[实用新型]输入缓冲器、差分输入缓冲器以及集成电路

说明书

一种输入缓冲器、差分输入缓冲器以及集成电路，输入缓冲器包括同向或反向串联在电源和公共电位之间的电流源、由第一晶体管构成的主源跟随器以及由至少一个第二晶体管构成的辅源跟随器，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极共接作为输入缓冲器的输入，所述电流源和所述主源跟随器之间的共接点作为所述输入缓冲器的输出。利用不同晶体管构成两个源跟随器，其中一个作为主源跟随器，另一个作为辅源跟随器，辅源跟随器的作用是消除主源跟随器的沟道长度调制效应，从而大幅度提高主源跟随器的线性度和增益精度。

技术领域

本申请属于CMOS集成器件技术领域，尤其涉及一种输入缓冲器、差分输入缓冲器以及集成电路。

背景技术

自然界产生的信号在宏观上是模拟量。比如：高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏到几百毫伏；视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子；地震仪传感器产生的输出电压的范围从微小地球振动时的几微伏到强烈地震的几百毫伏。由于所有这些信号最终都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都由一个模-数转换器(ADC)和一个数字信号处理器(DSP)组成。而实际上，自然界信号的电的形式可能小到不能用ADC直接数字化，且这些信号还常常含有一些有害的、频带外的干扰。因此ADC的前端通常需要增加放大器用来增强信号的电平，增加模拟滤波器用来抑制信号频带外的成分。在这个链路中，前置放大器、滤波器以及模数转换器属于模拟电路，每一个都是独立的研究专题。

前置放大器处于信号处理链路的首级，直接面对传感器和信号，它的噪声和线性度，直接决定了整个系统可能达到的水平，是整个系统的性能的瓶颈。它的功耗，往往也占到整个信号处理链路功耗预算的很大一部分。另外，由于它是直接面对传感器，面对的是芯片外部各式场景，有些传感器甚至根本无法提供有效的共模电压(如电能表中的电流和电压传感器，信号的共模电平为0)，这意味着前置放大器还必须处理共模电平不合适的情形，先进行适当的电平移位，再进行放大。大部分传感器输出为高阻抗，无法驱动负载，如果直接驱动ADC，由于ADC输入阻抗为有限值，会与传感器内阻进行分压，从而造成传感器自身的失真。因此前置放大器还必须处理传感器的有限输出阻抗问题，实现传感器与芯片之间的阻抗隔离。这个电路称为输入缓冲器，置于信号处理链路的最前端。输入缓冲器的主要技术指标包括：增益精度、噪声、线性度、输入及输出阻抗、功耗，以及是否具有电平移位功能等。理想的输入缓冲器具有不变的单位增益(增益为1)，无噪声，无失真，无失配，输入阻抗无穷，输出阻抗为0等特性。现实中，输入缓冲器与其它模拟电路一样，遵循模拟电路设计的“八边形法则”，在这些指标之间存在严重的折中(tradeoff)。设计一个极低噪声、极高线性度，同时保证其它方面性能不恶化的输入缓冲器，是一件非常困难甚至往往是不可能的事情。

目前常用的输入缓冲器结构包括：1、基于运算放大器，接成了单位增益的闭环反馈结构。它具有输入阻抗无穷大，输出阻抗极低，单位增益极为精确，线性度好等优点，在各种场合广泛出现。这种结构最大的问题是电路复杂，噪声大，输入信号需要提供合适的偏置电压。2、基于单PMOS管的源跟随器(source-follower)结构。它具有输入阻抗无穷大，电路非常简单等优点。由于是开环结构，没有反馈，因此它的输出阻抗是一个有限的值(一般在1kΩ左右，取决于电流大小)，受限于沟道长度调制效应增益精度和线性度一般。3、基于单PNP管的源跟随器结构。它具有电路结构简单，增益精度和线性度极其好(没有沟道长度调制效应)等优点。但由于是开环结构，没有反馈，因此它的输出阻抗同样是一个有限的值(一般在1kΩ左右，取决于电流大小)。另外，这个结构主要的问题是输入阻抗不是无穷(这是BJT管的特性，基极要走电流)，导致阻抗隔离效果不好。其次它需要BiCMOS特殊工艺的支持。

发明内容

本申请的目的在于提供一种输入缓冲器、差分输入缓冲器以及集成电路，旨在解决传统的单PMOS管的源跟随器构成的输入缓冲器受限于沟道长度调制效应增益精度和线性度一般的问题。