專利名稱：一種高電壓輸入的電壓跟隨器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是基本電子電路技術(shù)，特別是一種高電壓輸入的電壓跟隨器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電壓跟隨器在集成電路中的應(yīng)用也越來越廣泛，電壓跟隨器一般做緩沖級及隔離級。因為電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常要在 幾千歐到幾十千歐，如果后級的輸入阻抗比較小，那么信號就會有相當部分損耗在前級的 輸出電阻中。在這個時候就需要電壓跟隨器來從中進行緩沖，起到承上啟下的作用，應(yīng)用電 壓跟隨器的一個好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng) 用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。對于特點顯著且作用很大的電壓跟隨器也越來越得到重 視，而一般的電壓跟隨器都是工作在低壓，小的輸入電壓范圍里。隨著集成電路的飛速發(fā) 展，在某些時候低壓和小的輸入電壓范圍不能滿足電路的需要。所以，如何在高電壓輸入的 情況下，實現(xiàn)對一個輸入范圍很寬的電壓進行跟蹤放大，是非常重要和迫切需要的。目前， 在電子電路領(lǐng)域里，對于在低壓和小的輸入電壓范圍里工作的電壓比較器結(jié)構(gòu)都已成熟， 但是如何應(yīng)用在高電壓和寬的電壓輸入范圍里面的電壓跟隨器還未能發(fā)現(xiàn)。例如中國專利 200720008037. 4和200710064681. 8公開了幾種電壓跟隨器，它們都未能解決輸入高電壓 大范圍的電壓跟隨問題。本發(fā)明是利用如下圖(1)所示這樣一種特殊的電路結(jié)構(gòu)，可以實 現(xiàn)在高壓和很寬的輸入電壓范圍內(nèi)，對輸入電壓進行精確的跟蹤，具體發(fā)明內(nèi)容如下詳述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高電壓輸入的電壓跟隨器，此電壓跟隨器能夠在很寬 的輸入電壓范圍內(nèi)，對輸入電壓進行精確的跟蹤。本發(fā)明的電壓跟隨器，其電路主要由運放電路、輸入級、輸出級、鉗位電路和恒流 源電路組成，在電路中由低壓場效應(yīng)管Ml，M2，M3，M4，M5，M9和Ml2構(gòu)成標準的運放電路。 耐高壓的NMOS高壓管MlO為電壓跟隨器的輸出級。電壓跟隨器的輸入接在耐高壓的NMOS 高壓管Mll的柵極上，場效應(yīng)管M6，M7, M8通過柵漏相連的方式用來鉗制如附圖1所示的 1，2兩結(jié)點間的電位，電流源I1, I2, I3為電路提供恒定的電流。當輸入電壓從0開始增大，在低于Vlow電壓+Vthmi時，高壓管Mll不會導通，又 由于I1 = 60uA > I2 = 40uA,因此，Vlow電壓基本為地。整個運放可以正常的工作。當輸入電壓高于Vlow電壓+Vthmi時，高壓管Mll導通，而高壓管Mll導通前，它 的漏端電壓VB很高，而源端電壓幾乎為零，所以Mll開始導通，進入飽和區(qū)，這時它滿足電 壓電流的平方率關(guān)系如下<formula>formula see original document page 3</formula>當輸入電壓繼續(xù)增加使IM11+I2 = I1時，Vlow電壓就會跟隨輸入電壓增加而增加。 此時流過Mll的電流為I1與I2之差，即為20uA，根據(jù)上式對于一個確定的管子M11，它的Ves就確定了，這樣隨著高壓管Mil的柵極電壓的升高，它的源端電壓也跟隨著同步升高，也即隨著輸入電壓的升高，Vlow的電壓值也跟隨同步升高。而從電路圖中可以看出，場效應(yīng) 管M6，M7，M8的柵漏電壓相等，而根據(jù)電流鏡復制電流的原理，流過M6，M7，M8的電流有個 確定的值，也根據(jù)電壓電流的平方率關(guān)系可知，故此時M6，M7, M8三個管子的壓降確定，其 值為VGS8+VGS7+VGS6，這樣M5，M8，M9源端的電壓也跟隨被拉高，所以運算放大器的輸出電 壓也被按照相應(yīng)的比例拉高。因為這里M5源端與Vlow的電壓差保持不變，所以即使運算 放大器里面的每一個點的電位都被拉大了，但是每個管子的Ves和Vds都是保持在一個合適 的不變的值，即使輸入電壓快接近VB電壓，整個電壓跟隨器仍然可以工作。本發(fā)明線路簡單，便于集成化。該電路可以在很寬的范圍內(nèi)，對輸入電壓進行精確 的跟蹤。解決了在高電壓輸入的情況下，實現(xiàn)對一個輸入范圍很寬的電壓進行跟蹤放大。


