CN106253890B - 衬偏电压调整稳定输入翻转电平的接收器 - Google Patents
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Abstract
衬偏电压调整稳定输入翻转电平的接收器,涉及集成电路技术。本发明包括输入端VIN、输出端VOUT和反相器,还包括一个从反相器和第一运放,所述从反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第三MOS管和第四MOS管构成,第三MOS管与第一MOS管相同,第四MOS管与第二MOS管相同,第三MOS管的衬底和第一MOS管的衬底皆连接到第一运放OP1的输出端,第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极皆连接到参考电压源,第三MOS管和第四MOS管的串联连接点连接第一运放OP1的正性输入端,第一运放OP1的负性输入端连接电平值为VCC/2的第二参考电压源。本发明不受电源电压和温度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术。
背景技术
接收器电路应用于各种数字信号的输入端,其翻转电平往往在芯片设计中不太被重视,但在长距离信号传输、环境温度变化、电源电压变化等应用环境中,翻转电平值的稳定性成为了电路系统中举足轻重的电学性能,其较大的漂移会导致数据传输误码甚至接收器无法正常工作。
经典接收器结构:
以VCC=5V的TTL/CMOS信号接收器为例,由于大部分接收系统规定其输入判别电平为:VIL(输入判定为低的电平)≤0.8V,VIH(输入判定为高的电平)≥2.4V,故其输入翻转电平通常在1.4V~1.8V范围内,经典的接收器电路为单一的CMOS反相器结构,该结构仅能通过调整NMOS与PMOS的宽长比来改变输入判别电平值,故该结构几乎没有对温度和电源电压变化的抑制能力。
如图1所示为经典接收器电路,以输出中间电平VCC/2=2.5V作为输出翻转点电压,借助辅助运放构成输出到输入的反馈环路,使反相器输出电平恒为VCC/2,在电源电压VCC恰好等于5V,室温27℃环境下,通过调整MOS管宽长比,将图1中反相器的输入电平设置为1.6V,该值即为此条件下的输入翻转电平,改变环境变量(电源值与温度值),观测输入电平的变化。
如图2所示在‐55℃~125℃范围内,输入电平变化幅度约100mV。
如图3所示在4V~6V的电源电压范围内,输入电平变化幅度超过400mV。
由前述对经典CMOS反相器型的接收器输入端口分析可知,在电源电压与温度变化范围较大的应用环境下,接收器输入翻转电平漂移较大,在一定情况下易逼近VIL或VIH,使得接收器对高低电平的判别出现错误,另一方面也大幅度降低了接收器抗噪能力,在长距离传输应用下容易出现数据误码的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提出一种带闭环控制的接收器输入端口电路结构,该结构在以较小的功耗和芯片面积为代价下,使输入翻转电平不随电源电压、环境温度的变化而变化。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是,衬偏电压调整稳定输入翻转电平的接收器,包括输入端VIN、输出端VOUT和反相器,所述反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第一MOS管和第二MOS管构成,第一MOS管和第二MOS管的串联连接点即为输出端VOUT,两个MOS管栅极连接到输入端,其特征在于,还包括一个从反相器和第一运放OP1,所述从反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第三MOS管和第四MOS管构成,第三MOS管与第一MOS管相同,第四MOS管与第二MOS管相同,第三MOS管的衬底和第一MOS管的衬底皆连接到第一运放OP1的输出端,第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极皆连接到参考电压源,第三MOS管和第四MOS管的串联连接点连接第一运放OP1的正性输入端,第一运放OP1的负性输入端连接电平值为VCC/2的第二参考电压源。
所述第一MOS管和第三MOS管皆为PMOS管,接高电平;第二MOS管和第四MOS管皆为NMOS管,接地电平。
本发明的有益效果是,在增添少量芯片面积及功耗的条件下,通过负反馈控制环路使得输入翻转电平稳定,不受电源电压和温度的影响。
附图说明
图1为现有技术接收器输入端,借助辅助运放对输入翻转电平进行仿真
