CN103684420A - 一种用于提高电压驱动能力的缓冲器 - Google Patents

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杨格兰
柏娜
夏迎成
朱贾峰
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Abstract

一种用于提高电压驱动能力的缓冲器，所述缓冲器设有4个NMOS管：MN1、MN2、MN3和MN4，三个PMOS管：MP1、MP2和MP3，以及一个电阻R。本发明缓冲器中，差分放大器和输出形成负反馈，使输出电压的变化随环境的变化很小；缓冲器中的电流源用NMOS管，即MN1、MN4代替以往的PMOS管，很好的降低了缓冲器的电流，降低了整个模块的功耗；输出采用电阻R，使缓冲器的输入电平保持在较低水平；本发明结构简单，驱动能力强，同时保证输出电压的稳定性。

Description

一种用于提高电压驱动能力的缓冲器
技术领域
本发明涉及一种结构简单的低电压高稳定性的高速缓冲器，尤其是一种可以提高低电压低驱动信号的驱动能力缓冲器。它可以有效的提高低电压信号的驱动能力，并且输出电压具有很高的稳定性，是一款性能优秀的低电压高稳定性的高速缓冲器。
背景技术
随着集成电路设计技术的发展，在新一代的集成电路设计中,为了达到设计目标，尤其是为了降低功耗和提高速度，设计者常常使用多路电压（MSV）方法允许使用不同电压的设计分实体或块，而随之引入的低电压逻辑，为了增强低电压的驱动能力，需要在低电压和负载之间增加一级缓冲器。例如，当200mv的低驱动能力的电压驱动一个较大的负载时，需要首先解决的就是速度问题，这时就需要缓冲器提高电压的驱动能力；当电压工作在不同的环境下，输出电压的稳定性也必须得到充分的保障，否则很容易导致电路无法正常工作，对于低电压更是如此。因此，本发明提出了一种结构简单，驱动能力强，且可以保证输出的低电压稳定性的电路。
发明内容
本发明要解决的问题：当电压驱动能力较低时，需要提高其驱动能力，保证输出电压的稳定性，同时尽可能的让功耗损失最低。
本发明的技术方案为：一种用于提高电压驱动能力的缓冲器，所述缓冲器设有4个NMOS管：MN1、MN2、MN3和MN4，三个PMOS管：MP1、MP2和MP3，以及一个电阻R；NMOS管MN1的漏极和电源Vdd连接，栅极接外部控制信号Vcon，体端接地GND，源极和PMOS管MP1、MP2的源极相连；PMOS管MP1的栅极接外部输入信号Vi，体端接电源Vdd，漏极和PMOS管MN2的漏极、栅极以及PMOS管MN3的栅极相连；电阻R的两端设为A端和B端，PMOS管MP2的栅极和NMOS管MN4的源极、电阻R的A端相连，漏极和NMOS管MN3的漏极相连，体端和电源Vdd相连；NMOS管MN2的源极和体端接地GND；NMOS管MN3的源极和体端接地GND；NMOS管MN4的漏极接电源Vdd，体端接地GND；电阻R的B端接地GND；所述缓冲器的输出端Vout为电阻R的A端。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及显著效果：
（1）在本发明缓冲器中，差分放大器和输出形成负反馈，使输出电压的变化随环境的变化很小，具有更好的稳定性，具体的数据见表1。
（2）缓冲器中的电流源用NMOS管，即MN1、MN4代替以往的PMOS管，很好的降低了缓冲器的电流，降低了整个模块的功耗。
（3）本发明输出用一个电阻R代替现有技术常用的MOS管，使缓冲器的输入电平能够维持在200mv左右的低电平，满足增强低电压的驱动能力的要求。
附图说明
图1为本发明的电路结构图。
图2为一个简单的低驱动能力的低电压产生模块。
图3为不带反馈的缓冲器。
图4为采用PMOS管作为电流源的缓冲器。
