八月瓜首页 > 专利查询 > H03基本电子电路 >正文

集成电路

基本信息

  • 申请号 CN00810475.1 
  • 公开号 CN100345376C 
  • 申请日 2000/07/05 
  • 公开日 2007/10/24 
  • 申请人 艾利森电话股份有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 S·马蒂松 H·盖斯  
  • 主分类号 H03H11/42 
  • 申请人地址 瑞典斯德哥尔摩 
  • 分类号 H03H11/42 
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利权部分无效宣告的公告 
  • 代理人 罗朋 
  • 有效性 失效 
  • 法律状态 失效
  •  

摘要

本发明涉及一个集成回转器结构,其中回转器内核(优选MOS设备)内的各个晶体管具有与之相联系的串联反馈。
这允许在大带宽范围内补偿MOS晶体管内沟道延迟的影响。
展开

权利要求书


1.一个集成电路回转器,包括多个被安排在一个回路中的四个 MOS反相器,具有与其中至少一些晶体管相联系的串联反馈,该电 路回转器具有一对输入端子和一对输出端子。

2.权利要求1中要求的一个集成电路回转器,具有一个交叉耦 合结构。

3.权利要求1中要求的一个集成电路回转器,具有与MOS积 分器内的各个MOS设备相联系的串联反馈。

4.权利要求1中要求的一个集成电路回转器,其中串联反馈由 一个电阻器和一个电容器的一个并联组合提供,该并联组合与各个 晶体管串联连接。

5.权利要求4中要求的一个集成电路回转器,其中一个电阻器 和一个电容器的各个并联组合被与各个晶体管的源极端子连接。

6.权利要求1中要求的一个集成电路回转器,其中串联反馈由 连接到各个设备的另一个MOS晶体管提供,各个另一个MOS晶体 管具有一个施加到它的基极电压,从而它工作在它的三极管区。

7.权利要求6中要求的一个集成电路回转器,其中基极电压跟 踪施加到回转器的调整电压的变化,以便补偿过程、温度和电源的 变化。

8.一个设计集成电路模拟滤波器的方法,该滤波器包括至少一 个包含多个晶体管的交叉耦合结构,该方法包括考虑至少一些所述 的MOS晶体管的沟道延迟,和增加与所述晶体管相联系的串联反馈 以在一个大带宽范围内补偿沟道延迟,其中该交叉耦合结构包括四 个MOS反相器。

