专利名称：高线性度的互补金属氧化物半导体转导电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于转导电路，特别是有关一种互补金属氧化物半导体转导电路(CMOS transconductor circuit)。
(2)背景技术转导(transconductor)电路是转导电容滤波器(transconductor-capacitorfilter，or Gm-C filter)中的最基本的构成元件，其电路表现直接影响了转导电容滤波器的电路表现，因此增进转导电路的电路表现是设计转导电路滤波器中最重要的事。由于转导器一般均用于开路电路(open loop circuit)中，因此无法有一般负反馈闭路电路(negative feedback closed loop circuit)可藉负反馈来增加电路的线性度的优势。
因此一般由转导器所构成的电路(例如Gm-C filter)的线性度均比由操作放大器所构成的负反馈电路(例如active RC filter)来得差。不过由于开路电路具有比闭路电路高速的优点，因此由转导器所构成的转导电容滤波器均用于高速(100MHz range)、对线性度(＜50dBc)要求不重要的滤波器的应用中。
但是对于低速高线性度(1MHz range，＞65dBc)要求的滤波器则是以active RCfilter为主。然而在10MHz range且线性度要求在60dBc左右的滤波器而言，则是两种实现架构各有所长、但又有所不足。对于使用转导器所构成的转导电容滤波器而言，其转导电路的线性度直接左右了其线性度的表现，因此增加转导器的线性度表现便成为了当务之急。此时若能有一个高速且高线性的转导电路则可以满足如此的需求。
图1显示一利用局部反馈的转导电路(参考Z.Y.Chang，D.Haspeslagh，andJ.Verfaillie，″A highly linear CMOS Gm-C bandpass filter with on-chipfrequency tuning，″IEEE JSSC，Vol.32，No.3，pp.388-397，March 1997.)。如图1所示，其中差动放大器100与输入P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管102所构成的负反馈，藉以将Vxp利用负反馈锁至VIP，同理Vxn亦锁至VIN。因此电阻上便会流经一电流。则PMOS晶体管102上便会流经一电流I-ΔI，所以在输出端便会流出一电流，在此转导器的转导(transonductance，Gm)为Gm＝1/R。由此可看出转导器的转导经由负反馈的作用会与线性电阻相等，因此可以有相当线性的转导(transconductance)。
然而，图1中由转导电路所构成的Gm-C积分器，由于积分电容并不在此转导电路的负反馈路径中也因此限制了其线性度。而且转导电路的区域负反馈增益值亦受限于差动放大器100，同时其输入范围亦受限于差动放大器100的共模(common mode)输入范围，并且其所获得的增异亦有限，所以需要将差动放大器100以更高增益的放大器架构来达成以提升转导电路的线性度。
由于一般的转导电路其线性度均比由操作放大器所构成的负反馈电路来的差，但是具有适于高频操作的特性，因此由一般转导电路器所构成的转导电容滤波器均用于高频但是对线性度要求不是很重要的应用的中。
(3)发明内容因此本发明的目的是为克服传统的转导电路所产生的线性度的不足等诸多缺点而提出一互补金属氧化物半导体转导电路，用以同时提供高速与高线性度的特性。
本发明的另一目的是提供一种高线性的互补金属氧化物半导体转导电路，可以稳定工作于高频、高线性的应用中，用以达到习知的转导电路所无法兼顾的高线性度及高频率的要求。
根据以上所述的目的，本发明提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)转导电路，包括输出晶体管，此输出晶体管的闸极用以接受第二电流源的输入，而输出晶体管的源极用以接受第一电流源的输入，并且由输出晶体管的汲极输出电流；电阻，是连接输出晶体管的源极；及区域负反馈电路，是将输出晶体管的闸极负反馈连接至输出晶体管的源极，并使得此互补金属氧化物半导体转导电路的转导值为电阻值的倒数。
以上所述的区域负反馈电路包括第一晶体管，其源极连接至输出晶体管的源极；第二晶体管，此第二晶体管的汲极用以连接输出晶体管的闸极；及第三晶体管，此第三晶体管的源极接地且汲极连接至第二晶体管的源极，且第一晶体管的汲极亦同时连接第二晶体管的源极及第三晶体管的汲极。而且本发明还包括一第四晶体管，使得第一晶体管的汲极更改连接至第四晶体管的汲极，且第四晶体管的闸极与第三晶体管的闸极连接。
根据以上所述本发明的互补金属氧化物半导体转导电路，它是利用一区域负反馈回路来取代使用操作放大器的一般转导电路，用以兼顾高线性度与高频特性，并使其可稳定应用其高线性及高频的特性，尤其是应用于设计一具高线性度与高频的互补金属氧化物半导体转导电容滤波器上。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1是显示一习知转导电路的电路结构图；图2是说明本发明的互补金属氧化物半导体转导电路的一较佳实施例的电路结构图；及图3是说明本发明的互补金属氧化物半导体转导电路的另一较佳实施例的电路结构图。
(5)具体实施方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受其限定，而是以权利要求书的专利范围为准。由于一般的转导电路其线性度均比由操作放大器所构成的负反馈电路来得差，但是具有高频的特性，因此由一般转导电路器所构成的转导电容滤波器均用于高频但是对线性度要求不是很重要的应用中。
