[发明专利]一种确定MOS管源漏饱和电压的电路及其操作方法

权利要求书

1.一种确定MOS管源漏饱和电压的电路，其特征在于：包括4个NMOS管、2个运算放大器、2个电流镜、1个电流减法运算单元、1个电压减法运算单元、1个电流-电压除法运算单元、1个跨导-电压转换单元、1个二选一开关、1个电压保持器、1个比较器和1个逐次逼近单元；所述4个NMOS管包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管，所述2个运算放大器包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述2个电流镜包括第一电流镜和第二电流镜；

其中：

第一NMOS管的源极接VSS端，栅极接第二NMOS管的栅极，漏极接第三NMOS管的源极和第一运算放大器的负输入端；

第二NMOS管的源极接VSS端，栅极接第一NMOS管的栅极，漏极接第四NMOS管的源极和第二运算放大器的负输入端；

第三NMOS管的源极接第一NMOS管的漏极和第一运算放大器的负输入端，栅极接第一运算放大器的输出端，漏极接第一电流镜的输入端；

第四NMOS管的源极接第二NMOS管的漏极和第二运算放大器的负输入端，栅极接第二运算放大器的输出端，漏极接第二电流镜的输入端；

第一运算放大器的正输入端接电压减法运算单元的a端和逐次逼近单元的vc1端，负输入端接第一NMOS管的漏极和第三NMOS管的源极，输出端接第三NMOS管的栅极；第一运算放大器和第三NMOS管、第一NMOS管构成一个反馈结构；

第二运算放大器的正输入端接电压减法运算单元的b端和逐次逼近单元的vc2端，负输入端接第二NMOS管的漏极和第四NMOS管的源极，输出端接第四NMOS管的栅极；第二运算放大器和第四NMOS管、第二NMOS管构成一个反馈结构；

第一电流镜的电流输入端接第三NMOS管的漏极，镜像输出端接电流减法运算单元的a端，电源端接电源VDD；

第二电流镜的电流输入端接第四NMOS管的漏极，镜像输出端接电流减法运算单元的b端，电源端接电源VDD；

电流减法运算单元的a端接第一电流镜的镜像输出端，b端接第二电流镜的镜像输出端，输出端接电流-电压除法运算单元的a端；电流减法运算单元实现y＝a-b的功能；

电压减法运算单元的a端接第一运算放大器的正输入端和逐次逼近单元的vc1端，b端接第二运算放大器的正输入端和逐次逼近单元的vc2端，输出端接电流-电压除法运算单元的b端；电压减法运算单元实现y＝a-b的功能；

电流-电压除法运算单元的a端接电流减法运算单元的y端，b端接电压减法运算单元的y端，输出端接跨导-电压转换单元的输入端；电流-电压除法运算单元实现y＝a/b的功能；

跨导-电压转换单元的输入端接电流-电压除法运算单元的输出端，输出端接二选一开关的in端；跨导-电压转换单元实现跨导与电压的转换功能，因为后续的比较器和电压保持器都只能处理电压信号；

二选一开关的in端接跨导-电压转换单元的out端，o1端接比较器的正输入端和电压保持器的输入端，o2端接比较器的负输入端，c端接逐次逼近单元的vctl端；二选一开关用于基于c端的输入电压信号，选择in和o1或者in和o2连通；

电压保持器的输入端接二选一开关的o1端和比较器的正输入端；电压保持器实现将输入端的电压一直保持；

比较器的正输入端接二选一开关的o1端和电压保持器的输入端，负输入端接二选一开关的o2端，输出端接逐次逼近单元的cmp端；比较器完成对正、负输入端的电压进行比较，输出端输出比较结果；

逐次逼近单元的vc1端接第一运算放大器的正输入端和电压减法运算单元的a端，vc2端接第二运算放大器的正输入端和电压减法运算单元的b端，vctl端接二选一开关的c端，cmp端接比较器的输出端，vout端输出最终的源漏饱和电压VDSAT的值；逐次逼近单元实现了用逐次逼近的方法确定MOS管源漏饱和电压功能。

2.根据权利要求1所述的确定MOS管源漏饱和电压的电路，其特征在于：所述第一NMOS管、第二NMOS管的尺寸完全一样，第三NMOS管和第四NMOS管尺寸完全一样。

3.一种确定MOS管源漏饱和电压的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、在第一NMOS管和第二NMOS管栅源电压相同的情况下，逐次逼近单元通过第二运算放大器和第四NMOS管形成的反馈回路将第二NMOS管的漏源电压设置到较低的电压值，逐次逼近单元通过第一运算放大器和第三NMOS管形成的反馈回路将第一NMOS管的漏源电压设置到较高的电压值；然后通过第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电流镜、第二电流镜、电流减法运算单元形成的电路，获得第一NMOS管、第二NMOS管漏极电流的差值；通过第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电流镜、第二电流镜、电压减法运算单元形成的电路获得第一NMOS管、第二NMOS管漏源电压的差值；然后通过电流电压除法运算单元得到漏极电流的差值与漏源电压差值的商值；再通过跨导电压转换单元将该跨导转换成电压；然后二选一开关o1接in，将该电压值保存到电压保持器中；

步骤2、二选一开关o2接in；逐次逼近单元通过第二运算放大器和第四NMOS管形成的反馈回路将第二NMOS管的漏源电压提高一个变化步长值；然后通过第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电流镜、第二电流镜、电流减法运算单元形成的电路，获得第一NMOS管、第二NMOS管漏极电流的差值；通过第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电流镜、第二电流镜、电压减法运算单元形成的电路获得第一NMOS管、第二NMOS管漏源电压的差值；然后通过电流电压除法运算单元得到漏极电流的差值与漏源电压差值的商值；再通过跨导电压转换单元将该跨导转换成电压，该电压正比于ID-VDS曲线斜率即跨导；该电压值比电压保持器中的电压值小该电压正比于ID-VDS曲线初始斜率即初始跨导，比较器发生翻转；

步骤3、逐次逼近单元通过第一运算放大器和第三NMOS管形成的反馈回路将第一NMOS管的漏源电压逐渐减小；然后通过第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电流镜、第二电流镜、电流减法运算单元形成的电路，获得第一NMOS管、第二NMOS管漏极电流的差值；通过第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电流镜、第二电流镜、电压减法运算单元形成的电路获得第一NMOS管、第二NMOS管漏源电压的差值；然后通过电流电压除法运算单元得到漏极电流的差值与漏源电压差值的商值；再通过跨导电压转换单元将该跨导转换成电压；该电压值也逐渐增加，直到该电压值超过电压保持器中的电压值，比较器再次翻转；

连续重复执行上述步骤2和步骤3，直到在执行第三步操作时发现第一NMOS管的源漏电压和第二NMOS管的源漏电压足够接近，则停止逼近操作，让逐次逼近单元输出第一NMOS管的源漏电压和第二NMOS管的源漏电压的算数平均值，所得到的算数平均电压值就是第一NMOS管和第二NMOS管的饱和电压。