图2为现有技术接收器输入翻转电平与温度关系。
图3为现有技术接收器输入翻转电平与电源电压关系。
图4为本发明提出的接收器结构。
图5为本发明采用的VREF产生电路图。
图6为本发明接收器结构的输入翻转电平与温度关系曲线。
图7为本发明接收器结构的输入翻转电平与电源电压关系曲线。
具体实施方式
参考图4。
本发明包括输入端VIN、输出端VOUT和反相器,所述反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第一MOS管MP2和第二MOS管MN2构成,两个MOS管栅极连接到输入端,其特征在于,还包括一个从反相器和第一运放OP1,所述从反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第三MOS管MP1和第四MOS管MN1构成,第三MOS管MP1与第一MOS管MP2相同,第四MOS管MN1与第二MOS管MN2相同,第三MOS管MP1的衬底和第一MOS管MP2的衬底皆连接到第一运放OP1的输出端,第三MOS管MP1的栅极和第四MOS管MN1的栅极皆连接到参考电压源,第三MOS管MP1和第四MOS管MN1的串联连接点连接第一运放OP1的正性输入端,第一运放OP1的负性输入端连接电平值为VCC/2的第二参考电压源。
所述第一MOS管和第三MOS管皆为PMOS管,接高电平;第二MOS管和第四MOS管皆为NMOS管,接地电平。
本文所称的串联是基于电流的流向而言,如图4中,电流从高电平VCC经第三MOS管MP1的源极和漏极,再经过第四MOS管的源极和漏极至地电平点,第三MOS管和第四MOS管即为串联。
本发明利用MOS管源-衬反偏电压值影响MOS开启阈值这一效应,通过含运算放大器OP1的闭环控制电路对图4中的MP2管的阈值电压进行调整,进而对接收器输入翻转电平的漂移进行补偿,使得翻转电平在不同电源电压及温度条件下保持恒定。
图4的具体工作原理为,第三MOS管MP1和第四MOS管MN1构成的从反相器与第一MOS管MP2、第二MOS管MN2构成的主反相器尺寸完全相同,该从反相器与运放OP1构成负反馈环对第三MOS管MP1的衬底电压VBP1进行控制,调整第三MOS管MP1的阈值电压VthP1使得在VREF输入条件下,从反相器输出电压与第一运放OP1反向输入端的VCC/2电压相等。VREF为由芯片内部提供的基准电压,该电压设定为接收器输入端口所需要的翻转电平值。通过闭环控制,第一MOS管MP2的衬底电压值VBP2=VBP1,由于两反相器尺寸、电源电压、衬底电压都相等,故最终所得到的主反相器输入翻转电平为所设定的VREF值。VREF可由简易的一阶温度补偿电压基准源经过倍压后得到,以图5结构为例,调整电阻R3、R4比值使VREF=1.6V,该结构VREF温度系数约为12ppm/℃,如图6。
与图1的方法类似,借助辅助运放稳定接收器输出电压在VCC/2,对其输入电压进行温度扫描仿真,可看出输入电平的温度系数与VREF近似,在-55℃~125℃范围内仅变化了3.2mV,则对比图2与图6仿真结果,接收器结构A在全温范围内的输入翻转电平变化幅度仅为经典结构的32%。对电源电压进行扫描,仿真结果如图7所示,在4V~6V范围内输入电平变化幅度仅为2.4mV,为图3所示的6%。
Claims (2)
1.衬偏电压调整稳定输入翻转电平的接收器,包括输入端VIN、输出端VOUT和反相器,所述反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第一MOS管和第二MOS管构成,两个MOS管的栅极连接到输入端,其特征在于,还包括一个从反相器和第一运放OP1,所述从反相器由串联于高电平VCC和地电平之间的第三MOS管和第四MOS管构成,第三MOS管与第一MOS管相同,第四MOS管与第二MOS管相同,第三MOS管的衬底和第一MOS管的衬底皆连接到第一运放的输出端,第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极皆连接到参考电压源,第三MOS管和第四MOS管的串联连接点连接第一运放OP1的正性输入端,第一运放的负性输入端连接电平值为VCC/2的第二参考电压源,第一MOS管和第二MOS管的串联连接点接第二运放OP_ASS的正性输入端,第二运放的负性输入端接电平值为VCC/2的第三参考电压源,第二运放的输出端连接至输入端VIN。
2.如权利要求1所述的衬偏电压调整稳定输入翻转电平的接收器,其特征在于,所述第一MOS管和第三MOS管皆为PMOS管,接高电平;第二MOS管和第四MOS管皆为NMOS管,接地电平。
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