圖1為本發(fā)明的高電壓輸入的電壓跟隨器原理圖。圖2和圖3為當輸入電壓在一個大電壓范圍內(nèi)變化時，輸出電壓精確跟隨輸入電 壓在一個大范圍內(nèi)的變化而變化的關(guān)系圖。
具體實施例方式在圖1中，具體的連接關(guān)系為低壓場效應(yīng)管機，112，10，114，115，119和機2構(gòu)成標 準的運放電路，耐高壓的NMOS高壓管MlO為該電壓跟隨器的輸出級。電壓跟隨器的輸入 接在耐高壓的NMOS高壓管Mll的柵極上，場效應(yīng)管M6，M7，M8通過柵漏相連的方式用來鉗 制如附圖1所示的1，2兩個結(jié)點間的電位，PMOS場效應(yīng)管M5，M8，M9的源端連接到結(jié)點1。 NMOS場效應(yīng)管M3，M4，M6，M12，以及高壓NMOS管Mll的源端連接到結(jié)點2，NMOS管M12的 柵端連接在結(jié)點3上，高壓NMOS管MlO的柵端連接到結(jié)點4上，高壓管MlO的源端接到結(jié) 點5上，結(jié)點5與該電路的輸出直接相連，PMOS場效應(yīng)管M2的柵極連接到結(jié)點6上，高壓 NMOS管Mll的柵極也連接到結(jié)點6上，結(jié)點6直接與該電路的輸入端Input相連。電流源 I1的兩端分別接地和結(jié)點2上，電流源I2的兩端分別接在結(jié)點1和結(jié)點7上，電流源I3的 兩端分別接到地和結(jié)點5上。用圖1所示的電壓跟隨器試驗。在VB加一個40V的電壓，輸入端加一個變量電壓 X，作一個DC仿真，可以看出輸出電壓跟隨輸入電壓在一個很大的電壓范圍(例如0-37V) 內(nèi)同步變化，從而實現(xiàn)了在很寬的范圍內(nèi)，輸出電壓對輸入電壓進行精確的跟蹤。輸出電壓 和輸入電壓Vin = χ的仿真關(guān)系圖如圖2所示。另外，在輸入端加一個階躍信號，先從OV經(jīng)過Ims到40V，再經(jīng)過Ims回到0V。其仿真曲線圖如圖3所示，可以看出輸出電壓對輸入電壓的精確的跟蹤。
權(quán)利要求
一種高電壓輸入的電壓跟隨器，電路主要由運放電路、輸入級、輸出級、鉗位電路和恒流源電路組成，其特征在于在電路中低壓場效應(yīng)管M1，M2，M3，M4，M5，M9和M12構(gòu)成標準的運放電路，耐高壓的NMOS高壓管M10為電壓跟隨器的輸出級，電壓跟隨器的輸入接在耐高壓的NMOS高壓管M11的柵極上，場效應(yīng)管M6，M7，M8通過柵漏相連的方式連接成鉗位電路，PMOS場效應(yīng)管M5，M8，M9的源端連接到結(jié)點1，NMOS場效應(yīng)管M3，M4，M6，M12，以及高壓NMOS管M11的源端連接到結(jié)點2，NMOS管M12的柵端連接在結(jié)點3上，高壓NMOS管M10的柵端連接到結(jié)點4上，高壓管M10的源端接到結(jié)點5上，結(jié)點5與該電路的輸出直接相連，PMOS場效應(yīng)管M2的柵極連接到結(jié)點6上，高壓NMOS管M11的柵極也連接到結(jié)點6上，結(jié)點6直接與該電路的輸入端相連，電流源I1的兩端分別接地和結(jié)點2上，電流源I2的兩端分別接在結(jié)點1和結(jié)點7上，電流源I3的兩端分別接到地和結(jié)點5上。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種高電壓輸入的電壓跟隨器，其電路主要由運放電路、輸入級、輸出級、鉗位電路和恒流源電路組成，在電路中由低壓場效應(yīng)管M1，M2，M3，M4，M5，M9和M12構(gòu)成標準的運放電路。耐高壓的NMOS高壓管M10為電壓跟隨器的輸出級。電壓跟隨器的輸入接在耐高壓的NMOS高壓管M11的柵極上，場效應(yīng)管M6，M7，M8通過柵漏相連的方式連接成鉗位電路，電流源I1，I2，I3為電路提供恒定的電流。本發(fā)明線路簡單，便于集成化。該電路可以在高電壓輸入的情況下，實現(xiàn)對一個輸入范圍很寬的電壓進行精確的跟蹤放大。
文檔編號H03F3/45GK101820255SQ201010152068
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者吳國婧, 張豪杰, 楊武韜, 楊維明, 楊道虹, 潘希武 申請人:湖北大學;武漢博而碩微電子有限公司