DE102019203993A1

DE102019203993A1 - Rauscharme Breitbandverstärker mit DC-Schleifen, die über Substratgates vorgespannte Transistoren aufweisen

Info

Publication number: DE102019203993A1
Application number: DE102019203993.6A
Authority: DE
Inventors: Konstantinos Manetakis; Thomas G. McKay
Original assignee: GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-10-24
Also published as: TW202011689A; TWI725402B; US10700653B2; US20190326866A1

Abstract

Verfahren bilden Verstärkervorrichtungsstrukturen, die erste bis dritte Verstärkervorrichtungen umfassen. Die erste Verstärkervorrichtung erzeugt ein Zwischensignal. Die zweite Verstärkervorrichtung ist mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden und erzeugt ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal. Die dritte Verstärkervorrichtung invertiert das Zwischensignal, um ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist. Eine Widerstandsrückkopplungsschleife ist mit dem Eingang und dem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden. Ein Verstärkungsverhältnis der Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu der Verstärkung der zweiten Verstärkervorrichtung stimmt mit einem Widerstandsverhältnis des Source-Widerstands des Eingangssignals zu dem Widerstand des zu dem Source-Widerstand addierten Widerstands überein. Gleichstromschleifenschaltungen sind auch mit den ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen verbunden und jede der Gleichstromschleifenschaltungen verbindet einen Verstärkervorrichtungsausgang mit einem Verstärkervorrichtungseingang.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungsvorrichtungen, wie Verstärker, und insbesondere auf breitbandige rauscharme Verstärker mit Gleichstromschleifen (DC-Schleifen), die über Substratgates vorgespannte Transistoren aufweisen.
Beschreibung des Stands der Technik
Verstärker sind nützlich, um ein Signal mit niedriger Leistung bei einer höheren Leistung wiederzugeben. Über Wechselstrom (AC) gekoppelte Kondensatoren werden üblicherweise in Verstärkern verwendet, um zwei Schaltkreise zu verbinden. Bei Wechselstromkopplungskondensatoren kann nur das Wechselstromsignal von einer ersten Schaltung zu einer zweiten Schaltung gelangen, während Gleichstrom (DC) gesperrt ist, und dies geschieht, um die Gleichstromvorspannungseinstellungen der gekoppelten Schaltungen zu isolieren.
Wechselstromkopplungskondensatoren erfordern jedoch eine beträchtliche Menge an Chipfläche. Wechselstromkopplungskondensatoren beeinträchtigen auch die Leistung in breitbandigen rauscharmen Verstärkern (LNAs), da ein Wechselstromkopplungskondensator bei immer niedrigeren Frequenzen immer widerstandsfähiger erscheint. Breitband-LNAs arbeiten von 500 MHz bis 3 GHz. Wenn Sie die unteren Frequenzen verstärken, erhöht die AC-Kopplung den Widerstand und verringert die Leistung.
Zusammenfassung
Diese Erfindung stellt verschiedene Verstärkervorrichtungsschaltungsstrukturen und Verfahren zum Herstellen derselben vor. Einige beispielhafte Verstärkervorrichtungsstrukturen umfassen erste, zweite und dritte Verstärkervorrichtungen (z. B. Inverter). Die erste Verstärkervorrichtung invertiert und verstärkt ein Eingangssignal, um ein Zwischensignal zu erzeugen. Die zweite Verstärkervorrichtung ist mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden und invertiert und verstärkt das Eingangssignal, um ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal zu erzeugen. Die dritte Verstärkervorrichtung invertiert das Zwischensignal, um ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist. Solche Strukturen umfassen ferner eine Rückkopplungsschleife, die mit dem Eingang und dem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist.
Die Rückkopplungsschleife umfasst einen Widerstand. Der Widerstand hält die Gates der ersten Verstärkervorrichtung auf der mittleren Versorgungsspannung und die erste Verstärkervorrichtung hält die Gates der zweiten Verstärkervorrichtung und der dritten Verstärkervorrichtung auf der mittleren Versorgungsspannung. Die verschiedenen Vorrichtungen sind so bemessen, dass ein Verstärkungsverhältnis aus der Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu der Verstärkung der zweiten Verstärkervorrichtung mit einem Widerstandsverhältnis aus einem Source-Widerstand des Eingangssignals zu einem Widerstand des zu dem Source-Widerstand addierten Widerstands übereinstimmt. Indem die Vorrichtungen derart bemessen sind, dass solche Verhältnisse miteinander übereinstimmen, werden Rauschen und Störungen, die von der ersten Verstärkervorrichtung erzeugt werden, eliminiert.
In den ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen sind nur Gleichstromschleifenschaltungen (DC-Schleifenschaltungen) gebildet und jede der DC-Schleifenschaltungen umfasst vorgespannte Transistoren. Genauer gesagt umfassen die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen erste bis dritte Transistoren (z. B. vom n-Typ), die mit Masse verbunden sind, um den Vorspannungsstrom der ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen einzustellen. Die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen umfassen zusätzlich erste bis dritte komplementäre Transistoren (z. B. p-Typ), die mit einer Spannungsquelle verbunden sind.
