一种AB类超源跟随电路及差分AB类超源跟随电路的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种ab类超源跟随电路及差分ab类超源跟随电路。

背景技术：

在半导体设计技术领域，跟随电路是非常常用的一个电路，一般情况下，采用源极跟随电路，源极跟随电路具有高输入阻抗和低输出阻抗，通常用作输入信号的缓冲级，基本的源极跟随电路包括一个mos管和一个电流源电路，但其输出阻抗还是有些高，不能满足要求，为了降低输出阻抗、输出与吸收大电流，增大功率，对基本源极跟随电路进行改进，构成ab类超源跟踪电路，如图1所示，在基本源极跟随电路上叠加镜像电流源电路、电容耦合电路，实现ab类交流输入的跟随，镜像电流源m3、m4的镜像端第三mos管m3连接到输入mos管m1的源极，在mos管的漏极连接电流源i2、输出mos管m2的栅极、耦合电容c1的一端，输出mos管m2实现了小的输出阻抗，耦合电容c1的另一端连接第三mos管m3的栅极，并通过电阻r1连接到镜像端第四mos管m4的栅极。输出mos管m2的漏极作为超源跟随电路的输出。

具体工作原理如下：在稳定状态下，电流源i1通过镜像电流源镜像到m1的源极。当输入信号减小时，m2的栅极电压增大，nmos晶体管m2从负载中吸收电流。同时，m2栅极电压通过电容器c1与m3栅极交流耦合，升高m3栅极电压，趋向于关闭pmos晶体管m3。当输入信号增大时，m2栅极将减小，同时m2栅极电压通过电容器c1与m3栅极交流耦合，降低m3栅极电压，趋向于打开pmos晶体管m3。在这种情况下，可以获得比恒流源i1更多的负载电流。大电阻r1用于使交流耦合能够暂时拉低m3的栅极。

虽然此ab类超源跟踪电路能够实现低输出阻抗、输出与吸收大电流，但由于使用电容c1进行交流耦合，当输入信号的频率很低或为直流时，电路无法工作。

因此，设计一种不受输入频率影响的跟随电路，是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种ab类超源跟随电路及差分ab类超源跟随电路，通过在基本源极跟随器电路的基础上，增加折叠电路扩展了输出级控制端电压的摆幅，通过ab类的偏压电路及输出级，减少了输出阻抗，增大了输出电流与吸收电流能力，提高了输出功率。直流耦合偏压电路的设置，实现了对任意频率的输入信号及直流信号输入的跟随，扩大了电路的使用范围。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种ab类超源跟随电路，包括输入电路、输出电路、折叠电路、偏压电路，输入电路的二端分别与折叠电路的第一端、输出电路的第一端连接，折叠电路的另一端、偏压电路的一端同时与输出电路的另一端连接，输入电路的输入端为ab类超源跟随电路的输入端，输出电路的第一端为ab类超源跟随电路的输出端；偏压电路用于对输出电路提供偏压设置，折叠电路用于扩展输出电路控制端的摆幅。

本发明进一步设置为：折叠电路的第二端、输出电路的第二端与偏压电路的第一端连接，折叠电路的第三端、输出电路的第三端与偏压电路的第二端连接。

本发明进一步设置为：折叠电路包括依次连接的偏置电路、折叠子电路，偏置电路用于对折叠子电路提供偏压，折叠电路用于扩展输出电路控制端的摆幅。

本发明进一步设置为：折叠子电路包括第二电流源电路、折叠级联的第四、第五n型晶体管，第四、第五n型晶体管的栅极或基极分别连接偏置电路的二个输出端，第四n型晶体管的源极或发射极连接第五n型晶体管的漏极或集电极，第四n型晶体管的源极或发射极为折叠电路的第三端，连接输出电路的第三端；第二电流源电路一端连接电源正端，其另一端为折叠电路的第二端，连接输出电路的第二端，第五n型晶体管的源极或发射极连接电源地；第二电流源电路用于为折叠级联的第四、第五n型晶体管提供偏压电流。

本发明进一步设置为：输入电路包括第一电流源电路、第一p型晶体管，第一电流源的一端连接电源正端，另一端连接第一p型晶体管的源极或发射极，第一p型晶体管的漏极或集电极连接折叠电路，其栅极或基极为输入电路的输入端。

本发明进一步设置为：偏压电路包括第一偏压子电路、第二偏压子电路、第一偏压输出子电路、第二偏压输出子电路；第一偏压子电路与第二偏压子电路并联连接，第一偏压子电路的输出端连接第一偏压输出子电路的控制端，第二偏压子电路的输出端连接第二偏压输出子电路的控制端，第一偏压输出子电路的第一、第二输出端分别与第二偏压输出子电路的第一、第二输出端连接，并分别作为偏压电路的第一、第二输出端。

