具有減小的抖動的波形轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有減小的抖動的波形轉(zhuǎn)換電路。一種用于波形轉(zhuǎn)換電路的交流反向放大器包括第一導(dǎo)電類型的第一MOS晶體管，其柵極接收輸入信號，漏極提供反向放大輸出信號，源極耦合到第一電源電壓。電流源提供第一偏置電流和與第一偏置電流成比例的第二偏置電流。第二偏置電流耦合到第一MOS晶體管的漏極以偏置第一MOS晶體管。第一偏置電流的大小由施加在第一MOS晶體管的柵極上的直流電壓確定。
【專利說明】具有減小的抖動的波形轉(zhuǎn)換電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及波形轉(zhuǎn)換電路，更特別地，涉及正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其減小了所得方 波信號中的電源誘發(fā)抖動。

【背景技術(shù)】
[0002] 在許多電子系統(tǒng)中，需要將來自振蕩器、功率分配器或其他RF器件的正弦波信號 轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字邏輯電路使用的方波信號。有許多技術(shù)用于正弦波方波轉(zhuǎn)換，其中一種 典型技術(shù)是使用如圖IA和IB所示的CMOS反相器。圖IA示出典型的CMOS反相器100,其 廣泛用于常規(guī)正弦波方波轉(zhuǎn)換電路中，圖IB示出CMOS反相器100的傳輸曲線（transfer curve)〇
[0003] 如圖IA所示，CMOS反相器100包括第一NMOS晶體管102和第二PMOS晶體管104， 它們的柵極連接在一起且接收輸入信號IN，它們的漏極連接在一起以提供輸出信號OUT。 第二PMOS晶體管104的源極耦合到電源電壓VDD，而第一NMOS晶體管102的源極接地。
[0004] 圖IB示出CMOS反相器100的傳輸曲線。當(dāng)輸入電壓Ui處于低電平時，第一NMOS 晶體管102截止，第二PMOS晶體管104導(dǎo)通。于是，輸出電壓Uo為高。另一方面，如果輸 入電壓Ui為高，則第一NMOS晶體管102導(dǎo)通，第二PMOS晶體管104截止。于是，輸出電壓 Uo為低。在低電平和高電平之間的某一過渡區(qū)域中，晶體管102和104二者都導(dǎo)通，并且 運行在飽和狀態(tài)。此時，輸出電壓Uo隨著輸入電壓Ui的小波動而劇烈變化（圖IB中的Q 點)，導(dǎo)致高增益。在使用CMOS反相器100的常規(guī)正弦波方波轉(zhuǎn)換電路中，CMOS反相器100 的靜態(tài)工作點可通過輸入信號IN中的直流成分被偏置在高增益區(qū)中，例如在圖IB所示的 點Q處，輸入信號IN中的交流成分諸如正弦波信號可以被反相放大并被整形為方波信號。 就此而言，CMOS反相器100也稱為反相放大器。
[0005] CMOS反相器100由于其簡單的結(jié)構(gòu)而廣泛用于常規(guī)正弦波方波轉(zhuǎn)換電路中。然 而，它也具有一些缺點。例如，CMOS反相器100在拒絕電源噪聲方面的性能較差。電源電 壓（VDD或GND)中的噪聲可能導(dǎo)致所得方波信號OUT中的抖動（jitter)，這妨礙了該波形 轉(zhuǎn)換電路在一些高速系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0006] 抵抗電源噪聲的一種方式是使用全差分架構(gòu)。然而，在一些情況下，使用差分電路 缺乏靈活性，因為信號源可能是單端的。減小電源噪聲的另一方法是使用好的整流器以產(chǎn) 生干凈的電源電壓。然而，整流器消耗更多功率，并且需要額外的電路面積。
[0007] 因此，需要一種改善的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其克服了以上及其他問題中的一個 或多個。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] -種交流反相放大器，包括：第一導(dǎo)電類型的第一MOS晶體管，其柵極配置為接收 輸入信號，漏極配置為提供反相放大輸出信號，源極耦合到第一電源電壓；以及電流源，提 供第一偏置電流和與該第一偏置電流成比例的第二偏置電流，其中該第二偏置電流耦合到 該第一MOS晶體管的漏極以偏置該第一MOS晶體管，其中，該第一偏置電流的大小由該第一MOS晶體管的柵極上施加的直流電壓確定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 為了更好地理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點，請參考下面的說明和附圖。然而應(yīng)理解，每 幅附圖僅用于示范，而無意作為對本發(fā)明的范圍的限制。此外，作為一般準(zhǔn)則，除非從描述 看來明顯相反，否則不同附圖中的元件使用相同的附圖標(biāo)記時，這些元件一般基本相同，或 者在功能或用途上至少相似。
[0010] 圖IA是用于執(zhí)行正弦波方波轉(zhuǎn)換的常規(guī)CMOS反相器的示意性電路圖；
[0011] 圖IB是曲線圖，示出了圖IA的CMOS反相器的傳輸曲線；
