管器件的源極。
[0027] 另外，電壓緩沖器可以包括連接到源極跟隨器的第二端子的共源共柵電流源裝 置。共源共柵電流源裝置可包括第二晶體管器件和第三晶體管器件（在共源共柵結(jié)構(gòu)內(nèi)） 并且第二晶體管器件的源極可以連接到第三晶體管器件的漏極。
[0028] 在圖1的圖示中，器件Ml是源極跟隨器。在這種結(jié)構(gòu)中，Ml的柵極連接到電壓輸 入節(jié)點(diǎn)Vin并且Ml的源極被連接到電壓輸出節(jié)點(diǎn)Vout。源極跟隨器裝置通常具有晶體管 器件其柵極連接到電壓輸入Vin且其源極用作輸出。源極跟隨器可以協(xié)助變換阻抗，諸如 提供大輸入阻抗和小輸出阻抗。從廣義上講，源極跟隨器可以緩沖并從輸出隔離輸入并且 在某些情況下提供更高的輸入阻抗。裝置M3和M4形成共源共柵電流源裝置，其中M3的源 極被連接到M4的漏極。共源共柵電流源裝置能夠提供裝置Ml所需要的電流。從廣義上講， 共源共柵電流源可以提供具有相對(duì)高的輸出阻抗的必要偏置電流。
[0029] Vout通常驅(qū)動(dòng)負(fù)載（未示出）。電容C1 (連接在電壓輸入節(jié)點(diǎn)Vin和M3的源極 /M4的漏極之間）被提供用于前饋失真消除。C1的使用在從電壓輸入節(jié)點(diǎn)Vin至M3的源 極、向上通過(guò)M3、向外通過(guò)M3的漏極朝向Vout和朝向負(fù)載的路徑中供給復(fù)制品電流。在 這種方式中，電流通過(guò)該路徑（從Vin到M3的源極）被供給而不是由源極跟隨器Ml提供。 其結(jié)果是，源極跟隨器Ml的電流變化被最小化并且在Vout的失真得到了改善。
[0030] 除了具有源極跟隨器和共源共柵電流源裝置，電壓緩沖器還可以包括引導(dǎo)裝置。 引導(dǎo)裝置可以以不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且圖1示出了示例性的實(shí)現(xiàn)（其他示例性實(shí)現(xiàn)方式 相對(duì)于圖9-11被描述）。在本實(shí)現(xiàn)中，引導(dǎo)裝置被連接在電壓輸入節(jié)點(diǎn)和源極跟隨器裝置 的第三端子之間（即，Ml的漏極）。具體地，引導(dǎo)裝置被配置以減少和控制橫跨第三端子和 源極跟隨器的第二端子的電壓變化。橫跨源極跟隨器的電壓變化的控制（即，在輸出節(jié)點(diǎn) 電壓）可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)而圖1僅僅示出了提供它的一種方式。
[0031] 概括地說(shuō)，該引導(dǎo)裝置可包括具有連接到源極跟隨器裝置的第三端子的源極和有 助于引導(dǎo)源極跟隨器裝置到輸出接近電壓輸入節(jié)點(diǎn)或電壓輸出節(jié)點(diǎn)電壓的柵極的第四晶 體管器件，從而減少/控制橫跨第三端子和源極跟隨器的第二端子的電壓變化。在一些情 況下，柵極被連接（直接或間接）到電壓輸入節(jié)點(diǎn)或到電壓輸出節(jié)點(diǎn)。第四晶體管器件的 柵極到電壓輸入節(jié)點(diǎn)或電壓輸出節(jié)點(diǎn)之間