[发明专利]一种缓冲近地电压的CMOS缓冲器

说明书

本发明公开了一种缓冲近地电压的CMOS缓冲器，其包括运算跨导放大器OTA，以及由偏置恒定电流源IB1、偏置恒定电流源IB2、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3组成的超级源极跟随器。本发明的缓冲近地电压的CMOS缓冲器由于OTA和超级源极跟随器都在闭环回路中，克服了源极跟随器的栅源直流电压移位随PVT变化而变化的缺点，同时，即便输入电压非常靠近地电压，也能够维持较高的环路增益。充足的环路增益保证了缓冲器输出电压与输入电压之间的近似相等，而且具有一定的驱动能力，即精确的实现了对近地电压的缓冲。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种缓冲近地电压的CMOS缓冲器。

背景技术

如图1所示，为集成电路中常用的电压缓冲器结构(基于OTA实现)，运算跨导放大器(OTA)的同相输入端作为电压输入端，OTA的反相端与输出端连接在一起作为电压输出端。由于OTA的电压增益(A)非常高，输出电压与输入电压的关系是：

其缓冲输出的相对误差等于1/(1+A)，因此，OTA的增益越高，缓冲器的误差就越小。从端口阻抗的角度看，图1所示电压缓冲器的输入阻抗等于OTA的输入阻抗，在CMOS工艺下OTA的输入阻抗是非常高的；其输出阻抗等于OTA自身输出阻抗除以(1+A)，是非常低的值。因此，这种电压缓冲器的性能好坏取决于OTA的增益(A)的高低。

如图2所示，为CMOS工艺下常用OTA的电路结构图，这种PMOS折叠共源共栅结构的输入级对输入较低电压的情况有很好的适应性，但是在输入电压是近地的较低电压时，与OTA反相输入端相连的输出端的NMOS管(N6)会处于线性区，导致其跨导值非常低，进而，导致OTA的电压增益(A)变得非常低，因而不再能够准确的实现电压缓冲。

如图3所示，为另一种常用的电压缓冲器结构(基于超级源极跟随器实现)，其输入阻抗非常高，输出阻抗非常低。这种电压缓冲器可以输出靠近地的电压，这是因为，即使NMOS管N2进入线性区，只要恒定偏置电流源IB正常工作，输出电压就能正常跟随输入电压。但是，超级源极跟随器只能实现小信号跟随，输入电压和输出电压之间存在一个栅源电压(VGS)的压差，而且这个电压差在集成电路中还会随工艺、电压、温度(PVT)变化而变化。因此，基于源极跟随器的电压缓冲器因为其栅源电压的PVT稳定性较差而无法精确的缓冲直流电压。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种能够缓冲近地电压的CMOS缓冲器。其采用如下技术方案：

一种缓冲近地电压的CMOS缓冲器，其包括：运算跨导放大器OTA，以及由偏置恒定电流源IB1、偏置恒定电流源IB2、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS管N3组成的超级源极跟随器；

所述运算跨导放大器OTA的同向输入端与电压输入端连接，电压输出端、所述NMOS管N1的源极、所述NMOS管N2的漏极均与所述运算跨导放大器OTA的反向输入端连接，所述运算跨导放大器OTA的输出端与NMOS管N1的栅极连接，所述偏置恒定电流源IB1的输入端与电源连接，所述偏置恒定电流源IB1的输出端和所述NMOS管N3的栅极均与所述NMOS管N1的漏极连接，所述偏置恒定电流源IB2的输入端和NMOS管N3的源极均与所述NMOS管N2的栅极连接，所述NMOS管N2的源极接地，所述偏置恒定电流源IB2输出端接地，所述NMOS管N3的漏极与电源连接。

作为本发明的进一步改进，所述NMOS管N2偏置在亚阈值区，所述NMOS管N1和NMOS管N3工作在饱和区。

作为本发明的进一步改进，所述运算跨导放大器OTA采用PMOS源极耦合差分对作为输入级的折叠共源共栅结构。

本发明的有益效果：