本发明进一步设置为：第一偏压子电路包括第三电流源电路，第八、第九n型晶体管；第八、第九n型晶体管串联连接，第三电流源电路的一端连接电源正端，另一端连接第八n型晶体管的漏极与栅极或基极与集电极、第一偏压输出子电路的控制端，第八n型晶体管的源极或发射极连接第九n型晶体管的漏极与栅极或基极与集电极，第九n型晶体管的源极或发射极连接电源地；第二偏压子电路包括第四电流源电路，第十、第十一p型晶体管；第十、第十一p型晶体管串联连接，第十p型晶体管的源极或发射极连接电源正端，其漏极与栅极或基极与集电极连接第十一p型晶体管的源极或发射极，第十一p型晶体管的漏极与栅极或基极与集电极、第二偏压输出子电路的控制端连接第四电流源电路的一端，第四电流源电路的另一端连接电源地。

本发明进一步设置为：折叠电路的第二电流源电路、偏压电路的第三电流源电路与第四电流源电路，其输出电流值相等。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种差分ab类超源跟随电路，包括差分输入电路、差分输出电路、差分折叠电路、偏压电路，差分输入电路的二个输入端作为差分ab类超源跟随电路的正负输入端，其差分输出的第一、第二输出端作为差分ab类超源跟随电路的输出端，分别连接差分输出电路的两个输出端；其第三、第四输出端分别连接差分折叠电路的二个输入端；差分折叠电路的第一、第二输出端分别连接差分输出电路的第一、第二端，同时连接偏压电路的第一、第二端；其第三、四端输出端分别连接差分输出电路的第三、第四端，同时连接偏压电路的第三、第四端。

本发明进一步设置为：差分输入电路包括差分设置的两个输入电路；差分输出电路包括差分设置的两个输出电路；差分折叠电路包括差分设置的两个折叠电路；偏压电路包括第一偏压子电路、第二偏压子电路、第一偏压输出子电路、第二偏压输出子电路；第一偏压子电路与第二偏压子电路并联连接；第一偏压子电路的输出端连接第一偏压输出子电路的控制端；第二偏压子电路的输出端连接第二偏压输出子电路的控制端；第一偏压输出子电路的第一、第二输出端分别与第二偏压输出子电路的第一、第二输出端连接，并分别作为偏压电路的第一、第二输出端；第一偏压输出子电路的第三、第四输出端分别与第二偏压输出子电路的第三、第四输出端连接，并分别作为偏压电路的第三、第四输出端。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

1.本申请的ab类超源跟随电路，通过在输入电路的输出端设置折叠电路，扩展了输出电路控制端的摆幅，保证了跟随电路的输出幅度范围；

2.进一步地，本申请通过设置偏压电路，对输出电路提供偏压，保证了跟随器电路对所有频率的输入信号及直流信号都能够实现跟随，实现了输出电路对输入的完全跟随，克服了跟随器被信号频率限制的缺点；

3.进一步地，本申请的偏压电路采用电流源与晶体管串联的方式进行设置，通过调节电流源的大小，实现对输出级偏压电流的调节；

4.进一步地，本申请的折叠电路、偏压电路结合，实现了对跟随电路的负反馈，保证了跟随电路的稳定；

5.本申请的差分ab类超源跟随电路，采用同一个偏压电路，对差分的两部分提供偏压。

附图说明

图1是现有ab类超源跟随电路结构示意图；

图2是本发明的一个具体实施例的ab类超源跟随器电路结构方框示意图；

图3是本发明的一个具体实施例的ab类超源跟随器电路结构示意图；

图4是本发明的一个具体实施例的差分ab类超源跟随器电路结构方框示意图；

图5a、5b是本发明的一个具体实施例的差分ab类超源跟随器电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施例一

本发明的一种ab类超源跟随器电路，如图2所示，包括输入电路、输出电路、折叠电路、偏压电路，输入电路的输入端用于传输输入信号到跟随器电路中，输入电路的第一端连接输出电路的第一端并作为ab类超源跟随器电路的输出端，传输输出信号；输入电路的第二端连接折叠电路的第一端，输出电路的第二端连接折叠电路的第二端、偏压电路的第一端，输出电路的第三端连接折叠电路的第三端、偏压电路的第二端，偏压电路用于对输出电路进行偏压设置，折叠电路用于控制输出电路的摆幅。

具体实施例二

本申请的一种ab类超源跟随器电路，如图3所示，包括输入电路包括第一电流源i1、第一晶体管m1，第一晶体管m1的栅极作为跟随器电路的输入端,传输输入信号vin，其源极作为输入电路的第二端，连接第一电流源i1的输出端、输出电路的输出端vout，其漏极作为输入电路的第三端，连接折叠电路的串联第四晶体管m4、第五晶体管m5的连接点。第一电流源i1连接电源正端，为第一晶体管m1提供偏压电流。

