用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随器。源极跟随器包括：主源极跟随器、子源极跟随器和电流源偏置电路，电流源偏置电路为主源极跟随器以及子源极跟随器提供恒定大小的电流；主源极跟随器的第一MOS管由子源极跟随器提供相应的随着输入信号变化的偏置电压，以使得第一MOS管处于饱和工作状态；主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受第一MOS管的控制，抵消第二MOS管相应变化的源端电压以使得第二MOS管具有恒定的源漏电压差。本发明主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受第一MOS管的控制，抵消第二MOS管相应变化的源端电压以使得第二MOS管具有恒定的源漏电压差，进一步地使得作为输入管的第二MOS管的跨导不受输入信号的影响，第二MOS管的跨导保持为一个固定值，进而提高了源极跟随器的线性度。
【专利说明】
用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随器
技术领域
[0001] 本发明设及模拟集成电路设计领域，具体而言，本发明设及用于模数转换器输入 信号驱动的高线性度源极跟随器。
【背景技术】
[0002] 现有的模数转化器是模拟信号和数字信号之间的重要接口。随着数字信号处理技 术的发展，对模数转换器性能的要求越来越高，不仅需要模数转换器对输入信号具有良好 的驱动能力外，还需要相应的源极跟随器具有良好的线性度。
[0003] 源极跟随器是一种常用的低功耗的宽带输入信号驱动器，如图1所示。如图2所示 为N型源极跟随器的典型结构示意图。如图2所示，N型源极跟随器的典型结构具体为：由N型 MOS管m和N型MOS管M2构成一个典型的N型源极跟随器，其中，N型MOS管M2为输入管，N型MOS 管Ml栅端接偏置电压VB，偏置电压VB的作用为:通过调整偏置电压VB的电压变化范围W保 证N型MOS管Ml和N型MOS管M2均处于饱和状态。N型MOS管Ml相当于一个N型电流源，其输出阻 抗趋于无穷大，因而N型MOS管Ml对源极跟随器的线性度的影响很小。鉴于沟道长度调制效 应，根据饱和态的电流公式得到N型MOS管M2的电流为
其 中，山为N型MOS管M2的迁移率，Cox为单位面积的栅氧化层电容，Vgs2为N型MOS管M2的栅源电 压差，Vth2为N型MOS管M2的阔值电压，Vds2为N型MOS管M2的漏源电压差，A为N型MOS管M2的沟 道长度调制系数。
[0004] 根据如图2所示的电路结构，有VgS2 = Vin-Vcmt，VdS2 = V孤-Vcmt。进一步地，根据源极 跟随器的特点，Vcmt随Vin变化而变化，根据VGS2 = Vin-V〇ut，因而VgS2是一个固定值;而VdS2随Vin 发生变化，由于N型MOS管M2的电琉
因而导致N型MOS管M2 的电流随着输入信号Vin的变化而变化。更进一步地，由于跨导跟电流的关系为：
，进而进一步地影响了作为输入管的N型MOS管M2的跨导随着输入信号的变 化而变化，造成了应用于模数转换器中的源极跟随器的线性度衰减。基于目前源极跟随器 的线性度的随着输入信号而衰减的性能，影响了模数转换器的性能，从而限制了模数转换 器的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例在于提供一种用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随 器，该源极跟随器的主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受第一 MOS管的控制W抵消第二 MOS管相应变化的源端电压W使得第二MOS管具有恒定的源漏电压差，从而提高了源极跟随 器的线性度。
[0006] 本发明提供了一种源极跟随器，所述源极跟随器包括主源极跟随器、子源极跟随 器和电流源偏置电路，
[0007] 电流源偏置电路包括第一电流源偏置电路和第二电流源偏置电路，第一电流源偏 置电路为主源极跟随器提供恒定大小的电流，第二电流源偏置电路为子源极跟随器提供恒 定大小的电流；
[0008] 主源极跟随器的第一 MOS管由子源极跟随器提供相应的随着输入信号变化的偏置 电压，W使得第一MOS管处于饱和工作状态；
[0009] 主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相应 变化的源端电压W使得第二MOS管具有恒定的源漏电压差。
[0010] 优选的，主源极跟随器的第一MOS管的源端电压跟随第一MOS管的栅端电压变化。
