本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)。
背景技術(shù):
接收器電路應(yīng)用于各種數(shù)字信號的輸入端,其翻轉(zhuǎn)電平往往在芯片設(shè)計中不太被重視,但在長距離信號傳輸、環(huán)境溫度變化、電源電壓變化等應(yīng)用環(huán)境中,翻轉(zhuǎn)電平值的穩(wěn)定性成為了電路系統(tǒng)中舉足輕重的電學(xué)性能,其較大的漂移會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼甚至接收器無法正常工作。
經(jīng)典接收器結(jié)構(gòu):
以VCC=5V的TTL/CMOS信號接收器為例,由于大部分接收系統(tǒng)規(guī)定其輸入判別電平為:VIL(輸入判定為低的電平)≤0.8V,VIH(輸入判定為高的電平)≥2.4V,故其輸入翻轉(zhuǎn)電平通常在1.4V~1.8V范圍內(nèi),經(jīng)典的接收器電路為單一的CMOS反相器結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)僅能通過調(diào)整NMOS與PMOS的寬長比來改變輸入判別電平值,故該結(jié)構(gòu)幾乎沒有對溫度和電源電壓變化的抑制能力。
如圖1所示為經(jīng)典接收器電路,以輸出中間電平VCC/2=2.5V作為輸出翻轉(zhuǎn)點電壓,借助輔助運(yùn)放構(gòu)成輸出到輸入的反饋環(huán)路,使反相器輸出電平恒為VCC/2,在電源電壓VCC恰好等于5V,室溫27℃環(huán)境下,通過調(diào)整MOS管寬長比,將圖1中反相器的輸入電平設(shè)置為1.6V,該值即為此條件下的輸入翻轉(zhuǎn)電平,改變環(huán)境變量(電源值與溫度值),觀測輸入電平的變化。
如圖2所示在‐55℃~125℃范圍內(nèi),輸入電平變化幅度約100mV。
如圖3所示在4V~6V的電源電壓范圍內(nèi),輸入電平變化幅度超過400mV。
由前述對經(jīng)典CMOS反相器型的接收器輸入端口分析可知,在電源電壓與溫度變化范圍較大的應(yīng)用環(huán)境下,接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平漂移較大,在一定情況下易逼近VIL或VIH,使得接收器對高低電平的判別出現(xiàn)錯誤,另一方面也大幅度降低了接收器抗噪能力,在長距離傳輸應(yīng)用下容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤碼的情況。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,提出一種帶閉環(huán)控制的接收器輸入端口電路結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在以較小的功耗和芯片面積為代價下,使輸入翻轉(zhuǎn)電平不隨電源電壓、環(huán)境溫度的變化而變化。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是,襯偏電壓調(diào)整穩(wěn)定輸入翻轉(zhuǎn)電平的接收器,包括輸入端VIN、輸出端VOUT和反相器,所述反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第一MOS管和第二MOS管構(gòu)成,第一MOS管和第二MOS管的串聯(lián)連接點即為輸出端VOUT,兩個MOS管柵極連接到輸入端,其特征在于,還包括一個從反相器和第一運(yùn)放OP1,所述從反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第三MOS管和第四MOS管構(gòu)成,第三MOS管與第一MOS管相同,第四MOS管與第二MOS管相同,第三MOS管的襯底和第一MOS管的襯底皆連接到第一運(yùn)放OP1的輸出端,第三MOS管的柵極和第四MOS管的柵極皆連接到參考電壓源,第三MOS管和第四MOS管的串聯(lián)連接點連接第一運(yùn)放OP1的正性輸入端,第一運(yùn)放OP1的負(fù)性輸入端連接電平值為VCC/2的第二參考電壓源。
所述第一MOS管和第三MOS管皆為PMOS管,接高電平;第二MOS管和第四MOS管皆為NMOS管,接地電平。
本發(fā)明的有益效果是,在增添少量芯片面積及功耗的條件下,通過負(fù)反饋控制環(huán)路使得輸入翻轉(zhuǎn)電平穩(wěn)定,不受電源電壓和溫度的影響。