其中，第一晶体管m1为p型mos管。

折叠电路包括偏置电路与折叠子电路，偏置电路用于对折叠子电路提供偏压bias1、bias2，偏置电路采用标准的级联电流镜偏压电路，图中未示出。折叠子电路包括第二电流源i2、第四晶体管m4、第五晶体管m5,第二电流源i2的输出端作为折叠电路的第二端，连接输出电路的第二端，第二电流源i2的电流通过偏压电路给第四晶体管m4、第五晶体管m5提供电流；第四晶体管m4的栅极连接偏压电路的bias1输出端，其源极作为折叠电路的第一端，连接第五晶体管m5的漏极，其漏极作为折叠电路的第三端，连接输出电路的第三端；第五晶体管m5的栅极连接偏压电路的bias2输出端，其漏极连接第四晶体管m4的源极，其源极连接电源地。第二电流源i2连接电源正端。

其中，第四晶体管m4、第五晶体管m5为n型mos管。

输出电路包括第三晶体管m3、第二晶体管m2,第三晶体管m3的源极接电源正，其漏极连接第二晶体管m2的漏极、输入电路的输出端、ab类超源跟随器电路的输出端；第二晶体管m2的源极连接电源地。第三晶体管m3、第二晶体管m2的栅极分别连接偏压电路的第一端、第二端。

其中，第三晶体管m3为p型mos管,第二晶体管m2为n型mos管。

偏压电路包括第一偏压子电路、第二偏压子电路、第一偏压输出子电路、第二偏压输出子电路。

第一偏压子电路包括第三电流源i3，串联连接的第八晶体管m8、第九晶体管m9；第三电流源i3的一端连接电源正端，其输出端连接第八晶体管m8的漏极与栅极、第一偏压输出子电路的控制端，第八晶体管m8的源极连接第九晶体管m9的漏极、栅极，第九晶体管m9的源极连接电源地。

其中，第八晶体管m8、第九晶体管m9为n型mos管。

第一偏压输出子电路包括第六晶体管m6，其栅极连接第三电流源i3的输出端、第八晶体管m8的漏极与栅极，其漏极作为偏压电路的第一端，连接第二电流源i2的输出端、输出电路的第二端，其源极作为偏压电路的第二端，连接折叠子电路的第三端、输出电路的第三端。

其中，第六晶体管m6为n型mos管。

第二偏压子电路包括第四电流源i4，串联连接的第十晶体管m10、第十一晶体管m11；第四电流源i4的一端连接电源地，其输入端连接第十一晶体管m11的漏极与栅极、第二偏压输出子电路的控制端，第十晶体管m10的漏极、栅极连接第十一晶体管m11的源极，其源极连接电流正端，第十一晶体管m11的漏极作为第二偏压子电路的输出端，连接第一偏压输出子电路。

其中，第十晶体管m10、第十一晶体管m11为p型mos管。

第二偏压输出子电路包括第七晶体管m7，其栅极连接第三电流源i4的输入端、第十一晶体管m11的漏极与栅极，其源极作为偏压电路的第二端，连接第二电流源i2的输出端、输出电路的第二端，其输出端作为偏压电路的第二端，连接折叠子电路的第三端、输出电路的第三端。

其中，第七晶体管m6为n型mos管。

第一偏压子电路与第二偏压子电路并联连接，第一偏压输出子电路的输入端、输出端分别与第二偏压输出子电路的输入端、输出端连接。

本ab类超源跟随器电路的工作原理如下：

经过晶体管m10/m11的电流流入第四电流源i4，给晶体管m7的栅极提供偏压电压，调整第四电流源i4的电流大小，能够实现对流过晶体管m3电流的控制。

同样地，第三电流源i3的电流流入晶体管m8/m9，给晶体管m3的栅极提供偏压电压，调整第三电流源i3的电流大小，能够实现对流过晶体管m2电流的控制。

合理地设置m2、m3、m6、m7、m8、m9、m10、m11的尺寸，能够实现对晶体管m2、m3的静态电流设置。

通过对晶体管m6、m7的电流控制，实现对晶体管m3/m2栅极电压的控制。晶体管m3导通大小，决定了输出电流的大小，而晶体管m2的导通大小，决定了吸收电流的大小。

当输入信号vin减小时，晶体管m1的电流趋向于增大，从而提高晶体管m4源极的电压，导致流过m4的电流趋向于减小，使晶体管m2栅极的电压增大，m2趋向于导通，m3趋向于截止，流过m2的电流增大，吸收更大的电流，反过来减小m1电流的增加，实现对流过晶体管m1电流的稳定。