Die ersten bis dritten Transistoren sind auch mit einem Vorspannungsstrom verbunden. Insbesondere ist der Vorspannungsstrom mit den Substratgates der ersten bis dritten Transistoren verbunden. In einigen Strukturen kann der den ersten bis dritten Transistoren zugeführte Vorspannungsstrom für unterschiedliche Transistoren verschieden sein. Insbesondere sind eine oder mehrere Referenzvorrichtungen mit den ersten bis dritten Transistoren verbunden und solche Referenzvorrichtungen erzeugen den Vorspannungsstrom bei einer mittleren Versorgungsspannung, die zwischen der Spannungsquelle und Masse liegt.
Verstärkervorrichtungen werden hierin durch verschiedene Verfahren gebildet, einschließlich solcher, die: eine erste Verstärkervorrichtung bilden, die zum Invertieren und Verstärken eines Eingangssignals und zum Erzeugen eines Zwischensignals verbunden ist; eine zweite Verstärkervorrichtung bilden, die mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, um das Eingangssignal zu invertieren und zu verstärken und ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal zu erzeugen; eine dritte Verstärkervorrichtung bilden, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, um das Zwischensignal zu invertieren und ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist; und eine Rückkopplungsschleife bilden, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist. Die Rückkopplungsschleife ist so ausgebildet, dass sie einen Widerstand umfasst.
Die zweite Verstärkervorrichtung, die dritte Verstärkervorrichtung und der Widerstand sind derart ausgebildet, dass ein Verstärkungsverhältnis aus der Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu der Verstärkung der zweiten Verstärkervorrichtung mit einem Widerstandsverhältnis aus dem Source-Widerstand des Eingangssignals zum Widerstand des zum Source-Widerstand hinzugefügten Widerstandes übereinstimmt.
Der Prozess des Bildens der ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen umfasst ein Bilden von mit Masse verbundenen ersten und dritten Transistoren, um den Vorspannungsstrom der ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen einzustellen. Außerdem sind die ersten bis dritten Transistoren mit einem Vorspannungsstrom verbunden. Die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen sind so ausgebildet, dass sie ferner erste bis dritte komplementäre Transistoren umfassen, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind, die bezüglich den ersten bis dritten Transistoren von entgegengesetzter Polarität sind.
Eine solche Verarbeitung bildet zusätzlich mindestens eine Referenzvorrichtung, die mit den ersten bis dritten Transistoren verbunden ist. Die Referenzvorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie den Vorspannungsstrom bei einer mittleren Versorgungsspannung erzeugt, die zwischen der Spannung der Spannungsquelle und Masse liegt. Bei solchen Verfahren werden auch Verbindungen derart gebildet, dass der Vorspannungsstrom mit den Substratgates der ersten bis dritten Transistoren verbunden ist. Außerdem sind solche Verbindungen derart gebildet, dass der Vorspannungsstrom, der den ersten bis dritten Transistoren zugeführt wird, für unterschiedliche Transistor verschieden sein kann.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Ausführungsformen werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind, besser verstanden.

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Verstärkervorrichtung gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellt;
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Referenzvorrichtung gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das die in 1 gezeigte Verstärkervorrichtung detaillierter darstellt;
4 ist ein schematisches Diagramm, das die in 2 gezeigte Referenzvorrichtung mit einem Teil der in 3 gezeigten Verstärkervorrichtung darstellt; und
5 ist ein Flussdiagramm, das hier Ausführungsformen veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung
Wie oben erwähnt, verbrauchen herkömmliche Wechselstromkopplungskondensatoren wertvolle Chipfläche und beeinträchtigen die Leistung in Breitband-LNAs erheblich. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren richten sich auf diese Probleme, indem sie AC-Kopplungskondensatoren eliminieren und die Substratgate-Fähigkeit von vollständig erschöpften Silizium-auf-Isolator-Transistoren (FDSOI-Transistoren) in DC-Schleifen nutzen. Daher stellen die hierin beschriebenen Breitband-LNAs komplementäre Ausgangsströme bereit, wobei die Stromsubtraktion durch den nachfolgenden Mischer und Transimpedanzverstärker (TIA) bereitgestellt wird. Die hier beschriebenen Breitband-LNAs bieten auch eine vorhersagbare und stabile Vorspannung in DC-gekoppelten komplementären LNA-Stufen unter Verwendung einer breitbandigen, induktorlosen Topologie (geringer Kernbereich, weniger Interferenz). Ferner eliminiert eine solche Rauschverhinderungs- und Entstörungstopologie das Rauschen und die Störung der aktiven Schaltungsanordnung, die die Eingangsimpedanz einstellt.
Wie hier beschrieben, verwenden diese Breitband-LNAs drei DC-gekoppelte (komplementäre) Verstärkerstufen (Schleifen) auf Inverter-Basis, um komplementäre Ausgangsströme bereitzustellen. Die Vorspannungsschaltung liefert eine Vorspannung an den Substratgate-Anschluss der Transistoren in den Gleichstromschleifen, wodurch in jeder der gleichspannungsgekoppelten Verstärkungsstufen vorhersagbare Vorspannungsströme bereitgestellt werden. Diese Rauschverhinderungs- und Entstörungstopologie eliminiert das Rauschen und die Verzerrung der aktiven Schaltungsanordnung, die die Eingangsimpedanz einstellt. Die komplementären Strukturen sparen auch Strom für eine bestimmte Transkonduktanz. Der sehr kleine LNA-Kern kann verwendet werden, um den Übertragungsschalter (RX-Schalter) in Mehrwegempfängern (wo jeweils ein Pfad arbeitet) zu eliminieren.