[0011] 优选的，主源极跟随器的第二MOS管的源端电压跟随第二MOS管的栅端电压变化。 [001 ^ 优选的，主源极跟随器为N型源极跟随器。
[OOU] 优选的，主源极跟随器为P型源极跟随器。
[0014]优选的，子源极跟随器为P型源极跟随器。
[001引优选的，子源极跟随器为N型源极跟随器。
[0016] 本发明实施例提供了一种用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随器， 该源极跟随器的主源极跟随器的第一 MOS管由子源极跟随器提供相应的随着输入信号变化 的偏置电压，W使得第一MOS管处于饱和工作状态;主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压 受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相应变化的源端电压W使得第二MOS管具有恒定的源 漏电压差，进一步地使得作为输入管的第二MOS管的跨导不受输入信号的影响，第二MOS管 的跨导保持为一个固定值，因而使得整体源极跟随器的电路的线性度得W提高，从而满足 了目前模数转换器对输入信号线性度的要求。
【附图说明】
[0017] 图1是现有技术中应用于模数转换器中的源极跟随器的结构示意图；
[0018] 图2是现有技术中的N型源极跟随器的结构示意图；
[0019] 图3是本发明实施例提供的源极跟随器的结构示意图；
[0020] 图4是现有技术中的P型源极跟随器的结构示意图；
[0021] 图5是本发明实施例提供的另一源极跟随器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0023] 在本发明实施例提供的源极跟随器包括：主源极跟随器、子源极跟随器和电流源 偏置电路，
[0024] 电流源偏置电路包括第一电流源偏置电路和第二电流源偏置电路，第一电流源偏 置电路为主源极跟随器提供恒定大小的电流，第二电流源偏置电路为子源极跟随器提供恒 定大小的电流；
[0025] 主源极跟随器的第一 MOS管由子源极跟随器提供相应的随着输入信号变化的偏置 电压，W使得第一MOS管处于饱和工作状态；
[00%]主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相应 变化的源端电压W使得第二MOS管具有恒定的源漏电压差，其中，主源极跟随器的第二MOS 管的漏端与第一 MOS管的源极相接。
[0027] 需要说明的是，在本申请所提供的实施例中，子源极跟随器在整个源极跟随器中 的作用是为主源极跟随器中的第一MOS管提供相应的偏置电压，W保证第一MOS管处于饱和 工作状态，与此同时，该偏置电压还能够随着输入信号的变化而相应的发生变化。
[0028] 主源极跟随器为一个N型源极跟随器，主源极跟随器也可W为一个P型源极跟随 器，其中，主源极跟随器的第一MOS管的源端电压跟随第一MOS管的栅端电压变化而变化，与 此对应的，主源极跟随器的第二MOS管的源端电压跟随第二MOS管的栅端电压变化而变化， 运样，主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受第一 MOS管的控制W抵消第二MOS管相应变 化的源端电压W使得第二MOS管的源漏电压和输入信号无关，第二MOS管具有恒定的源漏电 压差。
[0029] 参见附图2的相关描述，基于跨导跟电流的关系为
，由于第二MOS管 的源漏电压和输入信号无关，并且第二MOS管的源漏电压差保持不变。进一步地使得作为输 入管的第二MOS管的跨导不受输入信号的影响，第二MOS管的跨导保持为一个固定值，因而 使得整体源极跟随器的电路的线性度得W提高，从而满足了目前模数转换器对输入信号线 性度的要求。
[0030] 本发明实施例提供的源极跟随器的主源极跟随器的第一 MOS管由子源极跟随器提 供相应的随着输入信号变化的偏置电压，W使得第一MOS管处于饱和工作状态;主源极跟随 器的第二MOS管的漏端电压受第一MOS管的控制，抵消第二MOS管相应变化的源端电压W使 得第二MOS管具有恒定的源漏电压差，进一步地使得作为输入管的第二MOS管的跨导不受输 入信号的影响，进而提高了应用于模数转换器中的源极跟随器的线性度。
[0031] 在本发明提供的实施例中，主源极跟随器的第一 MOS管的源端电压跟随第一 MOS管 的栅端电压变化。
[0032] 在本发明提供的实施例中，主源极跟随器的第二MOS管的源端电压跟随第二MOS管 的栅端电压变化。
[0033] 在本发明提供的实施例中，主源极跟随器为N型源极跟随器。
[0034] 在本发明提供的实施例中，主源极跟随器也可W为P型源极跟随器。