9.权利要求8中要求的方法,还包括依照所述的方法实现一个 集成电路结构。
展开

说明书

技术领域 本发明涉及集成电路,具体地涉及集成模拟滤波器电路。
发明背景 在集成电路中,实现电感器是非常难的,除了具有很低电感系数 的电感器。
作为一个结果,除了在甚高频,通常只可能使用RC滤波 器(用电阻器和电容器)。
作为一种选择,有源滤波器经常被使用。
这种器件使用互导元件 例如晶体管,与电容器结合,它们能一起形成积分器或者回转器 (gyrator),并能模拟电阻器的阻抗。
在Nauta的“一种适合于甚高频的CMOS互导-C滤波器技术”, IEEE Journal of Solid State Circuits,第27卷,第2期,1992二月中提 出一个为了用在一个甚高频滤波器中的集成回转器结构。
作者对电路 的一阶分析作出结论:提出的回转器表现稳定。
该作者也提出一个Q调整回路,以在甚高频为滤波器提供一个可 控的Q值。
发明概述 本发明起因于认识到对先有技术结构的这种一阶分析导致一个对 本结构的不完全的理解。
具体地,对MOS晶体管的更详细的分析揭示:由于晶体管的沟道 内带电粒子的行为,各个MOS晶体管增加一个延迟元件。
更具体地, 沟道电荷的非准静态行为增加一个延迟,这在设备互导的频率特性 上,可以被近似为一个寄生电极。
晶体管的沟道延迟能使回转器不稳 定,特别是在较高阶滤波器(为了提供需要的滤波器特性,较高阶滤 波器经常被要求),或者在更高频(此时沟道延迟更成问题)情况下。
此外,沟道延迟意味着先有技术的Q调整回路不象期望的那样起 作用。
本发明试图通过考虑晶体管的沟道延迟来克服先有技术的缺点。
具体地,本发明一方面涉及以一种包括考虑到晶体管的沟道延迟 的方式来对一个集成电路设备的设计。
另一方面,本发明涉及一个集成电路设备,其中晶体管的沟道延 迟被用串联反馈进行补偿。
另一方面,本发明涉及考虑沟道延迟的设计方法。
附图简述 图1是一个依照本发明的一个回转器电路的方框示意图。
图2是图1的电路中的一个反相器的电路图。
图3是一个显示一个带有反馈电路的晶体管的电路图,它可以被 用在图1的电路中。
图4是依照本发明的设备的转移导纳幅度相对频率的曲线。
图5是依照本发明的设备的转移导纳相位相对频率的曲线。
图6是一个显示一个带有反馈电路的晶体管的电路图,它可以被 用在图1的电路中。
优选实施例的详细描述 图1给出一个回转器元件2。
该回转器元件的内核包括四个CMOS 反相器电路4、6、8、10,它们被安排在一个回路中,各个反相器的输 出端与下一个反相器的输入端连接。
该回转器具有第一和第二差动输 入端i_1、i_2,和第一和第二差动输出端o_1、o_2。
该元件还包括一 个输入端共模反馈网络12和输出端共模反馈网络22,输入端共模反馈 网络12包括反相器14、16、18、20,输出端共模反馈网络22包括反 相器24、26、28、30。
一般地,一个回转器由一个正互导和一个负互导组成。
在图1的 元件中,负互导通过使用差分信号和交叉一对电线而形成。
是电线的 这种交叉形成一个导致稳定问题的交叉耦合结构。
因此本发明适用于 任何交叉耦合结构。
这里的分析从一个回转器的范围内开始,此后具体涉及由回转器 形成的滤波器。
然而,相同的分析也适用于积分器,因此也涉及由积 分器形成的滤波器。
因此,本发明包括这些设备。
在依照本发明的设备中,如图2所示的传统的CMOS反相器可能 通常被使用,接下来的描述主要涉及这种设备。
然而,该分析也适用 于双极型和双CMOS设备,因此也涉及由这些设备形成的滤波器。
因 此,本发明也包括这些设备。
本发明起因于认识到对设备特性的一阶分析例如,对于一个MOS 晶体管,假设MOS互导纳是纯导电的,是不充分的。
一种考虑一个非 准静态沟道延迟的可供选择的分析因此被提出。
因此,模拟沟道延迟的MOS互导纳可以被近似为: y m = g m e s . τ gm g m 1 + s , τ gm g m - s . c m ]]>其中传统的符号被使用,即,gm是设备互导,Cgs是设备栅-源电容, τgm=2/(εωT),Cm=2cgs/ε,其中ωT是转变角频率,也就是,当电流增益 为1,沟道的Elmore常数ε≈5时的角频率。
因此,这个分析给出对沟道延迟影响的不同可能的近似。
第一种 可能是使用指数函数假设一个纯粹的延迟。
然而,作为结果的函数难 以用在分析中。
第二种可能是使用最后的近似,该近似在复平面的右 手半边内给出一个零值。
第三种可能是使用中间的近似,该近似给出 一个极。
只要极和零时间常数相等,第二和第三种可能模型给出相同 的相位滞后,因此稳定分析的这个方面是满意的。
在复平面的右手半 边内的零给予导纳的幅度一个高通特性,而带有极的中间近似给予导 纳的幅度一个低通特性。
后者更为实际,因此后者是此后使用的模型。
在本发明的一个优选实施例中,回转器内核内的各个MOS晶体管 具有加入其中的串联反馈。
图3显示一个晶体管42和反馈电路44。
具 体地,反馈电路44包括一个反馈电阻器Rf(具有电阻rf)和电容器Cf (具有电容cf)的并联组合,该并联组合被连接到晶体管的源极端子 并与之串联。
定义反馈电路的阻抗为rf‖cf=zf=rf/(1+s.τf),闭环转移导 纳GT为: G T = y m 1 + y m . z f = g m 1 + s . τ gm 1 + g m 1 + s . τ gm · r f 1 + s . τ f ]]> = g m 1 + g m . r f · 1 + s . τ f 1 + s . τ gm + τ f 1 + g m . r f + s 2 τ gm . τ f 1 + g m . r f ]]>在gm·rf>>1的约束条件下,低频时GT将近似为1/zf
从而,GT将具 有一个左半平面零,导致一个初始相位超前。
由于,没有反馈情况下, 有一个相位滞后,这暗示可以发现一个平衡条件,在该条件下,至少 低于一个特定频率时,相位滞后能被最小化。
因此,通过为沟道延迟选择一个适当的近似,在一个大带宽范围 内为此补偿是可能的。
于是作为结果的设计能被用作一个集成电路设 备的基础。
图4和图5分别显示对于参数T和z的不同值转移导纳的幅度 和相位的多个曲线A-G,其中T=gm·rf,τf=1/z,τgm=1。
因而可以看出 一个适度的环路增益能导致互导纳带宽的相当可观的展宽,也能提供 一些相位超前,它对于一些其他寄生引起的相位滞后可能是期望的。
在本发明的实际应用中,在处于不同工作温度和电源电压下的所 有生产设备中特征参数(例如gm、rf、τgm和τf)应具有一个恒定的关 系是重要的。
图6给出一个在一个IC中获得这种恒定关系的办法。
具 体地,一个工作在三极管区的MOS晶体管50被用作反馈阻抗。
在这 种情况下,rf=1/gd并且cf=cgd
有利地,连接到晶体管50的门极的基 极电压跟踪回转器元件的电源电压的变化。
对于在Nauta的“一种适 合于甚高频的CMOS互导-C滤波器技术”,IEEE Journal of Solid State Circuits,第27卷,第2期,1992二月,中提出的一个回转器结构, 例如,回转器的电源电压来源于一个调整电路,该调整电路提供一个 依赖于过程、温度和电源电压变化的电压。
因此,如果基极电压跟踪 回转器元件调整电压的变化,能够在过程、温度和电源的标称变化范 围内确保rf∝1/gm和τf∝τgm
从而这里提供了一个电路,该电路能补偿一个回转器或其他交叉 耦合结构内的沟道延迟。
这里还提供了一个设计一个用以获得这种补 偿的集成电路的方法。
展开

查看更多专利详情信息请先登录或注册会员

相关专利类别推荐

获取手机验证码,即可注册成为会员

专利详情咨询

咨询内容

姓名

手机

验证码

用户登录

手机号

手机验证码

提示

不能再减了!!!

提交成功

八月瓜客服中心已经收到您的信息,正在为您派遣知识产权顾问。知识产权顾问会携带贴心的服务以闪电搬的速度与您联系。

扫一扫关注八月瓜微信 创业一手掌握