Mit Verfahren und Vorrichtungen hierin stellt somit ein erster Inverter mit ohmscher Rückkopplung eine Spannungsverstärkung und zweite und dritte Inverter bereit, die nur mit dem Eingang und dem Ausgang des ersten Inverters DC-gekoppelt sind, liefern komplementäre Ausgangsströme und eliminieren das Rauschen und die Störung des ersten Wechselrichters. Die Vorspannungsschaltung liefert Vorspannungsströme, während die Eingänge/Ausgänge für maximale Linearität auf einer mittleren Versorgung gehalten werden. Zusätzlich maximiert die Verwendung von komplementären Stufen die Transkonduktanz für einen gegebenen Vorspannungsstrom.
Insbesondere zeigt 1 einen beispielhaften rauscharmen Verstärker (LNA) 100, der erste (104), zweite (106) und dritte (108) Verstärkervorrichtungen (z. B. Operationsverstärker, Inverter usw.) umfasst. Die erste Verstärkervorrichtung 104 ist mit einem Eingangsknoten verbunden und invertiert und verstärkt ein Eingangssignal (in), um ein Zwischensignal an einem Zwischenknoten zu erzeugen. Die zweite Verstärkervorrichtung 106 ist mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung 104 verbunden und invertiert und verstärkt das Eingangssignal, um ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal (i₀₁ ) an einem Ausgangsknoten zu erzeugen. Die dritte Verstärkervorrichtung 108 invertiert das Zwischensignal, um ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal (i₀₂ ) zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal (i₀₁ ) an einem komplementären Ausgangsknoten komplementär ist.
Solche Strukturen umfassen ferner eine Rückkopplungsschleife 102, die mit dem Eingang und dem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung 104 verbunden ist. Die Rückkopplungsschleife umfasst einen Widerstand R0. Der Widerstand R0 hält die Gates der ersten Verstärkervorrichtung 104 auf der mittleren Versorgungsspannung und die erste Verstärkervorrichtung 104 hält die Gates der zweiten Verstärkervorrichtung 106 und der dritten Verstärkervorrichtung 108 auf der mittleren Versorgungsspannung.
In der in 1 gezeigten Struktur verstärkt die komplementäre Stufe (Inverter 104) das Eingangssignal an den Zwischenknoten. Der relativ kleinere Inverter 108 liefert einen Ausgangsstrom i₀₂ mit Transkonduktanzverstärkung (r_o ist die Ausgangsimpedanz am Zwischenknoten) von: $(1 - g m 0 \cdot R 0) (\frac{1}{1 + R 0 / r_{0}}) g m 2,$
wobei r_o die Ausgangsimpedanz von gm0 ist. Der relativ größere Inverter 106 (relativ größer als der Inverter 108) liefert den komplementären Ausgangsstrom i_o1 , mit der Transkonduktanz gm1. Für die Zwecke hierin bezeichnet Transkonduktanz im Allgemeinen den Verstärkungsparameter einer Vorrichtung (gm ist ein Verstärkungsmaß, das für die Transkonduktanz verwendet wird). Jeder in den Zwischenknoten eingespeiste Rauschstrom wird aufgehoben (vorausgesetzt, RS ist der Source-Widerstand bei „in“), wenn die folgenden Verhältnisse $\frac{g m 2}{g m 1} \approx \frac{R S}{R 0 / R S}$
eingehalten werden. Somit wird das von den Geräten gm0 erzeugte Rausch aufgehoben. Die Rauschzahl unter der Rauschunterdrückungsbedingung ist gegeben durch $N F \approx 1 + \frac{g m 2}{g m 1} + \frac{γ}{2}$
(beachten Sie, dass die vorstehende Gleichung keinen gm0-Term hat, da das Vorstehende das Rauschen gm0 aufhebt).
Anders ausgedrückt stimmt das Verstärkungsverhältnis (gm2/gm1) aus der Verstärkung gm2 der dritten Verstärkervorrichtung 108 zu der Verstärkung gm1 der zweiten Verstärkervorrichtung 106 mit einem Widerstandsverhältnis (RS/R0 +RS) aus einem Source-Widerstand des Eingangssignals RS zu einem Widerstand des zu dem Source-Widerstand addierten Widerstands R0 überein (z. B. entspricht es ungefähr). Mit „übereinstimmend“ oder „ungefähr gleich“ ist gemeint, dass zwei Werte innerhalb von 10% voneinander liegen (oder sogar näher beieinanderliegen, beispielsweise 5%, 2% oder genau gleich). Somit beseitigt eine Vorrichtung mit einer zweiten und einer dritten Verstärkervorrichtung 106, 108, die mit solchen Verhältnissen (gm2/gm1 = RS/(R0 + RS)) übereinstimmen, das von der ersten Verstärkervorrichtung 104 erzeugte Rauschen.