[0012] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一示范性實施例的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路的示意性框圖；
[0013] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的AC(交流）反相放大器的示意性電路圖；
[0014] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的包括圖3的AC反相放大器的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路 的示意性電路圖；
[0015] 圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路的示意性電路圖；
[0016] 圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的AC反相放大器的示意性電路圖；
[0017] 圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的包括圖6的AC反相放大器的正弦波方波轉(zhuǎn)換電 路的不意性電路圖；以及
[0018] 圖8是曲線圖，示出根據(jù)本發(fā)明的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路以及常規(guī)正弦波方波轉(zhuǎn)換 電路在頻域的抖動傳輸函數(shù)。

【具體實施方式】
[0019] 實施例的一個方面在于提供一種正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其能夠減小所得方波信號 中電源誘發(fā)的抖動。
[0020] 在一實施例中，本發(fā)明提供一種交流反相放大器，包括第一導(dǎo)電類型的第一MOS 晶體管，具有配置為接收輸入信號的柵極，配置為提供反相放大輸出信號的漏極，以及耦合 到第一電源電壓的源極。電流源提供第一偏置電流和與該第一偏置電流成比例的第二偏置 電流。該第二偏置電流被耦合到所述第一MOS晶體管的漏極以偏置該第一MOS晶體管。該 第一偏置電流的大小由施加在該第一MOS晶體管的柵極上的DC(直流）電壓確定。
[0021] 在一實施例中，該電流源可包括：電流鏡，提供所述第一和第二偏置電流；第一導(dǎo) 電類型的第二MOS晶體管，具有耦合到第一偏置電流的漏極，耦合到第一電源電壓的源極； 以及低通濾波器，具有連接到第一MOS晶體管的柵極的輸入端和連接到第二MOS晶體管的 柵極的輸出端，以濾除所述輸入信號中的交流成分。所述第二MOS晶體管可以被偏置為飽 和狀態(tài)，使得從其經(jīng)過的所述第一偏置電流的大小可以由所述第一MOS晶體管的柵極上的 直流電壓確定。
[0022] 在另一實施例中，電流鏡包括第二導(dǎo)電類型的第三和第四MOS晶體管，二者的源 極耦合到第二電源電壓，柵極彼此連接且連接到第四MOS晶體管的漏極，且漏極分別連接 到第一和第二MOS晶體管的漏極。第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明另一實施例，一種正弦波方波轉(zhuǎn)換電路包括AC反相放大器和偏置電 路。AC反相放大器包括第一導(dǎo)電類型的第一MOS晶體管，具有配置為接收正弦波輸入信號 的柵極，配置為提供第一方波輸出信號的漏極，以及耦合到第一電源電壓的源極。電流源提 供第一偏置電流和與該第一偏置電流成比例的第二偏置電流。第二偏置電流耦合到第一 MOS晶體管的漏極以偏置第一MOS晶體管。偏置電路施加偏置電壓到第一MOS晶體管的柵 極以將該AC反相放大器偏置在預(yù)定的靜態(tài)工作點。第一偏置電流的大小可以由施加到所 述第一MOS晶體管的柵極的偏置電壓確定。
[0024] 正弦波方波轉(zhuǎn)換電路的實施例減小了轉(zhuǎn)換得到的方波信號中的電源誘發(fā)抖動，且 因此在高速應(yīng)用中是特別有用的。
[0025] 下面將參照附圖所示的特定實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。在下面的描述中，闡述了許 多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然的是，可以在沒有這 些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實踐本發(fā)明。在另一些場合，沒有詳細(xì)描述公知的細(xì) 節(jié)以避免不必要地模糊本發(fā)明。
[0026] 現(xiàn)在參照圖2,示出根據(jù)本發(fā)明一示范性實施例的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路200的示 意性電路圖。正弦波方波轉(zhuǎn)換電路200具有串聯(lián)連接的三個反相器210、220和230以及與 第一反相器210并聯(lián)連接的偏置電阻器206。在一實施例中，這三個反相器210、220和230 每個都包括圖IA所不的常規(guī)CMOS反相器100。偏置電路206向第一反相器210的輸入提 供直流（DC)偏置電壓，使得第一反相器210的靜態(tài)工作點Q可以被設(shè)置在高增益區(qū)中。當(dāng) 電阻器206跨第一反相器210的輸入和輸出連接時，靜態(tài)或直流工作點（Q)被設(shè)置在高增 益區(qū)(兩個晶體管都工作在飽和區(qū)）；這是將反相器210偏置到高增益區(qū)的公知的方法。靜 態(tài)工作點也稱為直流工作點或靜默工作點。信號發(fā)生器202產(chǎn)生的正弦波信號IN例如經(jīng) 由輸入電容器204稱合到第一反相器210的輸入。波形轉(zhuǎn)換電路200在第三反相器230的 輸出處產(chǎn)生方波信號0UT，第三反相器230的輸出可連接到負(fù)載電容器208。
