[发明专利]用于CMOS信号路径的前馈电流补偿

说明书

一种集成电路，具有耦合用于接收数据信号的CMOS信号路径。补偿电路耦合到CMOS信号路径的电源轨，用于将补偿电流注入电源轨。补偿电路可以是电荷泵，其响应于数据信号而工作，以在每次数据信号转换时将补偿电流注入电源轨。补偿电路可以是副本CMOS信号路径，以便在每次数据信号转换时将补偿电流注入电源轨。补偿电路可以是电压调节器和电流镜像，该电流镜像包括耦合到电压调节器的输入。副本CMOS信号路径从电压调节器接收工作电势。电流镜像的输出在每次数据信号变换时将补偿电流注入电源轨。

本发明是申请日为2020年08月18日、申请号为202010830321.X、发明名称为“用于CMOS信号路径的前馈电流补偿”的分案申请，该母案申请要求2019年09月04日提交到美国专利局的申请号为16/560,583的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及一种CMOS IC，并且更具体地涉及一种用于CMOS信号路径的前馈电流补偿方案。

背景技术

在处理高速串行数据的互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路(IC)中，在高速串行数据信号路径中采用CMOS逻辑式电路元件(例如反相器(inverter)和逻辑门)是有效的。CMOS逻辑式电路的电源电流响应于输入数据中的逻辑转换而迅速变化。

图1示出了通过IC传播高速串行差分数据的常规CMOS信号路径50。电压调节器52包括放大器54，该放大器54在其反相输入端接收参考电压V_REF。放大器54的输出端耦合到晶体管56的栅极。晶体管56的漏极耦合到以正电势V_DD工作的电源导体58，并且晶体管56的源极耦合到节点60。放大器54的同相输入端耦合到节点60，节点60用作电源轨以维持调节后的输出电压V_REG。CMOS信号路径50在端子70处接收输入数据信号DATA IN，并在端子72处接收DATA IN的补码。DATA IN通过反相器或缓冲器80的串联耦合传播，所述反相器或缓冲器80从V_REG接收正工作电势，并从电源导体82接收接地工作电势。DATA IN的补码通过串联耦合的反相器或缓冲器84传播，串联耦合的反相器或缓冲器84从V_REG接收正工作电势，从电源导体82接收接地工作电势。在输出端子92上看到有效负载电容90，在输出端子96上看到有效负载电容94。电容器98耦合在节点60和电源导体82之间。

向串联反相器80和84供电的电压调节器52难以应对来自其负载的对电荷的大且瞬时的需求。典型调节器的有限的带宽以及片上去耦电容器的有限的尺寸，可能导致调节器无法在电流需求快速变化的情况下保持恒定的电源电压，表现为调节后的电源电压的变化，也称为纹波。电源轨中的纹波会增加端子92和96处的输出数据信号中的抖动，因为纹波会调制CMOS逻辑电路的传播延迟。低抖动很重要，特别是在数据速率较高的情况下。对于使用CMOS逻辑电路的高速串行数据信号路径50，期望减小V_REG中的纹波，目的是减小输出信号中的抖动。

对于具有相当大的负载电容或很多级和/或以高数据速率工作的信号路径，绝对电源电流I_SUP可能会很大，因此短期电源电流消耗中的绝对峰峰值变化也可能很大。生成用于电源轨60的V_REG的电压调节器52可以位于CMOS IC内部，特别是在IC包含以各种不同电源电压工作的多种功能的情况下，或者在需要专用电源进行噪声隔离的应用中。如果电压调节器52不能立即响应其负载电流的变化，则调节后的电压V_REG会偏离其标称值。因此，数据信号内容中的短期变化会导致电源电压上的纹波。

CMOS逻辑电路的特征在于其传播延迟随电源电压而变化。因此，如果电源电压的瞬时值根据数据内容而变化，则CMOS信号路径的传播延迟会不断变化，这表现为CMOS信号路径50的输出端子92和96处的时序抖动。对于系统处理高速串行数据信号，抖动对性能而言至关重要。因此，CMOS信号路径50的电源电压上的纹波是不期望的。

发明内容