[发明专利]一种适用于超低电压的低功耗宽带共模信号检测电路

说明书

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，包括电位转移电路、互补源极跟随器电路、电容和共模辅助检测电路；电位转移电路包括偏置电流镜、第一电阻R1~第四电阻R4，互补源极跟随器电路包括第一晶体管M1~第四晶体管M4。第一晶体管~第四晶体管M4的源极互相连接在一起组成共模检测电路的输出节点Vout0；第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极和体端均与电源电压VDD相连，第三晶体管M3和第四晶体管M4的体端和漏极均与地VSS相连；电容包括第一电容C1和第二电容C2；共模辅助检测电路包括第九晶体管M9~第十二晶体管M12以及第五电阻R5、第六电阻R6。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路。

背景技术

随着对低功率便携式电子产品需求的不断增长，基于超低电源电压的电路设计逐渐流行起来。但是超低电源电压引起了动态范围和信噪比的迅速下降。一种缓解方法是使用全差分电路。在全差分电路中，共模电压检测电路需要提取输出信号的共模分量并反馈给共模环路从而设置正确的直流工作点。一个好的共模检测电路不应该降低差分信号增益与带宽，同时具有较大的电压检测范围，比如轨到轨。此外，共模检测电路也应该只响应共模信号以避免线性度性能的恶化。

设计一个工作在超低电源电压的共模信号检测电路是比较困难的。最线性和最简单的解决方案是直接使用两个电阻作为共模信号检测器。然而，在超低电源电压的情况下，输出级电流只有几微安培，因此输出级晶体管的输出电阻高达几兆欧姆，需要阻值非常大的检测电阻以避免增益的降低。这将导致非常大的硅面积消耗，增加芯片的成本。基于差分对的共模检测电路和基于源跟随器的共模检测电路也被广泛使用，但线性度是其中最差的。

另一种检测方法是基于源极跟随器电路，该方法的一大优势是它对放大器的输出级没有加载效应，不会降低放大器的直流增益。尽管如此，源极跟随器的输入信号范围是有限的，即电源电压和一个阈值电压的差值。但是对于超低电源电压应用，阈值电压大于电源电压，也即这个源极跟随器的输入范围是不存在的。

解决该问题的一种方法是使用所述的互补源极跟随器。为方便说明，该电路如图1所示。虽然互补源极跟随器实现了宽共模电压检测范围的问题，但是由于图1中晶体管M1至M4的栅源电压为0，所以源极跟随器工作在截止区，流过源极跟随器的电流极小，它只具有非常窄的带宽，流过的电流为漏电流，根据文献《Modern Semiconductor Devices forIntegrated Circuits》，其大小为纳安级别，具体可以由以下式子表示：

等式（1）

在上述等式（1）中，W是晶体管的宽度，L是晶体管的长度，q是一个电子的电量大小，是玻尔兹曼常数，T是环境温度，是晶体管的阈值电压，η是晶体管的斜率因子。极低的电流会导致共模检测速度非常慢，因此，共模反馈环路的响应速度也将变得非常缓慢，这会降低在相对较高的频带上的噪声性能和共模信号的抑制能力。此外，由于该电流决定了源极跟随器的直流工作点，共模检测电路检测出的共模电压受温度和工艺角的影响变化很大，这会导致不同温度和工艺角的情况下，检测出的共模电压剧烈变化。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有的互补源极跟随器共模检测电路存在的低带宽，检测出的共模电压对工艺角和温度十分敏感的问题，提出一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，该电路与传统检测器相比，有轨到轨的电压检测范围，不会加载放大器的输出，较大的带宽和对温度以及工艺角不敏感的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种适用于超低压的低功耗宽带共模信号检测电路，包括电位转移电路、互补源极跟随器电路、电容和共模辅助检测电路；