具体实施方式
参看图1，本发明的结构简单的低电压高稳定性的高速缓冲器由4个NMOS管MN1、MN2、MN3和MN4，三个PMOS管MP1、MP2和MP3，以及一个电阻R构成。
具体连接关系如下，NMOS管MN1的漏极和电源Vdd连接，栅极接外部控制信号Vcon，体端接地GND，源极和PMOS管MP1、MP2的源极相连；PMOS管MP1的栅极接外部输入信号Vi，体端接电源Vdd，漏极和PMOS管MN2的漏极、栅极以及PMOS管MN3的栅极相连；电阻R的两端设为A端和B端，PMOS管MP2的栅极和NMOS管MN4的源极、电阻R的A端相连，漏极和NMOS管MN3的漏极相连，体端和电源Vdd相连；NMOS管MN2的源极和体端接地GND；NMOS管MN3的源极和体端接地GND；NMOS管MN4的漏极接电源Vdd，体端接地GND；电阻R的B端接地GND；所述缓冲器的输出端Vout为电阻R的A端。
本发明的噪声电流补偿电路的工作原理如下：
Vdd=1.2V，Vi为输入低电平，即外部输入信号，Vcon为脉冲信号，即外部控制信号。当Vcon=0时，作为电流源的NMOS管MN1截止，差分放大器不工作，其输出端输出为0，NMOS管MN4截止，增大驱动能力的电路也不工作，输出为0。当Vcon=1时，NMOS管MN1导通，差分放大器正常工作，差分放大器的一个输入端接输入电压，也就是输入低电平Vi，输出电压使NMOS管MN4导通，驱动级电路开始工作，输出电压Vout，Vout又接到差分放大器的另一端，形成反馈回路，稳定输出电压Vout。
为进一步验证本发明的优点，下面对本发明电路进行仿真验证，同时和相类似的电路进行比较，其中，图2为一个简单的低驱动能力的低电压产生模块，用于模拟现实情况下的具有低驱动能力的低电压，并且用于和本发明的驱动能力进行比较；图3为不带反馈的缓冲器，用于和本发明的稳定性进行比较；图4为PMOS电流源的缓冲器，用于和本发明的功耗进行比较；负载电容C=1p。仿真结果如表1所示。从表1中可以看出：1.从不同工艺角下的Vout可知，本发明比不带反馈的缓冲器的输出电压随工艺角变化的范围小，即，其输出电压具有更好的稳定；2.从输出负载上升时间可知，本发明的速度比直接接负载的速度快，说明该发明可以很好的解决了驱动力不足的问题；3.从缓冲器的工作电流可知，在同等的驱动能力下，本发明的工作的电流比采用PMOS管电流源的小很多，说明在同等的驱动能力下，该发明具有更小的功耗。综上所述，该发明很好的解决低电压的驱动问题，输出稳定性以及功耗问题，同时该结构简单，适合用在集成电路设计中。
表1
Figure BDA0000414298800000031

Claims (1)

1.一种用于提高电压驱动能力的缓冲器，其特征是所述缓冲器设有4个NMOS管：MN1、MN2、MN3和MN4，三个PMOS管：MP1、MP2和MP3，以及一个电阻R；NMOS管MN1的漏极和电源Vdd连接，栅极接外部控制信号Vcon，体端接地GND，源极和PMOS管MP1、MP2的源极相连；PMOS管MP1的栅极接外部输入信号Vi，体端接电源Vdd，漏极和PMOS管MN2的漏极、栅极以及PMOS管MN3的栅极相连；电阻R的两端设为A端和B端，PMOS管MP2的栅极和NMOS管MN4的源极、电阻R的A端相连，漏极和NMOS管MN3的漏极相连，体端和电源Vdd相连；NMOS管MN2的源极和体端接地GND；NMOS管MN3的源极和体端接地GND；NMOS管MN4的漏极接电源Vdd，体端接地GND；电阻R的B端接地GND；所述缓冲器的输出端Vout为电阻R的A端。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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