本发明的高线性的互补金属氧化物半导体转导电路，可以稳定工作于高频、高线性的应用中，用以达到习知的转导电路所无法兼顾的高线性度及高频率的要求。因此，本发明的高线性的互补金属氧化物半导体转导电路利用一区域负反馈回路来取代开路操作的一般转导电路，用以兼顾高线性度与高频特性。
本发明提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)转导电路，包括输出晶体管，此输出晶体管的闸极用以接受第二电流源的输入，而输出晶体管的源极用以接受第一电流源的输入，并且由输出晶体管的汲极输出电流；电阻，是连接输出晶体管的源极；及区域负反馈电路，是将输出晶体管的闸极负反馈连接至输出晶体管的源极，并使得此互补金属氧化物半导体转导电路的转导值为电阻值的倒数。
然而以上所述的区域负反馈电路包括第一晶体管，其源极连接至输出晶体管的源极；第二晶体管，此第二晶体管的汲极用以连接输出晶体管的闸极；及第三晶体管，此第三晶体管的源极接地且汲极连接至第二晶体管的源极，且第一晶体管的汲极亦同时连接第二晶体管的源极及第三晶体管的汲极。而且本发明更包括一第四晶体管，使得第一晶体管的汲极更改连接至第四晶体管的汲极，且第四晶体管的闸极与第三晶体管的闸极连接。
图2用以说明本发明的互补金属氧化物半导体转导电路的一较佳实施例，而图3则用以说明本发明的互补金属氧化物半导体转导电路的另一较佳实施例。
如图2所示，其中第一晶体管201、第二晶体管202、第三晶体管203、第四晶体管204与第一电流源210构成一区域负反馈放大器(local negativefeedback amplifier)，如此的区域负反馈放大器与输出晶体管205构成一区域负反馈回路(local negative feedback loop)。其中，第二晶体管202的汲极用以连接输出晶体管205的闸极及第一电流源210，而第三晶体管203的源极接地且汲极连接至第二晶体管202的源极。第四晶体管204的源极接地、闸极与第三晶体管203的闸极连接、汲极则与第一晶体管201的汲极连接，并且第四晶体管204的汲极另有一跳线连接至闸极。第一晶体管201的源极则连接至输出晶体管205的源极，所以整个连接结构形成一区域负反馈回路。
于此一较佳实施例中，第一晶体管201与输出晶体管205为P型互补金属氧化物半导体晶体管，而第二晶体管202、第三晶体管203及第四晶体管204则为N型互补金属氧化物半导体晶体管。然而于其他的实施例中当第一晶体管201与输出晶体管205以N型互补金属氧化物半导体晶体管实施时，则第二晶体管202、第三晶体管203及第四晶体管204必须以P型互补金属氧化物半导体晶体管来实施，但是其动作原理不变。
如图2所示，其中如输入电压VIP下降了ΔV，则第一晶体管201的电流将增加，则Vcp将会上升，因此第三晶体管203的电流将会增加因而造成Vfp下降，因此让输出晶体管205的电流增加因而让Vxp下降，因此整个回路为区域负反馈回路。
并且第四晶体管204及第三晶体管203所构成的电流镜(current mirror)的比例为1∶1时，则平衡时第一晶体管201流过的电流应为第一电流源210(因为平衡时流过第三晶体管203的电流应该为I1，且流过第四晶体管204的电流与流经第三晶体管203相同，而流过第一晶体管201的电流又会与流经第四晶体管204的相同)，所以输出晶体管205流经的电流为I-ΔI，因此输出电流应为-ΔI，其中ΔI＝ΔV/R，因此转导器的转导应为Gm＝1/R。
因此于图2中，第一晶体管201、第二晶体管202、第三晶体管203、第四晶体管204及第一电流源210具有如同于习知的转导电路中差动放大器的功能。惟不同的是本发明的较佳实施例中的区域负反馈回路，可以轻易的实现较大的回路增益(loop gain)，因此可以也具有较佳的线性度。
然而本发明的另一较佳实施例为如图3所示，其中第二晶体管302的汲极用以连接输出晶体管305的闸极及第一电流源310，而第三晶体管303的源极接地且第三晶体管303的汲极连接至第二晶体管302的源极。第一晶体管301的源极则连接至输出晶体管305的源极，且第一晶体管301的汲极亦同时连接第二晶体管302的源极及第三晶体管303的汲极。
于此另一较佳实施例中，第一晶体管301与输出晶体管305为P型互补金属氧化物半导体晶体管，而第二晶体管302、第三晶体管303则为N型互补金属氧化物半导体晶体管。然而当第一晶体管301与输出晶体管305以N型互补金属氧化物半导体晶体管实施时，则第二晶体管302及第三晶体管303必须以P型互补金属氧化物半导体晶体管实施，但是其动作原理不变。
其中，当输入电压VIP下降了ΔV，则第一晶体管301的电流将增加，则Vcp将会上升，因此第二晶体管302的电流将会减少因而造成Vfp下降造成输出晶体管305的电流增加因而让Vxp下降，因此整个回路仍然为区域负反馈回路。
当图3所示的电路于平衡状态时，第一晶体管301流过的电流应为第一电流源310所提供的电流值I1，所以输出晶体管305流经的电流为I-ΔI，因此输出电流应为-ΔI，其中ΔI＝ΔV/R，因此转导器的转导应为Gm＝1/R。
因此于图3中，第一晶体管301、第三晶体管303、第二晶体管302及第一电流源310具有如同于习知转导电路中差动放大器的功能。惟不同的是本发明的较佳实施例中的区域负反馈回路，可以轻易的实现较大的回路增益(loop gain)，因此可以也具有较佳的线性度。
根据以上所述本发明的互补金属氧化物半导体转导电路利用一区域负反馈回路来取代使用操作放大器的一般转导电路，用以兼顾高线性度与高频特性。并使其可稳定应用其高线性及高频的特性，尤其是应用于设计一具高线性度与高频的互补金属氧化物半导体转导电容滤波器上。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，包括一输出晶体管，该输出晶体管的闸极用以接受一第一电流源的输入，而该输出晶体管的源极用以接受一第二电流源的输入，并且由该输出晶体管的汲极输出电流；一电阻，是连接该输出晶体管的源极；及一区域负反馈电路，是将该输出晶体管的闸极负反馈连接至该输出晶体管的源极，并使得该互补金属氧化物半导体转导电路的转导值为该电阻值的倒数。