当输入信号vin增大时，情况相反，m3趋向于导通，m2趋向于截止，流过m3的电流增大，输出更大的电流，同时实现对流过晶体管m1电流的稳定。

此电路的输出阻抗与现有超级源跟随器电路处于同一水平，nmos晶体管m2能够从负载中吸收大电流，pmos晶体管m3能够向负载提供大电流。由于没有交流耦合，此电路能够同时工作于交流和直流输入信号。不需要大的偏压电流，就能够实现向负载输出大电流。且偏压电路能够为多个超级源跟随电路共享。

在本申请的另一个具体实施例中，还包括对晶体管m2/m3的补偿电路，用于反馈环路的稳定。

在本申请的另一个具体实施例中，第二电流源i2、第三电流源i3、第四电流源i4，其输出电流值相等。

具体实施例三

本发明的一种差分ab类超源跟随器电路，如图4所示，包括第一输入电路、第二输入电路、第一输出电路、第一输出电路、第一折叠电路、第二折叠电路、偏压电路，包括第一输入电路、第二输入电路组成差分输入电路，其输入端分别作为输入信号的正负输入端；第一输出电路、第一输出电路组成差分输出电路，其输出端分别作为输出信号的正负输出端；第一折叠电路、第二折叠电路组成差分折叠电路，其控制端分别连接第一输入电路、第二输入电路的第二端；第一折叠电路的第二端、第三端连接第一输出电路的第二端、第三端，同时连接偏压电路的第一端、第二端；第二折叠电路的第二端、第三端连接第二输出电路的第二端、第三端，同时连接偏压电路的第三端、第四端。

具体实施例四

本发明的一种差分ab类超源跟随器电路，如图5a、5b所示，包括差分输入电路、差分输出电路、差分折叠电路、偏压电路。

第一输入电路包括第1a电流源i1a、第1a晶体管m1a；第二输入电路包括第1b电流源i1b、第1b晶体管m1b；第一输入电路与第二输入电路组成差分输入电路，第一输入电路结构、第二输入电路结构与具体实施例二中的输入电路结构相同。

第一输出电路包括第3a晶体管m3a、第2a晶体管m2a，第二输出电路包括第3b晶体管m3b、第2b晶体管m2b；第一输出电路与第二输出电路组成差分输出电路，第一输出电路、第二输出电路结构与具体实施例二中的输出电路结构相同。

第一折叠电路包括第2a电流源i2a、第4a晶体管m4a、第5a晶体管m5a；第二折叠电路包括第2b电流源i2b、第4b晶体管m4b、第5b晶体管m5b；第一折叠电路与第二折叠电路组成差分折叠电路，第一折叠电路、第二折叠电路结构与具体实施例二中的折叠电路结构相同。

偏压电路包括第一偏压子电路、第二偏压子电路、第一偏压输出子电路、第二偏压输出子电路。

第一偏压子电路的输出端连接第一偏压输出子电路的输入端，第二偏压子电路的输出端连接第二偏压输出子电路的输入端。

第一偏压子电路包括第三电流源、第八晶体管m8、第九晶体管m9；第二偏压子电路包括第四电流源、第十晶体管m10、第十一晶体管m11；第一偏压子电路、第二偏压子电路分别与具体实施例二中的第一偏压子电路、第二偏压子电路结构相同。

第一偏压输出子电路包括第6a晶体管m6a、第6b晶体管m6b，第6a晶体管m6a、第6b晶体管m6b的栅极连接在一起，作为第一偏压输出子电路的输入端。

第二偏压输出子电路包括第7a晶体管m7a、第7b晶体管m7b，第7a晶体管m7a、第7b晶体管m7b的栅极连接在一起，作为第二偏压输出子电路的输入端。

第6a晶体管m6a的漏极、源极分别与第7a晶体管m7a的源极、漏极连接，分别作为偏压电路的第一、第二端，分别与第一输出电路、第一折叠电路的相应端连接。

第6b晶体管m6b的漏极、源极分别与第7b晶体管m7b的源极、漏极连接，分别作为偏压电路的第三、第四端，分别与第二输出电路、第二折叠电路的相应端连接。

其中，第6a晶体管m6a、第6b晶体管m6b为n型晶体管，第7a晶体管m7a、第7b晶体管m7b为p型晶体管。

本电路从第一输入电路、第二输入电路的两个输入端传输输入信号，从第一输出电路、第二输出电路的两个输出端传输输出信号，以差的方式输入和输出。

本申请的具体实施例中以mos管为例进行了说明，结构同样适用于以三极管实现。n型mos管对应于n型三极管，p型mos管对应于p型三极管。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。