一种高驱动低功耗模拟缓冲器的制作方法

本实用新型涉及缓冲器技术领域，具体涉及一种高驱动低功耗模拟缓冲器。

背景技术：

传统米勒补偿架构模拟缓冲器的驱动能力取决于尾电流的大小，大的驱动能力意味着大的静态尾电流，因此需要消耗较大的静态功耗。

传统OTA架构的模拟缓冲器为了实现大的容性输出驱动能力，设计实现上要求大的电流镜像比例，此种架构虽然一定程度上降低了对尾电流大小的要求，但输出级仍然消耗了非常大的静态电流。

推挽输出架构缓冲器的驱动能力主要取决于输出级的最大电流驱动能力，平时输出级静态功耗较低，这种结构可实现较大的驱动能力和较低的静态功耗，但这类架构输出静态工作点比较难控制，这就意味着静态功耗会随着工艺变化而变化，需要复杂的辅助电路来控制输出级静态工作点。

为了降低静态功耗，发展出了动态偏置的尾电流架构，但是动态尾电流的实现需要非常复杂的结构，辅助电路自身也消耗了比较大的静态功耗。

本实用新型实现的动态偏置利用缓冲器自身的输出来自行控制其尾电流，在输入输出紧密跟随的稳定状态时，缓冲器仅消耗非常小的静态功耗，当输出不能跟随输入时，也就是输入、输出两者之间有较大差异时，尾电流会急剧增加，直到输入和输出差异减小到缓冲器失调电压以内，动态尾电流又恢复到低电流消耗状态。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种高驱动低功耗模拟缓冲器，解决了模拟信号驱动大容性负载的响应时间问题，同时缓冲器具有低的静态功耗，动态尾电流源的栅极控制也没有增加额外的控制线路成本。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种高驱动低功耗模拟缓冲器，其特征在于：所述高驱动低功耗模拟缓冲器利用缓冲器自身结构，对称复制一路缓冲器输出，用该路缓冲器输出动态地控制一路缓冲器的尾电流；包括低输入共模电平模拟缓冲器、高输入共模电平模拟缓冲器和轨到轨输入共模电平模拟缓冲器；所述低输入共模电平模拟缓冲器包括由PMOS管构成的恒定尾电流源和动态尾电流源，其用于在输入正负输入端之间出现差异时提供大的动态驱动电流；所述高输入共模电平模拟缓冲器包括由NMOS管构成的恒定尾电流源和动态尾电流源，其用于在输入正负输入端之间出现差异时提供大的动态驱动电流。

优选的，所述低输入共模电平模拟缓冲器中，当输入Vinp骤降，电流由PMOS管M8流向PMOS管M11，此时NMOS管M14的栅极电压增加，NMOS管M13漏端电压降低，即Dynb电压降低；PMOS管M7导通电流由静态的零电流增大，其大小与输入Vinp和输入Vinn之间的差异成比例。

优选的，所述低输入共模电平模拟缓冲器中，当输入Vinp和输入Vinn之间的差异变小，PMOS管M7的栅极被由PMOS管M0和NMOS管M1、M2、M3、M5产生的偏压决定，趋于不导通，即零稳态电流状态。

优选的，所述低输入共模电平模拟缓冲器中，当输入Vinp骤增，电流由PMOS管M8流向PMOS管M12，PMOS管M11电流为零，因此Drvn电压为0，NMOS管M17不导通。而NMOS管M15的栅极电压增加，NMOS管M16漏端电压降低，输出端PMOS管M10栅极降低，上拉电流增大。

优选的，所述高输入共模电平模拟缓冲器中，当输入Vinp骤增，电流由NMOS管M31流向NMOS管M28，此时PMOS管M24的栅极电压降低，PMOS管M23漏端电压增加，即Dynb电压增加；NMOS管M30导通电流由静态的零电流开始增加，其大小与输入Vinp和输入Vinn之间的差异成比例。

优选的，所述高输入共模电平模拟缓冲器中，当Vinp和Vinn之间的差异变小，NMOS管M30的栅极被由NMOS管M22和PMOS管M18、M19、M20、M21产生的偏压决定，趋于不导通状态，即零态稳电流状态。

优选的，所述高输入共模电平模拟缓冲器中，当输入Vinp骤降，电流由NMOS管M31流向NMOS管M29，NMOS管M28电流为零。因此Drvp电压为高，PMOS管M27不导通。而PMOS管M25的栅极电压降低，M26漏端电压增加，输出端PMOS管M34栅极降低，下拉电流增大。

