[发明专利]一种高摆幅的增益自举反相器及其应用

说明书

本公开提供了一种高摆幅的增益自举反相器，包括：级联反相器包括：MOS器件M1、M2、M3及M4；第一折叠式共源共栅增益自举电路包括：MOS器件M5、M7、M9及M11；第二折叠式共源共栅增益自举电路，包括：MOS器件M6、M8、M10及M12；其中，第一折叠式共源共栅增益自举电路20与M3构成电流‑电压反馈环路，用于提高M3的输出阻抗；第二折叠式共源共栅增益自举电路30与M4构成电流‑电压反馈环路，用于提高M4的输出阻抗。本公开还提供了一种高摆幅的增益自举反相器在高精度低功耗sigma‑delta调制器、低电压低功耗运算放大器、可穿戴设备及RFID上的应用。

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，具体涉及一种高摆幅的增益自举反相器及其应用。

背景技术

为了满足便携式电子产品的迫切需求以及大型电子系统的节能需要，低压低功耗设计已经成为未来集成电路发展的主流方向。工艺尺寸和电源电压的不断减小能够有效地降低数字的功耗。但是对于模拟/数模混合IC而言，由于MOS管的阈值电压不可能与电源电压等比例缩小(由于漏电流等原因)，而且模拟/数模混合IC同时受到速度、精度、摆幅、温漂、噪声及抗干扰等性能方面的约束，模拟IC的低压低功耗设计面临巨大的挑战。其中，作为模拟电路的主要组成模块运算放大器的设计更是降低功耗和电源电压的主要瓶颈所在。

采用工作在亚阈值区的反相器来代替传统的运算放大器是解决低压低功耗设计难题的一种有效手段。它具备结构简单，而且输入管在大多数时间内都工作在亚阈值区，大大降低了电源电压和系统功耗的优势。但是，传统C类反相器相对运算放大器而言增益偏低(一般在60dB以下)，限制了C类反相器的应用范围。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种高摆幅的增益自举反相器及其应用，旨在解决级联C类反相器直流增益过小、传统增益自举C类反相器输出摆幅过小以及传统增益自举C类反向器对工艺要求高等技术问题。

本公开的第一个方面提供了一种高摆幅的增益自举反相器，包括：级联反相器，包括：MOS器件M1、M2、M3及M4；其中，M1与M2构成输入对管，M1与M2的栅极分别与输入偏置连接，M1的源极及漏极分别与第一电源电压及M3的源极连接，M4的源极及漏极分别与M2的漏极及M3的漏极连接，M4与M3的漏极接输出端；第一折叠式共源共栅增益自举电路，包括：MOS器件M5、M7、M9及M11；其中，M5作为输入管，其栅极与M1的漏极连接，漏极分别与M7的漏极及M9的源极连接，源极与M11的源极连接并接地；M7的源极与第一电源电压连接；M9的漏极与M11的漏极连接；M7、M9及M11的栅极分别与偏置电路连接；第二折叠式共源共栅增益自举电路，包括：MOS器件M6、M8、M10及M12；其中，M6作为输入管，其栅极与M2的漏极连接，源极与第二电源电压连接，漏极分别与M8的漏极及M10的源极连接；M12的源极与第二电源电压连接；M12的漏极分别与M10的漏极及M4的栅极连接；M8的源极与M2的源极连接并接地；M12、M10及M8的栅极分别与偏置电路连接。

进一步地，M5为NMOS管，其中，第一折叠式共源共栅增益自举电路为N型折叠式共源共栅增益自举电路。

进一步地，M6为PMOS管，其中，第二折叠式共源共栅增益自举电路为P型折叠式共源共栅增益自举电路。

进一步地，M1、M3、M7、M9及M12均为PMOS管；M2、M4、M8、M10及M11均为NMOS管。

进一步地，第一折叠式共源共栅增益自举电路与M3构成电流-电压反馈环路，该反馈环路用于提高M3的输出阻抗。

进一步地，第二折叠式共源共栅增益自举电路与M4构成电流-电压反馈环路，该反馈环路用于提高M4的输出阻抗。

进一步地，该增益自举反相器的直流增益满足：