Außerdem wird der Beitrag von gm0 zur Störung der 3. Ordnung des Differentialstroms unter den gleichen Bedingungen aufgehoben, wie gezeigt: $\frac{g m 2}{g m 1} \approx \frac{R s}{R 0 + R s} .$
Unter der Annahme von minimalen Störungstermen der 2. Ordnung ist der differentielle Ausgangsstrom gegeben durch (Terme g₀₃ , g₁₃ und g₂₃ modellieren eine Störung der 3. Ordnung in den Invertern): $i_{0, d i f f} \approx [g m 1 + g m 0 R g m 2] (\frac{v_{s}}{2}) + [g_{13} + g_{23} {(g m 0 R 0)}^{3}] {(\frac{v_{s}}{2})}^{3} .$
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass es in der vorherigen Gleichung keinen g₀₃ -Term gibt, da durch das Vorstehende die Störung von gm0 aufgehoben wird. Die Störung der 3. Ordnung des Kleinsignals wird weiter optimiert, indem die Geräte im gemäßigten Inversionsbereich betrieben werden, in dem g13 und g23 minimiert sind.
2 zeigt eine Referenzvorrichtung 110, die V_bgn erzeugt, die den Vorspannungsstrom in jedem Wechselrichter definiert. Der Vorspannungsstrom V_bgn liegt im Allgemeinen bei einer mittleren Versorgungsspannung, die zwischen der Spannungsquelle und Masse liegt. Insbesondere umfasst die Referenzvorrichtung einen Operationsverstärker OA_B , der Eingaben der vollen Betriebsspannung Vdd und einer Mittelpunktspannung (z. B. 40% -60% von Vdd) empfängt. Der Operationsverstärker OA_B gibt das Vorspannungssignal V_bgn an das Substratgate eines n-Transistors Nb aus. Wie gezeigt, weist der Transistor Nb Source/Drain auf, die mit der Betriebsspannung Vdd und Masse verbunden sind, und das Vordergate ist zusätzlich mit der Betriebsspannung Vdd verbunden.
3 stellt den rauscharmen Verstärker 100 detaillierter dar und zeigt, dass alle Inverter nur DC-gekoppelt sind, wodurch die Verwendung von AC-Kopplungskondensatoren vermieden wird (in der Struktur sind keine AC-Kopplungskondensatoren vorhanden); dass die Substratgate-Verbindung in jeder n-Vorrichtung verwendet wird, um einen stabilen Vorspannungsstrom zu erreichen; und dass die Gleichstromschleifen um jedes p-Bauelement die Gate/Drain-Spannungen auf die mittlere Versorgung einstellen.
Genauer gesagt, 3 zeigt, dass Gleichstromschleifenschaltungen (DC-Schleifenschaltungen) in den ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen 104 - 108 gebildet sind. Die Gleichstromschleifenschaltungen umfassen vorgespannte n-Typ-Transistoren N0, N1 und N2, die durch das von der Referenzvorrichtung 110 erzeugte Vorspannungssignal V_bgn vorgespannt werden. Somit umfassen die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen 104 - 108 die ersten bis dritten Transistoren N0-N2 (mit durch das Vorspannungssignal V_bgn vorgespannten Substratgates), die mit Masse verbunden sind und die den Vorspannungsstrom für die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen 104 - 108 einstellen.
Die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen 104-108 umfassen außerdem erste bis dritte komplementäre p-Transistoren P0, P1 und P2, die mit der Betriebsspannungsquelle Vdd verbunden sind. Anders ausgedrückt weisen die ersten bis dritten komplementären Transistoren P0 bis P2 (z. B. Transistoren vom p-Typ) zu den ersten bis dritten Transistoren N0 bis N2 (z. B. Transistoren vom n-Typ) entgegengesetzte Polaritäten auf. Die Drains der komplementären Transistoren P0-P2 sind mit den Drains der n-Transistoren N0-N2 verbunden, so dass Inverterstrukturen gebildet werden.
Ferner umfasst jede der ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen 104-108 Gleichstromschleifen, die die Gate/Drain-Spannungen in jedem Inverter einstellen. Genauer gesagt läuft jede der DC-Schleifen in jeder der Verstärkervorrichtungen 104-108 um den Operationsverstärker (OA₀-OA₂ ) herum und umfasst den p-Typ-Transistor (P0-P2). Somit umfasst jede Gleichstromschleife einen Operationsverstärker OA₀ , OA₁ oder OA₂ , der Eingaben der Mittelpunktspannung (e.g. Vdd/2) und der Drainseite von einem der komplementären Transistoren (P0, P1 oder P2) empfängt. Die OA₀ -OA₂ -Ausgabe von jedem Operationsverstärker spannt das Substratgate der entsprechenden p-Transistoren P0-P2 vor und stellt dadurch die Gate/Drain-Spannungen in jedem Inverter ein.
In einigen Strukturen kann der den ersten bis dritten Transistoren N0 bis N2 zugeführte Vorspannungsstrom für verschiedene Transistoren unterschiedlich sein. Bei diesen Arten von Vorrichtungen sind mehrere Referenzvorrichtungen 110 mit den ersten bis dritten Transistoren N0 bis N2 verbunden, wobei jeder Transistor möglicherweise eine eigene Referenzvorrichtung aufweist. Diese Referenzvorrichtungen 110 erzeugen unterschiedliche Vorspannungsströme (V_bgn0 , V_bgn1 , V_bgn2 ).