2.如权利要求1所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，所述的输出晶体管为一互补金属氧化物半导体晶体管。
3.如权利要求1所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，所述的区域负反馈电路包括一第一晶体管，该第一晶体管的源极连接至该输出晶体管的源极；一第二晶体管，该第二晶体管的汲极用以连接该输出晶体管的闸极；及一第三晶体管，该第三晶体管的源极接地且该第三晶体管的汲极连接至该第二晶体管的源极，且该第一晶体管的汲极亦同时连接该第二晶体管的源极及该第三晶体管的汲极。
4.如权利要求3所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，所述的输出晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第一晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第二晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第三晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管。
5.如权利要求3所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，所述的输出晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第一晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第二晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第三晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管。
6.如权利要求3所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，还包括一第四晶体管，使得该第一晶体管的汲极更改连接至该第四晶体管的汲极，且该第四晶体管的闸极与该第三晶体管的闸极连接。
7.一种互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，包括一输出晶体管，该输出晶体管的闸极用以接受一第一电流源的输入，而该输出晶体管的源极用以接受一第二电流源的输入，并且由该输出晶体管的汲极输出电流；一电阻，是连接该输出晶体管的源极；一第一晶体管，该第一晶体管的源极连接至该输出晶体管的源极；一第二晶体管，该第二晶体管的汲极用以连接该输出晶体管的闸极；及一第三晶体管，该第三晶体管的源极接地且该第三晶体管的汲极连接至该第二晶体管的源极，且该第一晶体管的汲极亦同时连接该第二晶体管的源极及该第三晶体管的汲极。
8.如权利要求7所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，还包括一第四晶体管，使得该第一晶体管的汲极更改连接至该第四晶体管的汲极，且该第四晶体管的闸极与该第三晶体管的闸极连接。
9.如权利要求8所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，还包括一跳线由该第四晶体管的汲极短路至该第四晶体管的闸极。
10.如权利要求9所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，所述的输出晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第一晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第二晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第三晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第四晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管。
11.如权利要求9所述的互补金属氧化物半导体转导电路，其特征在于，所述的输出晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第一晶体管为一N型互补金属氧化物半导体晶体管、第二晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第三晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管、第四晶体管为一P型互补金属氧化物半导体晶体管。
全文摘要
本发明提出一互补金属氧化物半导体(CMOS)转导电路，用以同时提供高速与高线性度的特性，其包含一输出晶体管，此输出晶体管的源极用以接受电流源的输入，而输出晶体管的闸极用以接受另一电流源的输入，并且由输出晶体管的汲极输出电流；一电阻，是连接输出晶体管的源极；及一区域负反馈电路，是将输出晶体管的闸极负反馈连接至输出晶体管的源极，并使得此互补金属氧化物半导体转导电路的转导值为电阻值的倒数。
文档编号H03F1/34GK1459924SQ02120450
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者楼志宏 申请人:财团法人工业技术研究院