[发明专利]一种宽输入电压范围高线性度CMOS跨导单元电路

说明书

本发明公开了一种宽输入电压范围高线性度CMOS跨导单元电路，其包括偏置恒定电流源、差分输入级，以及输出电流镜，所述偏置恒定电流源包括第一PMOS管M4a、与第一PMOS管M4a匹配的第二PMOS管M5a、第三PMOS管M5b和与第三PMOS管M5b匹配的第四PMOS管M4b，所述差分输入级包括第五PMOS管M1a、与第五PMOS管M1a匹配的第六PMOS管M6a、第七PMOS管M6b和与第七PMOS管M6b匹配的第八PMOS管M1b，所述输出电流镜包括镜像对称的第一电流镜和第二电流镜，所述第一电流镜包括第一NMOS管M3a和第二NMOS管M2a，所述第二电流镜包括第三NMOS管M2b和第四NMOS管M3b。本发明具有共模输入范围宽、线性度高的特点，并且其跨导值可以调谐，能够用于实现增益可变的高线性度放大器、可调谐的Gm‑C积分器等。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及一种宽输入电压范围高线性度CMOS跨导单元电路。

背景技术

随着CMOS制造技术的快速进步，器件的特征尺寸不断减小，同时电源电压也不断降低，导致采用经典的差分对实现的跨导单元的共模输入电压范围受到限制。通常我们在差分对结构中引入源极退化电阻来改善跨导单元的线性度，在此基础上增强输入MOS对管的跨导并增加退化深度，还可以进一步改善跨导单元的线性度，但是它同样面临共模输入电压范围受限制的问题。

参见图1所示，是一个传统的基于源极退化-跨导提升原理的高线性度跨导单元的电路结构，M1管的源极电压跟随输入电压的变化，因此输入电压在电阻2R1上转化为电流，这个电流的绝大部分被M2管吸收并通过由M2管和M3管组成的电流镜电路镜像至输出端。这个经典跨导单元的等效跨导近似等于1/R1，因此可以获得确知的跨导值和高线性度性能。其最大共模输入电压可以表示为：VDD-Vdsat4-Vgs1，其中VDD表示电源电压，Vdsat4表示M4管的漏源饱和电压，Vgs1表示M1管的栅源电压。目前主流CMOS制造工艺的电源电压已降至1.8V、1.2V甚至以下，阈值电压和漏源饱和压降却不能同比例下降，因此留给输入电压的空间越来越小。实际上，共模输入电压的最大值是达不到VDD-Vdsat4-Vgs1这个值的，因为当M4漏源电压接近Vdsat4时，M4管的输出跨导开始增大，导致经M2管-M3管镜像至输出的电流增大。此时的等效跨导增大，但是不再主要由无源电阻决定，因此跨导的线性度恶化。

采用轨到轨运算放大器等固然可以实现大输入范围的线性跨导单元，但是功耗和硬件代价都很大，不符合日益复杂庞大的片上系统对基本模块低功耗和紧凑面积的要求。因此，对传统结构进行改进以获取更宽的输入范围是有重要意义的。

现代无线接收机设计中，对跨导单元输入范围的要求很高，因为普遍采用的基于复数信号处理原理的镜像抑制接收机中的滤波器和可变增益放大器需要同时处理输入信号和镜像信号，这对滤波器和可变增益放大器提出了高输入动态范围的要求，即共模输入电压范围宽、线性度高。随着无线通信技术的发展，信号带宽日益增加，Gm-C积分器逐渐成为实现滤波器的必要模块；此外，在线性跨导单元的输出端添加一个无源电阻即可实现一个高功耗效率高输入阻抗高线性度的可变增益放大器。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种宽输入电压范围高线性度CMOS跨导单元电路，具有共模输入范围宽、线性度高的特点，并且其跨导值可以调谐，能够用于实现增益可变的高线性度放大器、可调谐的Gm-C积分器等。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种宽输入电压范围高线性度CMOS跨导单元电路，其包括偏置恒定电流源、差分输入级，以及，