IT201900001941A1 - Circuito con l'utilizzo di mosfet e procedimento corrispondente - Google Patents

Circuito con l'utilizzo di mosfet e procedimento corrispondente Download PDF

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Sandor Petenyi
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St Microelectronics Des & Appl
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Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:
“Circuito con l’utilizzo di MOSFET e procedimento corrispondente”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
L’invenzione è relativa al campo dei circuiti elettronici che utilizzano MOSFET.
Gli amplificatori, quali gli amplificatori differenziali, i comparatori e gli specchi di corrente che impiegano dei MOSFET sono esempi di circuiti nei quali possono essere applicate una o più forme di attuazione.
Sfondo tecnologico
I dispositivi MOSFET (un acronimo per Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor o transistore a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore) sono usati comunemente nei circuiti elettronici. Rispetto alle loro controparti bipolari, i MOSFET (indicati anche con varie designazioni alternative, come MOS-FET, MOS FET, transistori MOS o transistori MOSFET) possono offrire migliori prestazioni, per esempio grazie ai loro terminali di controllo e uscita isolati.
Com’è il caso per un qualsiasi componente “reale”, si devono tenere in conto vari parametri e varie caratteristiche elettriche di un MOSFET.
Per esempio, un parametro significativo è la tensione di soglia (VTH) di ingresso: il fatto di raggiungere una corrente di drain (ID) sufficiente comporta di solito di applicare una tensione da gate a source (VGS) più alta di VTH. Al di sotto della VTH, un MOSFET conduce una corrente ID (molto) bassa che può essere insufficiente per mantenere un punto operativo corretto di un MOSFET operante, per es. in uno stadio amplificatore.
Il campo o range della tensione di ingresso (VIN) è un parametro significativo in un amplificatore. Se il segnale di ingresso è al di fuori di questo campo, l’amplificatore può non essere in grado di elaborarlo in modo adeguato. In vari casi, è auspicabile avere un ampio campo di VIN.
Varie soluzioni esistenti comportano specifici dispositivi circuitali, in cui un circuito amplificatore è adattato per un campo di VIN atteso selezionando tipi appropriati di MOSFET (a canale n o a canale p). Per esempio, sono stati proposti stadi di ingresso da rail a rail che sono basati su entrambi i tipi di MOSFET.
Varie soluzioni esistenti comportano tipi di MOSFET speciali (naturale, a svuotamento), il che può essere critico in termini di disponibilità.
Si osserva che, in certi casi, l’approccio basato sul circuito non è in grado di fornire una soluzione soddisfacente e/o la tecnologia non è in grado di fornire tipi di MOSFET speciali come desiderabile.
A titolo di esempio, si può considerare un amplificatore basato su MOSFET per il quale VTH = 0,7 V, per cui ci attende che l’amplificatore sia alimentato a una tensione di alimentazione VDD = 1,0 V e sia pilotato da un segnale di ingresso VIN = 0,5 V. In questo caso esemplificativo, né i MOSFET a canale n né quelli a canale p possono fornire un trattamento adeguato di un livello di VIN come indicato.
Scopo e sintesi
Nonostante la vasta attività nel settore, sono desiderabili ulteriori soluzioni perfezionate.
Uno scopo di una o più forme di attuazione è di contribuire a fornire una tale soluzione perfezionata che affronta i vari punti discussi in precedenza.
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un circuito avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono.
Una o più forme di attuazione possono essere relative a un procedimento corrispondente.
Le rivendicazioni sono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito con riferimento alle forme di attuazione.
Una o più forme di attuazione possono fornire un circuito amplificatore MOSFET con un intervallo della tensione di ingresso maggiore.
Una o più forme di attuazione possono comportare il riconoscimento che una limitazione del campo di tensione di ingresso di un amplificatore può essere relativa alla tensione di soglia di un dispositivo MOSFET di ingresso: sotto la tensione di soglia, la corrente di drain che scorre può essere insufficiente, cosicché non può essere impostato in modo appropriato un punto operativo.
Una o più forme di attuazione possono fare affidamento sull’effetto di corpo (“body effect”) applicato ad un MOSFET di ingresso per abbassare la sua tensione di soglia, con un tale effetto di corpo suscettibile di essere applicato da un circuito di controllo (soltanto) quando necessario.
In una o più forme di attuazione, in presenza di una tensione di ingresso sufficiente per il funzionamento senza effetto di corpo, il corpo (“body”) del MOSFET può non essere polarizzato e l’amplificatore può funzionare come un amplificatore tradizionale.
In una o più forme di attuazione, si può applicare una tensione di corpo-source che conduce a una riduzione della tensione di soglia, che facilita un funzionamento normale.