一种轨到轨输入共模电平模拟缓冲器，其特征在于：所述轨到轨输入共模电平模拟缓冲器由低输入共模电平模拟缓冲器和高输入共模电平模拟缓冲器结合构成，用于轨到轨的共模输入应用场合。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型具有一个很低的静态尾电流源，用来建立和保持常规静态工作点；还具有一个动态尾电流源只有在输入输出信号差异大于缓冲器失调电压的基础上才可以工作，并且动态尾电流源的大小与输入输出信号差异成比例；动态尾电流源的栅极控制直接由模拟缓冲器的一路输出端口控制，不会增加额外的控制电路，本实用新型解决了模拟缓冲器驱动大容性负载的响应时间问题，在保持低功耗的同时，实现了响应时间的大幅改善，具有很强的创造性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一种低输入共模电平模拟缓冲器的电路原理图；

图2是本实用新型的一种高输入共模电平模拟缓冲器的电路原理图；

图3是本实用新型的一种轨到轨输入共模电平模拟缓冲器的电路原理图；

其中：图3中的S1为本实用新型的低输入共模电平模拟缓冲器，S2为本实用新型的高输入共模电平模拟缓冲器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种低输入共模电平模拟缓冲器(参照图1)，所述低输入共模电平模拟缓冲器包括由PMOS管构成的恒定尾电流源和动态尾电流源，其用于在输入正负输入端之间出现差异时提供大的动态驱动电流；其利用缓冲器自身结构，对称复制一路缓冲器输出，用该路缓冲器输出动态地控制一路缓冲器的尾电流。

如图1所示，当输入Vinp骤降，电流由PMOS管M8流向PMOS管M11，此时NMOS管M14的栅极电压增加，NMOS管M13漏端电压降低，即Dynb电压(动态偏置电压，本文中皆记为Dynb电压)降低；PMOS管M7导通电流由静态的零电流开始增加，其大小与输入Vinp和输入Vinn之间的差异成比例。

在本实施例中，输入Vinp骤降指的是变化幅度大于等于10mV/100ns。

当输入Vinp和输入Vinn之间的差异逐渐变小，PMOS管M7的栅极逐渐被由PMOS管M0和NMOS管M1、M2、M3、M5产生的偏压决定，趋于不导通，即零稳态电流状态。

当输入Vinp骤增，电流由PMOS管M8流向PMOS管M12，PMOS管M11电流为零，因此Drvn电压为0，NMOS管M17不导通。而NMOS管M15的栅极电压增加，NMOS管M16漏端电压降低，输出端PMOS管M10栅极降低，上拉电流增大。

在本实施例中，输入Vinp骤增指的是变化幅度大于等于10mV/100ns。

本实施例此种情况下输出类似于推挽输出结构，使得更快速地上升到目标电平。

实施例2

一种高输入共模电平模拟缓冲器(参照图2)，包括由NMOS管构成的恒定尾电流源和动态尾电流源，其用于在输入正负输入端之间出现差异时提供大的动态驱动电流；其利用缓冲器自身结构，对称复制一路缓冲器输出，用该路缓冲器输出动态地控制一路缓冲器的尾电流。

如图2所示，当输入Vinp骤增，电流由NMOS管M31流向NMOS管M28，此时PMOS管M24的栅极电压降低，PMOS管M23漏端电压增加，即Dynb电压增加；NMOS管M30导通电流由静态的零电流开始增加，其大小与输入Vinp和输入Vinn之间的差异成比例。

在本实施例中，输入Vinp骤增指的是变化幅度大于等于10mV/100ns。

当输入Vinp和输入Vinn之间的差异逐渐变小，NMOS管M30的栅极逐渐被由NMOS管M22和PMOS管M18、M19、M20、M21产生的偏压决定，趋于不导通状态，即零稳电流状态。

当输入Vinp骤降，电流由NMOS管M31流向NMOS管M29，NMOS管M28电流为零。因此Drvp电压为高，PMOS管M27不导通。而PMOS管M25的栅极电压降低，M26漏端电压增加，输出端PMOS管M34栅极降低，下拉电流增大。

在本实施例中，输入Vinp骤降指的是变化幅度大于等于10mV/100ns。

本实施例此种情况下输出类似于推挽输出结构，使得更快速下降到目标电平。

实施例3

如图3所示的一种轨到轨输入共模电平模拟缓冲器，所述轨到轨输入共模电平模拟缓冲器由低输入共模电平模拟缓冲器S1和高输入共模电平模拟缓冲器S2结合构成，用于轨到轨的共模输入应用场合。

本实用新型具有一个很低的静态尾电流源，用来建立和保持常规静态工作点；还具有一个动态尾电流源只有在输入输出信号差异大于缓冲器失调电压的情况下才可以工作，并且动态尾电流源的大小与输入输出信号差异成比例；动态尾电流源的栅极控制直接由模拟缓冲器的一路输出端口控制，不会增加额外的控制电路，解决了模拟信号驱动大容性负载的响应时间问题，在保持低功耗的情况下，实现了响应时间的大幅改善。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。