[0035] 在本发明提供的实施例中，子源极跟随器为P型源极跟随器。
[0036] 在本发明提供的实施例中，子源极跟随器也可W为N型源极跟随器。
[0037] 如图3所示，为本发明实施例提供的源极跟随器的结构示意图。图3中图示为：101、 主源极跟随器，102、子源极跟随器，103、电流源偏置电路。
[003引如图3所示，主源极跟随器由N型MOS管M3、N型MOS管M4和N型MOS管M5组成。
[0039] N型MOS管M3、N型MOS管M4和N型MOS管M5之间具体的连接方式为，N型MOS管M3的源 端接到地，N型MOS管M3的漏端与N型MOS管M4的源端相连。如图3所示，Vout作为主源极跟随 器的输出端，N型MOS管M3的栅端接偏置电压VB2"N型MOS管M3在主源极跟随器中相当于一个 N型恒流源，为主源极跟随器提供恒定大小的电流。
[0040] N型MOS管M4作为输入管，在N型MOS管M4的栅端，接收输入信号Vin，N型MOS管M4的 漏端与N型MOS管M5的源端相接。
[0041 ] N型MOS管M5的漏端与电源VDD相连，N型MOS管M5的栅端与子源极跟随器的输出端 Vout I相接。
[0042] 需要说明的是，主源极跟随器是典型的N型源极跟随器。
[0043] 进一步地，如图3所示，子源极跟随器由P型MOS管M6和P型MOS管M7组成。
[0044] N型MOS管M6和N型MOS管M7之间具体的连接方式为，P型MOS管M6的漏端接到地，在P 型MOS管M6的栅端，接收输入信号Vin, P型MOS管M6的源端与P型MOS管M7的漏端相接，连接点 延伸至子源极跟随器的输出端Voutl,输出端Voutl进一步延伸，并与主源极跟随器中N型 MOS管M5的栅端相连。
[0045] P型MOS管M7的源端与电源VDD相连，P型MOS管M7在栅端与偏置电压VBl相连。P型 MOS管M7相当于一个P型恒流源，为子源极跟随器提供恒定大小的电流。
[0046] 需要说明的是，子源极跟随器是典型的P型源极跟随器。
[0047] 电流源偏置电路包括:偏置电压VBl W及偏置电压VB2。
[004引具体而言，P型MOS管M8和电流源Il产生子源极跟随器的偏置电压VBl，N型MOS管M9 和电流源12产生相应的主源极跟随器的偏置电压VB2。
[0049] 电流源偏置电路中的P型MOS管M8和电流源Il的连接关系为，P型MOS管M8的源端接 V孤，P型MOS管M8的漏端与栅端、电流源11的一端相连W产生偏置电压VB1，电流源11的另一 端接地。
[0050] 电流源偏置电路中的N型MOS管M9和电流源12的连接关系为，N型MOS管M9的源端接 地，N型MOS管M9的漏端与栅端、电流源12的一端相连W产生偏置电压VB2,电流源12的另一 端接地。
[0051] 需要说明的是，偏置电压VBl可W有多种实现形式，例如，第一电流源偏置电路为 电流源偏置电流电路。
[0052] 进一步地，偏置电压VB2页可W有多种实现形式，例如，第二电流源偏置电路为电 流源偏置电流电路。
[0053] 在本发明的实施例中，子源极跟随器为第一N型MOS管提供相应的随着输入信号变 化的偏置电压，W使得第一N型MOS管处于饱和工作状态。
[0054] 需要说明的是，在使得第一 N型MOS管处于饱和工作状态时，在保证各个MOS管处于 饱和工作状态的要求是，只要不影响输出信号的幅值，只需要同种类型的MOS管即可，运样 即可提高电路的可靠性。
[0055] 具体而言，子源极跟随器在电路中，为相应的主源极跟随器中N型MOS管M5提供相 应的偏置电压。该偏置电压能够保证N型MOS管M5处于饱和工作状态，与此同时，该偏置电压 还能够随着输入信号的变化而相应的发生变化。
[0056] 其中N型MOS管M4和N型MOS管M5各自的源端电压均具有跟随其各自栅端电压变化 的特点，因而使得N型MOS管M4的源漏电压差保持不变，从而使得输入管M4的跨导不变，从而 达到提高输入缓冲器线性度的目的。
[0057] 更进一步地，子源极跟随器为一个典型的P型源极跟随器，子源极跟随器在整个源 极跟随器中的作用是为主源极跟随器中的N型MOS管M5提供相应的偏置电压Voutl，W保证N 型MOS管M5处于饱和工作状态，与此同时，该偏置电压还能够随着输入信号的变化而相应的 发生变化，偏置电压Voutl = Vin+VSG, M6。
[0化引主源极跟随器为一个N型源极跟随器，其中，N型MOS管M4和N型MOS管M5的源端电压 均具有跟随其各自的栅端电压变化的特点，具体如下所示：
[0059 ] Vd, M4 = Voutl-Vcs, M5, Vs, M4 = Vin-Vcs, M4,
[0060] Vds, M4 = Vd, M4-Vs,M4 = Voutl-Vcs, MS-Vin-Vcs, M4,