4 zeigt eine Referenzvorrichtung 110 dar, die mit einer der Verstärkervorrichtungen verbunden ist. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist die Referenzvorrichtung 110 als mit der zweiten Verstärkervorrichtung 106 verbunden gezeigt, aber die anderen Verstärkervorrichtungen sind unter Verwendung derselben Verbindungen verbunden. Insbesondere legt die Gleichstromschleife um den Operationsverstärker OAB in der Referenzvorrichtung 110 das Substratgate des Transistors Nb fest, so dass Nb mit seinem Gate und seinem Drain in der Mitte der Versorgung auf den Strom Ibias vorgespannt wird, wie etwa Vdd/2 (unter Verwendung von Widerständen R1-R2). Die abgeleitete Substratgatespannung stellt den Vorspannungsstrom des Transistors N1 in der zweiten Verstärkervorrichtung 106 auf ein Vielfaches von Ibias ein. Die gemeinsamen Drains von N1/P1 werden durch die Gleichstromschleife um den Operationsverstärker OA1 auf eine mittlere Versorgung gesetzt, wodurch das Substratgate von P1 entsprechend eingestellt wird. Die Gates von P1/N1 werden von der vorhergehenden Verstärkervorrichtung 104 in der Mitte der Versorgung gehalten. Die erste Verstärkervorrichtung 104 in der Kette (gm0) hält ihr Gate dank des Rückkopplungswiderstands R0 auf der mittleren Versorgung.
5 ist ein Flussdiagramm, das die hier beschriebene Verarbeitung zeigt, die die oben beschriebenen Vorrichtungen bildet. Man beachte, dass in 5 einer oder mehrere der Schritte gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, als im Flussdiagramm gezeigt ist.
Wie in Objekt 200 gezeigt, werden Vorrichtungen hierin hergestellt oder erzeugt, indem eine erste Verstärkervorrichtung gebildet wird, die zum Invertieren und Verstärken eines Eingangssignals und zum Erzeugen eines Zwischensignals verbunden ist. In Objekt 202 bilden diese Verfahren eine zweite Verstärkervorrichtung, die mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, um das Eingangssignal zu invertieren und zu verstärken und ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal zu erzeugen. In Objekt 204 bilden diese Verfahren eine dritte Verstärkervorrichtung, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, um das Zwischensignal zu invertieren und ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist. In Objekt 206 bilden diese Verfahren eine Rückkopplungsschleife, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist. Die Rückkopplungsschleife wird in Objekt 206 derart gebildet, dass sie einen Widerstand umfasst.
Die zweite Verstärkervorrichtung, die dritte Verstärkervorrichtung und der Widerstand sind in den Objekten 202-206 so bemessen, dass ein Verstärkungsverhältnis der Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu der Verstärkung der zweiten Verstärkervorrichtung mit einem Widerstandsverhältnis aus dem Source-Widerstand des Eingangssignals zu dem Widerstandswiderstand übereinstimmt, der zum Source-Widerstand addiert wird.
Der Prozess des Bildens der ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen 200 - 204 umfasst ein Bilden von ersten bis dritten Transistoren, die mit Masse verbunden sind, um einen Vorspannungsstrom für die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen einzustellen. Die ersten bis dritten Transistoren werden auch in den Objekten 200-204 als mit einem Vorspannungsstrom verbunden gebildet. Die ersten bis dritten Verstärkervorrichtungen sind in den Objekten 200-204 derart ausgebildet, dass sie ferner erste bis dritte komplementäre Transistoren umfassen, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind, die eine zu den ersten bis dritten Transistoren entgegengesetzte Polarität aufweist.
Eine derartige Verarbeitung bildet zusätzlich mindestens eine Referenzvorrichtung, die mit den ersten bis dritten Transistoren in Objekt 208 verbunden ist. Die Referenzvorrichtung ist in Objekt 208 derart gebildet, dass sie den Vorspannungsstrom bei einer mittleren Versorgungsspannung erzeugt, die zwischen der Spannung der Spannungsquelle und Masse liegt. In einem solchen Objekt 208 sind Verbindungen derart ausgebildet, dass der Vorspannungsstrom mit den Substratgates der ersten bis dritten Transistoren verbunden ist. Zusätzlich werden solche Verbindungen in Objekt 208 gebildet, so dass der Vorspannungsstrom, der den ersten bis dritten Transistoren zugeführt wird, für verschiedene Transistoren unterschiedlich sein kann.
Es gibt verschiedene Arten von Transistoren, die geringfügige Unterschiede in ihrer Verwendung in einer Schaltung aufweisen. Beispielsweise hat ein Bipolartransistor Anschlüsse mit der Bezeichnung Basis, Kollektor und Emitter. Ein kleiner Strom am Basisanschluss (der zwischen Basis und Emitter fließt) kann einen viel größeren Strom zwischen den Kollektor- und Emitteranschlüssen steuern oder umschalten. Ein anderes Beispiel ist ein Feldeffekttransistor, dessen Anschlüsse mit Gate, Source und Drain bezeichnet sind. Eine Spannung am Gate kann einen Strom zwischen Source und Drain steuern. Innerhalb solcher Transistoren ist ein Halbleiter (Kanalbereich) zwischen dem leitfähigen Sourcebereich und dem ähnlich leitfähigen Drain (oder leitenden Source/Emitter-Bereich) angeordnet. Wenn sich der Halbleiter in einem leitenden Zustand befindet, lässt der Halbleiter elektrischen Strom zwischen Source und Drain oder Kollektor und Emitter fließen. Das Gate ist ein leitendes Element, das durch ein „Gate-Oxid“ (das ein Isolator ist) vom Halbleiter elektrisch getrennt ist, und ein Strom / eine Spannung innerhalb des Gates ändert den Kanalbereich zu leitend, so dass ein elektrischer Strom zwischen Source und Drain fließen kann. In ähnlicher Weise macht der Strom, der zwischen der Basis und dem Emitter fließt, den Halbleiter leitfähig, wodurch der Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter fließen kann.