[0027] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一示范性實施例的可應(yīng)用于正弦波方波轉(zhuǎn)換電路的交流反相 放大器300的示意性電路圖，例如，其可應(yīng)用到波形轉(zhuǎn)換電路200的第一反相器210。交流 反相放大器300包括第一NMOS晶體管302以及插置在第一匪OS晶體管302與電源電壓 VDD之間的電流源310。第一NMOS晶體管302在其柵極處接收輸入信號IN且在其漏極處 提供輸出信號OUT。第一NMOS晶體管302的源極耦合到諸如地GND的電源電壓。
[0028] 為了減輕電源電壓VDD上的噪聲對輸出信號OUT的影響，電流源310插置在第一 NMOS晶體管302與電源電壓VDD之間以將輸出信號OUT與帶噪聲的電源VDD隔離。更具體 地，電流源310包括第二NMOS晶體管306和電流鏡312,電流鏡312提供虛線箭頭Ia所示 的第一電流和虛線箭頭Ib所示的第二電流，第一電流Ia經(jīng)過第二NMOS晶體管306,第二電 流Ib與第一電流Ia成比例且經(jīng)過第一NMOS晶體管302。在該實施例中，電流鏡312包括 第三PMOS晶體管304和第四PMOS晶體管308。第三和第四PMOS晶體管304和308的源極 彼此連接且連接到電源電壓VDD。第三和第四PMOS晶體管304和308的柵極彼此連接且連 接到第四PMOS晶體管308的漏極。第一電流Ia對第二電流Ib的比率（IA/IB)基本取決于 第四PMOS晶體管308的溝道區(qū)的寬長比與第三PMOS晶體管304的溝道區(qū)的寬長比之間的

【權(quán)利要求】
1. 一種交流反相放大器，包括： 第一導(dǎo)電類型的第一 MOS晶體管，其柵極配置為接收輸入信號，漏極配置為提供反相 放大輸出信號，源極耦合到第一電源電壓；以及 電流源，提供第一偏置電流和與該第一偏置電流成比例的第二偏置電流，其中該第二 偏置電流耦合到該第一 MOS晶體管的漏極以偏置該第一 MOS晶體管， 其中，該第一偏置電流的大小由該第一 MOS晶體管的柵極上施加的直流電壓確定。
2. 如權(quán)利要求1所述的交流反相放大器，其中，所述電流源包括： 電流鏡，提供所述第一偏置電流和所述第二偏置電流； 所述第一導(dǎo)電類型的第二MOS晶體管，其漏極耦合到所述第一偏置電流，源極耦合到 所述第一電源電壓；以及 低通濾波器，其輸入端連接到該第一 MOS晶體管的柵極，輸出端連接到該第二MOS晶體 管的柵極，以濾除所述輸入信號中的交流成分， 其中，所述第二MOS晶體管偏置在飽和區(qū)，使得從其經(jīng)過的所述第一偏置電流的大小 由所述第一 MOS晶體管的柵極處的直流電壓確定。
3. 如權(quán)利要求2所述的交流反相放大器，其中，所述低通濾波器的截止頻率是所述輸 入信號的交流成分的頻率的十分之一或更低。
4. 如權(quán)利要求2所述的交流反相放大器，其中，所述低通濾波器包括： 電阻器，連接在該第一 MOS晶體管的柵極與該第二MOS晶體管的柵極之間；以及 電容器，連接在該第二MOS晶體管的柵極與該第一電源電壓之間。
5. 如權(quán)利要求2所述的交流反相放大器，其中，所述電流鏡包括： 第二導(dǎo)電類型的第三MOS晶體管和第四MOS晶體管，第三和第四MOS晶體管的源極都 耦合到第二電源電壓，柵極彼此連接且連接到該第四MOS晶體管的漏極，漏極分別連接到 所述第一和第二MOS晶體管的漏極， 其中，該第二導(dǎo)電類型與該第一導(dǎo)電類型相反。
6. 如權(quán)利要求5所述的交流反相放大器，其中，所述第一導(dǎo)電類型是N型，所述第一電 源電壓低于所述第二電源電壓。
7. 如權(quán)利要求5所述的交流反相放大器，其中，所述第一導(dǎo)電類型是P型，所述第一電 源電壓高于所述第二電源電壓。
8. 如權(quán)利要求5所述的交流反相放大器，其中，所述第一MOS晶體管的溝道區(qū)的寬長比 (W/L)腿與所述第三MOS晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)顯之間的比率等于所述第二MOS 晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)M(B2與所述第四MOS晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)M(B42 間的比率。
9. 如權(quán)利要求5所述的交流反相放大器，其中，所述第二MOS晶體管和所述第四MOS晶 體管的尺寸分別小于所述第一 MOS晶體管和所述第三MOS晶體管。