[0061 ] Vds, M4 = Vin+VsG,M6-VGS,M5-Vin-Vcs, M4 = VsG,M6-VgS,M5-VgS,M4
[0062] 通过上述公式可W获知:N型MOS管M4的源漏电压和输入信号无关，并且N型MOS管 M4的源漏电压差保持不变，从而使得输入管M4的跨导不变，进而达到提高输入缓冲器线性 度的目的。
[0063] 如图3所示，详细说明该源极跟随器具有高线性度的具体机理如下所述:首先，保 证该源极跟随器中的所有的MOS管均处于饱和工作状态。
[0064] 其次，根据源极跟随器的特点可W获知:Vwti和Vout均随着输入信号Vin的变化而变 化。与此同时，主源极跟随器中N型MOS管M5的源极电压，即输入管M4的漏极电压，均是跟随 Vin变化的，因而输入管M4的栅源电压差和漏源电压差均是一个固定值，'\^,1\14 = ￥5日,1\16-'\^,1\15- Vgs, M4，因而流过输入管M4的漏源电流保持不变。
[00化]进一步地，根据处于饱和区的MOS管的电流跟其对应的跨导的关系
可知，输入管M4的跨导保持为一个固定值，因而使得整体源极跟随器的电路的线性度得W 提高，从而满足了目前模数转换器对输入信号线性度的要求。
[0066] 如图4所示，为现有技术中的P型源极跟随器的结构示意图。图4的结构可W参照图 2的具体结构，在此不再寶述，请参见图2的具体结构的相关描述。
[0067] 如图5所示，为本发明实施例提供的另一源极跟随器的结构示意图。如图5所示，图 5中的源极跟随器采用P型输入管来实现相应的P型源极跟随器。
[0068] 本发明实施例所提供的P型源极跟随器的结构与如图3所示的结构相似，不同之处 在于采用的MOS管类型完全相反。图5所示的源极跟随器的具体结构可W参照图3所示的具 体结构，在此不再寶述，请参见图3的具体结构的相关描述。
[0069] 本发明实施例所提供的用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随器的 电流源偏置电路分别为主源极跟随器、子源极跟随器提供相应的恒定大小的电流;主源极 跟随器的第二N型MOS管的源端电压、第一 N型MOS管的源端电压分别跟随相应的栅端电压变 化，W使得第二N型MOS管具有相应的恒定的漏源电压差来提高源极跟随器的线性度。
[0070] 在实际应用中，上述源极跟随器还可W用于制造包括上述源极跟随器的设备，具 体细节参照相应的描述，在此不再寶述。
[0071] W上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，W上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明 的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于模数转换器输入信号驱动的高线性度源极跟随器，其特征在于，包括:主源 极跟随器、子源极跟随器和电流源偏置电路， 所述电流源偏置电路包括第一电流源偏置电路和第二电流源偏置电路，所述第一电流 源偏置电路为所述主源极跟随器提供恒定大小的电流，所述第二电流源偏置电路为所述子 源极跟随器提供恒定大小的电流； 所述主源极跟随器的第一 MOS管由所述子源极跟随器提供相应的随着输入信号变化的 偏置电压，以使得所述第一 MOS管处于饱和工作状态； 所述主源极跟随器的第二MOS管的漏端电压受所述第一 MOS管的控制以抵消所述第二 MOS管相应变化的源端电压以使得所述第二MOS管具有恒定的源漏电压差。2. 根据权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述主源极跟随器的第一 MOS管的源端电压跟随所述第一 MOS管的栅端电压变化。3. 根据权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述主源极跟随器的第二 MOS管的源端电压跟随所述第二MOS管的栅端电压变化。4. 根据权利要求1至3任一所述的源极跟随器，其特征在于，所述主源极跟随器为N型源 极跟随器。5. 根据权利要求1至3任一所述的源极跟随器，其特征在于，所述主源极跟随器为P型源 极跟随器。6. 根据权利要求1所述的源极跟随器，其特征在于，所述子源极跟随器为P型源极跟随 器。7. 根据权利要求1所述的源极跟随器，其特征在于，所述子源极跟随器为N型源极跟随 器。
【文档编号】H03M1/12GK105978568SQ201610340878
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】曹淑新, 张莉莉
【申请人】英特格灵芯片(天津)有限公司