Ein positiver Transistor oder „P-Transistor“ verwendet Verunreinigungen wie Bor, Aluminium oder Gallium usw. innerhalb eines intrinsischen Halbleitersubstrats (um Defizite an Valenzelektronen zu erzeugen) als ein Halbleiterbereich. In ähnlicher Weise ist ein „N-Typ“ - Transistor ein Transistor vom Negativ-Typ, der Verunreinigungen wie Antimon, Arsen oder Phosphor usw. innerhalb eines intrinsischen Halbleitersubstrats (um übermäßige Valenzelektronen zu erzeugen) als ein Halbleiterbereich verwendet. Im Allgemeinen werden Transistorstrukturen durch Abscheiden oder Implantieren von Verunreinigungen in ein Substrat gebildet, um mindestens einen Halbleiterkanalbereich zu bilden, der von flachen Grabenisolationsbereichen unterhalb der oberen (oberen) Oberfläche des Substrats begrenzt wird.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Vorrichtungen und Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In dieser Hinsicht kann jeder Block in dem Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Implementieren der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten. Zum Beispiel können zwei aufeinander folgende Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder die Blöcke können manchmal in einer umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, abhängig von der betreffenden Funktionalität. Es wird auch bemerkt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung sowie Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung durch hardwarebasierte Spezialsysteme implementiert werden können, die die angegebenen Funktionen oder Vorgänge ausführen oder Kombinationen von Spezialhardware und Computeranweisungen ausführen.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll das Vorstehende nicht einschränken. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der / die / das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ausführungsformen hierin können in einer Vielzahl von elektronischen Anwendungen verwendet werden, einschließlich fortgeschrittener Sensoren, Speicher/Datenspeicher, Halbleiter, Mikroprozessoren und anderen Anwendungen, ohne darauf beschränkt zu sein. Eine sich ergebende Vorrichtung und Struktur, wie beispielsweise ein Chip mit integrierter Schaltung (IC), kann vom Hersteller in der Form von rohen Wafern (d. h. als ein einzelner Wafer, der mehrere nichtverpackte Chips aufweist), als bloßer Chip oder in einer verpackten Form vertrieben werden. Im letzteren Fall ist der Chip in einem Einzelchipgehäuse (beispielsweise einem Kunststoffträger mit an einer Hauptplatine oder einem anderen Träger höherer Ebene befestigten Anschlüssen) oder in einem Multichip-Gehäuse (beispielsweise einem Keramikträger mit Oberflächenverbindungen und/oder vergrabenen Verbindungen) montiert. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungsvorrichtungen als Teil von entweder (a) einem Zwischenprodukt, beispielsweise einer Hauptplatine, oder (b) einem Endprodukt integriert. Das Endprodukt kann ein beliebiges Produkt sein, das integrierte Schaltungschips umfasst, von Spielzeug und anderen Low-End-Anwendungen bis hin zu fortschrittlichen Computerprodukten mit Display, Tastatur oder anderem Eingabegerät und Zentralprozessor.
Während das Vorstehende im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht auf eine solche Erfindung beschränkt sind. Vielmehr können die Elemente hierin so modifiziert werden, dass sie eine Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen enthalten, die bisher nicht beschrieben wurden, jedoch dem Wesen und dem Umfang der vorliegenden Erfindung entsprechen. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass Aspekte hierin nur von einigen der beschriebenen Ausführungsformen umfasst sein können. Dementsprechend sind die folgenden Ansprüche nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt zu betrachten. Eine Bezugnahme auf ein Element im Singular soll nicht „ein und nur ein“ bedeuten, sofern nicht ausdrücklich angegeben, sondern „ein oder mehrere“. Alle strukturellen und funktionalen Äquivalente zu den Elementen der verschiedenen Ausführungsformen, die in dieser gesamten Erfindung beschrieben werden oder die bekannt sind oder später bekannt werden, sind für den Durchschnittsfachmann ausdrücklich durch Bezugnahme hierin eingeschlossen und sollen von dieser Erfindung umfasst sein. Es versteht sich daher, dass Änderungen an den bestimmten offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, die im Umfang des Vorstehenden liegen, wie durch die beigefügten Ansprüche dargelegt.