附圖說明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)接收器輸入端,借助輔助運(yùn)放對輸入翻轉(zhuǎn)電平進(jìn)行仿真
圖2為現(xiàn)有技術(shù)接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平與溫度關(guān)系。
圖3為現(xiàn)有技術(shù)接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平與電源電壓關(guān)系。
圖4為本發(fā)明提出的接收器結(jié)構(gòu)。
圖5為本發(fā)明采用的VREF產(chǎn)生電路圖。
圖6為本發(fā)明接收器結(jié)構(gòu)的輸入翻轉(zhuǎn)電平與溫度關(guān)系曲線。
圖7為本發(fā)明接收器結(jié)構(gòu)的輸入翻轉(zhuǎn)電平與電源電壓關(guān)系曲線。
具體實施方式
參考圖4。
本發(fā)明包括輸入端VIN、輸出端VOUT和反相器,所述反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第一MOS管MP2和第二MOS管MN2構(gòu)成,兩個MOS管柵極連接到輸入端,其特征在于,還包括一個從反相器和第一運(yùn)放OP1,所述從反相器由串聯(lián)于高電平VCC和地電平之間的第三MOS管MP1和第四MOS管MN1構(gòu)成,第三MOS管MP1與第一MOS管MP2相同,第四MOS管MN1與第二MOS管MN2相同,第三MOS管MP1的襯底和第一MOS管MP2的襯底皆連接到第一運(yùn)放OP1的輸出端,第三MOS管MP1的柵極和第四MOS管MN1的柵極皆連接到參考電壓源,第三MOS管MP1和第四MOS管MN1的串聯(lián)連接點連接第一運(yùn)放OP1的正性輸入端,第一運(yùn)放OP1的負(fù)性輸入端連接電平值為VCC/2的第二參考電壓源。
所述第一MOS管和第三MOS管皆為PMOS管,接高電平;第二MOS管和第四MOS管皆為NMOS管,接地電平。
本文所稱的串聯(lián)是基于電流的流向而言,如圖4中,電流從高電平VCC經(jīng)第三MOS管MP1的源極和漏極,再經(jīng)過第四MOS管的源極和漏極至地電平點,第三MOS管和第四MOS管即為串聯(lián)。
本發(fā)明利用MOS管源-襯反偏電壓值影響MOS開啟閾值這一效應(yīng),通過含運(yùn)算放大器OP1的閉環(huán)控制電路對圖4中的MP2管的閾值電壓進(jìn)行調(diào)整,進(jìn)而對接收器輸入翻轉(zhuǎn)電平的漂移進(jìn)行補(bǔ)償,使得翻轉(zhuǎn)電平在不同電源電壓及溫度條件下保持恒定。
圖4的具體工作原理為,第三MOS管MP1和第四MOS管MN1構(gòu)成的從反相器與第一MOS管MP2、第二MOS管MN2構(gòu)成的主反相器尺寸完全相同,該從反相器與運(yùn)放OP1構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)對第三MOS管MP1的襯底電壓VBP1進(jìn)行控制,調(diào)整第三MOS管MP1的閾值電壓VthP1使得在VREF輸入條件下,從反相器輸出電壓與第一運(yùn)放OP1反向輸入端的VCC/2電壓相等。VREF為由芯片內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電壓,該電壓設(shè)定為接收器輸入端口所需要的翻轉(zhuǎn)電平值。通過閉環(huán)控制,第一MOS管MP2的襯底電壓值VBP2=VBP1,由于兩反相器尺寸、電源電壓、襯底電壓都相等,故最終所得到的主反相器輸入翻轉(zhuǎn)電平為所設(shè)定的VREF值。VREF可由簡易的一階溫度補(bǔ)償電壓基準(zhǔn)源經(jīng)過倍壓后得到,以圖5結(jié)構(gòu)為例,調(diào)整電阻R3、R4比值使VREF=1.6V,該結(jié)構(gòu)VREF溫度系數(shù)約為12ppm/℃,如圖6。
與圖1的方法類似,借助輔助運(yùn)放穩(wěn)定接收器輸出電壓在VCC/2,對其輸入電壓進(jìn)行溫度掃描仿真,可看出輸入電平的溫度系數(shù)與VREF近似,在-55℃~125℃范圍內(nèi)僅變化了3.2mV,則對比圖2與圖6仿真結(jié)果,接收器結(jié)構(gòu)A在全溫范圍內(nèi)的輸入翻轉(zhuǎn)電平變化幅度僅為經(jīng)典結(jié)構(gòu)的32%。對電源電壓進(jìn)行掃描,仿真結(jié)果如圖7所示,在4V~6V范圍內(nèi)輸入電平變化幅度僅為2.4mV,為圖3所示的6%。