[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

说明书

本发明公开了一种确定MOS管源漏饱和电压的电路及其操作方法，所述电路包括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。本发明还公开一种确定MOS管源漏饱和电压的操作方法。本发明的技术方案既保证MOS管处于饱和状态又不会浪费电源电压余量。

技术领域

本发明属于电学技术领域，涉及一种确定MOS管源漏饱和电压的电路及其操作方法，具体地说，涉及一种基于逐次逼近方式确定MOS管源漏饱和电压的电路及其操作方法。

背景技术

MOS管的源漏饱和电压VDSAT是表征MOS管工作状态的一个非常重要的参数，具体是指MOS管的栅源电压VGS减去MOS管的阈值电压VTH，即VDSAT＝VGS-VTH。当MOS管的漏源电压VDS大于等于源漏饱和电压时MOS管工作在饱和区，即VDS≥VDSAT时MOS管处于饱和区；反之，当VDSVDSAT时MOS管处于线性区。处于饱和区的MOS管输出阻抗ro较大、跨导gm较大。在模拟CMOS集成电路中，MOS管在实现放大或着有源负载功能时，都要求MOS管必须处于饱和区，如果MOS管落入线性区，将导致MOS管的跨导和输出阻抗变小，从而影响整个电路的性能参数。

目前较常用的方法是通过对MOS管进行各种温度和工艺偏差的组合仿真来获得源漏饱和电压VDSAT的变化范围(不是精确值)。然后将MOS管的漏源电压VDS设置成比VDSAT变化范围的上限值略微大一点，使得MOS管处于饱和区。

现有技术的缺点：如果MOS管模型不准确、仿真情况不充分，使得获得的源漏饱和电压VDSAT变化范围不准确，若以此为依据设置源漏电压VDS有可能在某些情况下让MOS管落入线性区，从而影响电路性能。由于漏源电压VDS设置成比VDSAT变化范围的上限值略微大一点，但在大部分情况下VDS不需要设置成上限值那么大的电压值，因此浪费了电源电压余量，降低了信号的动态范围。

在芯片上精确确定MOS管源漏饱和电压VDSAT存在两个困难。首先，MOS管的的源极、栅极、漏极电压是实际加在MOS管各端的电压，故VDS和VGS的值可以直接获得。但是MOS管的阈值电压VTH是一个工艺参数，它需要通过专门的半导体参数测试仪来测试得到，无法直接获得。因此，要在芯片上直接确定MOS管源漏饱和电压VDSAT的值比较困难。其次，就算事先用半导体参数测试仪测得阈值电压VTH，当整个芯片的环境温度、电源电压发生变化时，MOS管的阈值电压VTH的值也会发生变化，从而导致MOS管的源漏饱和电压VDSAT的值也在发生变化。因此如何在芯片上精确的确定MOS管的源漏饱和电压VDSAT，进而调整MOS管的漏源电压VDS，使得MOS管一直处于饱和区，对电路设计人员来说是比较困难的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种确定MOS管源漏饱和电压的电路，利用MOS管的V-I输出曲线的特点，通过逐次逼近的方式确定MOS管的源漏饱和电压。

其技术方案如下：

一种确定MOS管源漏饱和电压的电路，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。