Claims

Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur, umfassend: eine erste Verstärkervorrichtung, wobei die erste Verstärkervorrichtung ein Eingangssignal invertiert und verstärkt, um ein Zwischensignal zu erzeugen; eine zweite Verstärkervorrichtung, wobei die zweite Verstärkervorrichtung mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist und das Eingangssignal invertiert und verstärkt, um ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal zu erzeugen; eine dritte Verstärkervorrichtung, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, wobei die dritte Verstärkervorrichtung das Zwischensignal invertiert, um ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist; und eine Rückkopplungsschleife, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und mit dem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, und wobei die Rückkopplungsschleife einen Widerstand umfasst, wobei ein Verstärkungsverhältnis einer Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu einer Verstärkung der zweiten Verstärkervorrichtung mit einem Widerstandsverhältnis aus einem Source-Widerstand des Eingangssignals zu einem Widerstand des zu dem Source-Widerstand addierten Widerstands übereinstimmt.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste Verstärkervorrichtung ferner einen ersten Transistor umfasst, der mit Masse verbunden ist, um einen Vorspannungsstrom für die erste Verstärkervorrichtung einzustellen. wobei die zweite Verstärkervorrichtung ferner einen zweiten Transistor umfasst, der mit Masse verbunden ist, um einen Vorspannungsstrom für die zweite Verstärkervorrichtung einzustellen. wobei die dritte Verstärkervorrichtung ferner einen dritten Transistor umfasst, der mit Masse verbunden ist, um einen Vorspannungsstrom für die dritte Verstärkervorrichtung einzustellen, und wobei der erste Transistor, der zweite Transistor und der dritte Transistor mit einem Vorspannungsstrom verbunden sind.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 2, wobei der Vorspannungsstrom mit einem Substratgate des ersten Transistors, des zweiten Transistors und des dritten Transistors verbunden ist.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 2, wobei der dem ersten Transistor, dem zweiten Transistor und dem dritten Transistor zugeführte Vorspannungsstrom für unterschiedliche Transistoren verschieden ist.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 2, wobei die erste Verstärkervorrichtung ferner einen ersten komplementären Transistor umfasst, der mit einer Spannungsquelle verbunden ist. wobei der erste komplementäre Transistor eine zum ersten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei die zweite Verstärkervorrichtung ferner einen zweiten komplementären Transistor umfasst, der mit der Spannungsquelle verbunden ist. wobei der zweite komplementäre Transistor eine zum zweiten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei die dritte Verstärkervorrichtung ferner einen dritten komplementären Transistor umfasst, der mit der Spannungsquelle verbunden ist, und wobei der dritte komplementäre Transistor eine zu dem dritten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 5, ferner umfassend mindestens eine Referenzvorrichtung, die mit dem ersten Transistor, dem zweiten Transistor und dem dritten Transistor verbunden ist, wobei die Referenzvorrichtung den Vorspannungsstrom bei einer mittleren Versorgungsspannung erzeugt, die zwischen einer Spannungsquelle und Masse liegt.
Verstärkervorrichtungs-Schaltkreisstruktur nach Anspruch 6, wobei der Widerstand die Gates der ersten Verstärkervorrichtung auf der mittleren Versorgungsspannung hält und die erste Verstärkervorrichtung die Gates der zweiten Verstärkervorrichtung und der dritten Verstärkervorrichtung auf der mittleren Versorgungsspannung hält.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur, umfassend: eine erste Verstärkervorrichtung, wobei die erste Verstärkervorrichtung ein Eingangssignal invertiert und verstärkt, um ein Zwischensignal zu erzeugen; eine zweite Verstärkervorrichtung, wobei die zweite Verstärkervorrichtung mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist und das Eingangssignal invertiert und verstärkt, um ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal zu erzeugen; eine dritte Verstärkervorrichtung, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, wobei die dritte Verstärkervorrichtung das Zwischensignal invertiert, um ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist; und eine Rückkopplungsschleife, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und mit dem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, und wobei die Rückkopplungsschleife einen Widerstand umfasst, wobei ein Verstärkungsverhältnis einer Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu einer Verstärkung des zweiten Verstärkers ein Widerstandsverhältnis eines Source-Widerstands des Eingangssignals an einen Widerstand des zu dem Source-Widerstand addierten Widerstands anpasst, wobei die erste Verstärkervorrichtung, die zweite Verstärkervorrichtung und die dritte Verstärkervorrichtung jeweils eine Gleichstromschleifenschaltung (DC-Schleifenschaltung) mit vorgespannten Transistoren umfasst.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 8, wobei die erste Verstärkervorrichtung ferner einen ersten Transistor umfasst, der mit Masse verbunden ist, um einen Vorspannungsstrom für die erste Verstärkervorrichtung einzustellen. wobei die zweite Verstärkervorrichtung ferner einen zweiten Transistor umfasst, der mit Masse verbunden ist, um einen Vorspannungsstrom für die zweite Verstärkervorrichtung einzustellen. wobei die dritte Verstärkervorrichtung ferner einen dritten Transistor umfasst, der mit Masse verbunden ist, um einen Vorspannungsstrom für die dritte Verstärkervorrichtung einzustellen, und wobei der erste Transistor, der zweite Transistor und der dritte Transistor mit einem Vorspannungsstrom verbunden sind.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 9, wobei der Vorspannungsstrom mit einem Substratgate des ersten Transistors, des zweiten Transistors und des dritten Transistors verbunden ist.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 9, wobei der dem ersten Transistor, dem zweiten Transistor und dem dritten Transistor zugeführte Vorspannungsstrom für unterschiedliche Transistoren verschieden ist.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 9, wobei die erste Verstärkervorrichtung ferner einen ersten komplementären Transistor umfasst, der mit einer Spannungsquelle verbunden ist. wobei der erste komplementäre Transistor eine zum ersten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei die zweite Verstärkervorrichtung ferner einen zweiten komplementären Transistor umfasst, der mit der Spannungsquelle verbunden ist. wobei der zweite komplementäre Transistor eine zum zweiten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei die dritte Verstärkervorrichtung ferner einen dritten komplementären Transistor umfasst, der mit der Spannungsquelle verbunden ist, und wobei der dritte komplementäre Transistor eine zum dritten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 12, ferner umfassend mindestens eine Referenzvorrichtung, die mit dem ersten Transistor, dem zweiten Transistor und dem dritten Transistor verbunden ist, wobei die Referenzvorrichtung den Vorspannungsstrom bei einer mittleren Versorgungsspannung erzeugt, die zwischen einer Spannungsquelle und Masse liegt.
Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 13, wobei der Widerstand die Gates der ersten Verstärkervorrichtung auf der mittleren Versorgungsspannung hält und die erste Verstärkervorrichtung die Gates der zweiten Verstärkervorrichtung und der dritten Verstärkervorrichtung auf der mittleren Versorgungsspannung hält.
Verfahren zum Bilden einer Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur, umfassend: ein Bilden einer ersten Verstärkervorrichtung, die verschaltet ist, um ein Eingangssignal zu invertieren und zu verstärken und ein Zwischensignal zu erzeugen; ein Bilden einer zweiten Verstärkervorrichtung, die mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verschaltet ist, um das Eingangssignal zu invertieren und zu verstärken und ein verstärktes invertiertes Ausgangssignal zu erzeugen; ein Bilden einer dritten Verstärkervorrichtung, die mit einem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, um das Zwischensignal zu invertieren und ein verstärktes nichtinvertiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das zu dem verstärkten invertierten Ausgangssignal komplementär ist; und ein Bilden einer Rückkopplungsschleife, die mit dem Ausgang der ersten Verstärkervorrichtung und mit einem Eingang der ersten Verstärkervorrichtung verbunden ist, wobei die Rückkopplungsschleife einen Widerstand umfasst, und wobei die zweite Verstärkervorrichtung, die dritte Verstärkervorrichtung und der Widerstand derart gebildet sind, dass ein Verstärkungsverhältnis einer Verstärkung der dritten Verstärkervorrichtung zu einer Verstärkung der zweiten Verstärkervorrichtung mit einem Widerstandsverhältnis aus einem Source-Widerstand des Eingangssignals zu einem Widerstandswert des zu dem Source-Widerstand addierten Widerstands übereinstimmt.
Verfahren zum Bilden einer Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 15, wobei das Bilden der ersten Verstärkervorrichtung ferner ein Bilden eines ersten mit Masse verbundenen Transistors umfasst, um einen Vorspannungsstrom für die erste Verstärkervorrichtung einzustellen. wobei das Bilden der zweiten Verstärkervorrichtung ferner ein Bilden eines zweiten mit Masse verbundenen Transistors umfasst, um einen Vorspannungsstrom für die zweite Verstärkervorrichtung einzustellen, wobei das Bilden der dritten Verstärkervorrichtung ferner ein Bilden eines dritten mit Masse verbundenen Transistors umfasst, um einen Vorspannungsstrom für die dritte Verstärkervorrichtung einzustellen, und wobei der erste Transistor, der zweite Transistor und der dritte Transistor mit einem Vorspannungsstrom verbunden sind.
Verfahren zum Bilden einer Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 16, wobei Verbindungen derart gebildet sind, dass der Vorspannungsstrom mit einem Substratgate des ersten Transistors, des zweiten Transistors und des dritten Transistors verbunden ist.
Verfahren zum Bilden einer Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 16, wobei Verbindungen derart gebildet sind, dass der dem ersten Transistor, dem zweiten Transistor und dem dritten Transistor zugeführte Vorspannungsstrom für unterschiedliche Transistoren verschieden ist.
Verfahren zum Bilden einer Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 16, wobei die erste Verstärkervorrichtung derart gebildet ist, dass er ferner einen ersten komplementären Transistor umfasst, der mit einer Spannungsquelle verbunden ist. wobei der erste komplementäre Transistor derart gebildet ist, dass er eine zum ersten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei die zweite Verstärkervorrichtung derart gebildet ist, dass sie weiterhin einen zweiten komplementären Transistor umfasst, der mit der Spannungsquelle verbunden ist. wobei der zweite komplementäre Transistor derart gebildet ist, dass er eine zum zweiten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist, wobei die dritte Verstärkervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie ferner einen dritten komplementären Transistor umfasst, der mit der Spannungsquelle verbunden ist, und wobei der dritte komplementäre Transistor derart ausgebildet ist, dass er eine dem dritten Transistor entgegengesetzte Polarität aufweist.
Verfahren zum Bilden einer Verstärkervorrichtungsschaltungsstruktur nach Anspruch 19, ferner umfassend ein Bilden von mindestens einer Referenzvorrichtung, die mit dem ersten Transistor, dem zweiten Transistor und dem dritten Transistor verbunden ist, wobei die Referenzvorrichtung derart gebildet ist, dass sie den Vorspannungsstrom bei einer mittleren Versorgungsspannung erzeugt, die zwischen einer Spannungsquelle und Masse liegt.