10. -種正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，包括： 第一交流反相放大器，包括： 第一導(dǎo)電類型的第一 MOS晶體管，其柵極配置為接收輸入信號，漏極配置為提供反相 放大輸出信號，源極耦合到第一電源電壓；以及 電流源，配置為提供第一偏置電流和與該第一偏置電流成比例的第二偏置電流，其中 該第二偏置電流耦合到該第一 MOS晶體管的漏極以偏置該第一 MOS晶體管；以及 偏置電路，配置為施加偏置電壓到該第一 M0S晶體管的柵極以將該第一交流反相放大 器偏置在預(yù)定的靜態(tài)工作點， 其中，該第一偏置電流的大小由施加在該第一 M0S晶體管的柵極上的偏置電壓確定。
11. 如權(quán)利要求10所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，所述偏置電壓等于所述第一 M0S 晶體管的漏極上的電壓。
12. 如權(quán)利要求10所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，該電流源包括： 電流鏡，配置為提供所述第一偏置和電流和與所述第一偏置電流成比例的所述第二偏 置電流； 所述第一導(dǎo)電類型的第二M0S晶體管，其漏極耦合到所述第一偏置電流，源極耦合到 所述第一電源電壓；以及 低通濾波器，其輸入端連接到所述第一 M0S晶體管的柵極，輸出端連接到所述第二M0S 晶體管的柵極，以濾除所述正弦波輸入信號， 其中，所述第二M0S晶體管被偏置在飽和區(qū)，從而從其經(jīng)過的所述第一偏置電流的大 小由該第一 M0S晶體管的柵極上的偏置電壓確定。
13. 如權(quán)利要求12所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，所述偏置電路包括： 第一和第二電阻器，串聯(lián)連接在該第一 M0S晶體管的漏極和柵極之間；以及 電容器，連接在該第一和第二電阻器之間的點與該第一電源電壓之間。
14. 如權(quán)利要求12所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，所述低通濾波器的截止頻率是 所述正弦波輸入信號的頻率的十分之一或更低。
15. 如權(quán)利要求12所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，所述電流鏡包括： 第二導(dǎo)電類型的第三和第四M0S晶體管，它們的源極耦合到第二電源電壓，漏極分別 連接到所述第一和第二M0S晶體管的漏極，柵極彼此連接且進(jìn)一步連接到所述第四M0S晶 體管的漏極， 其中，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反。
16. 如權(quán)利要求15所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，由所述偏置電路施加到所述第 一 M0S晶體管的柵極的偏置電壓等于所述第一電源電壓與所述第二電源電壓之間的差的 絕對值的一半。
17. 如權(quán)利要求15所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，還包括： 第一 CMOS反相器，包括所述第一導(dǎo)電類型的第五M0S晶體管和所述第二導(dǎo)電類型的第 六M0S晶體管，其中所述第五和第六M0S晶體管的柵極彼此連接且進(jìn)一步連接到所述第一 M0S晶體管的漏極以接收第一方波輸出信號，源極分別連接到所述第一和第二電源電壓，漏 極彼此連接且提供第二方波輸出信號。
18. 如權(quán)利要求17所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，所述第一M0S晶體管的溝道區(qū)的 寬長比（W/L)MQS1與所述第三M0S晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)MQS3之間的比率、所述第二 M0S晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)MQS2與所述第四M0S晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)mqs4之間的比率、以及所述第五MOS晶體管的溝道區(qū)的寬長比（W/L)MQS5與所述第六MOS晶體管 的溝道區(qū)的寬長比（w/l)M()S6之間的比率彼此相等。
19. 如權(quán)利要求17所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，還包括： 第二CMOS反相器，包括所述第一導(dǎo)電類型的第七M(jìn)OS晶體管和所述第二導(dǎo)電類型的第 八M0S晶體管，其中所述第七和第八M0S晶體管的柵極彼此連接且進(jìn)一步連接到所述第五 和第六M0S晶體管的漏極以接收所述第二方波輸出信號，源極分別連接到所述第一和第二 電源電壓，漏極彼此連接且提供第三方波輸出信號。
20.如權(quán)利要求19所述的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，其中，所述第七和第八M0S晶體管的尺 寸分別大于所述第五和第六M0S晶體管。
【文檔編號】H03K19/0175GK104426523SQ201310377459
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】王正香 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司