Una o più forme di attuazione sono adatte per essere integrate (“embedded”) in un layout di un amplificatore esistente, che può trarre vantaggio da un campo esteso della tensione di ingresso, senza influire sui componenti principali nel percorso di segnale.
Una o più forme di attuazione si prestano ad essere implementate senza fare ricorso a componenti speciali, come i MOSFET naturali o i MOSFET a svuotamento.
Per esempio, una o più forme di attuazione si prestano ad essere implementate con una qualsiasi tecnologia CMOS nota, dove i transistori MOSFET possono essere prodotti con un terminale di corpo accessibile.
Una o più forme di attuazione possono così condurre a soluzioni semplici, che comportano pochi componenti, con un consumo di corrente trascurabile.
Una o più forme di attuazione possono ampliare il campo di VIN dei circuiti amplificatori basati su MOSFET.
Una o più forme di attuazione possono comportare di cambiare la polarizzazione del terminale di corpo del MOSFET secondo il livello di VIN.
Per esempio, nel caso di un circuito amplificatore basato su MOSFET a canale n:
- se il livello di VIN è (ben) al di sopra di VTH, il corpo è cortocircuitato al source e non si applica alcuna polarizzazione del corpo;
- se il livello di VIN scende al di sotto di VTH, il corpo del MOSFET è polarizzato positivamente rispetto al source; questo ha come risultato una diminuzione di VTH, il che facilita un funzionamento normale del MOSFET.
Una o più forme di attuazione possono essere applicate in circuiti amplificatori MOSFET, quali circuiti amplificatori differenziali basati su MOSFET e altri circuiti, come i comparatori e gli specchi di corrente.
Breve descrizione delle figure
Una o più forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, nelle quali:
- la Figura 1 è uno schema circuitale di uno stadio amplificatore MOSFET;
- la Figura 2 è uno schema circuitale di uno stadio differenziale basato su MOSFET;
- la Figura 3 è un esempio di un primo schema circuitale di forme di attuazione;
- la Figura 4 è un esempio di un secondo schema circuitale di forme di attuazione;
- la Figura 5 è un esempio di un terzo schema circuitale di forme di attuazione; e
- la Figura 6 è un esempio di un quarto schema circuitale di forme di attuazione.
Descrizione dettagliata di esempi di forme di attuazione
Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita di vari esempi di forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere attuate senza uno o più dei dettagli specifici o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.
Un riferimento a “una forma di attuazione” nel quadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come “in una forma di attuazione” che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un modo adeguato qualsiasi in una o più forme di attuazione.
I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono l’ambito di protezione o l’ambito delle forme di attuazione.
A titolo di sfondo della presentazione di esempi di forme di attuazione, si può fare riferimento alle Figure 1 e 2.
La Figura 1 è uno schema circuitale elementare di uno stadio amplificatore basato su MOSFET, comprendente un transistore MOSFET (di seguito, brevemente, “MOSFET”) MN1 che lavora in una configurazione a source comune avendo un drain polarizzato da un generatore di corrente IB accoppiato a un nodo di alimentazione a una tensione VDD e un source accoppiato a massa GND.
Nella Figura 1:
- il simbolo G1 è indicativo del terminale o dell’elettrodo (di controllo) di gate del MOSFET accoppiato a un nodo di ingresso al quale è ricevuta una tensione di ingresso VIN;
- i simboli S1 e D1 sono indicativi dei terminali o elettrodi di source e di drain del (dei) MOSFET che hanno un percorso di corrente (canale) che si estende tra loro accoppiato a un nodo di uscita - al drain, nel caso qui rappresentato a titolo di esempio - in corrispondenza del quale è ricevuta una tensione di uscita VOUT; e
- il simbolo B1 è indicativo del terminale o elettrodo di corpo del MOSFET che, come indicato, si ipotizzerà essere accessibile.
Gli stessi simboli G, S, D, B introdotti precedentemente saranno adottati in tutta questa descrizione per indicare i terminali di gate, source, drain e corpo dei vari MOSFET discussi, con i suffissi 1, 2, 3, ... che identificano il rispettivo MOSFET.
Il semplice stadio amplificatore con un transistore (operante in una configurazione a source comune caricata da un generatore di corrente IB che genera una corrente chiamata in modo identico), rappresentato a titolo di esempio nella Figura 1, può amplificare il segnale di ingresso VIN (soltanto) se il livello di VIN è sopra la tensione di soglia VTH del transistore MOSFET MN1, in modo tale che la corrente di drain ID sia comparabile con la corrente fornita dal generatore di polarizzazione IB.
Se il livello del segnale di ingresso è al di sotto di VTH, la corrente di drain non è sufficiente e il transistore MOSFET MN1 non è in grado di “tirare giù” (“pull down”) il nodo di drain. Questo significa che il nodo di uscita VOUT rimane in una condizione di saturazione alta e non riflette come desiderato il segnale di ingresso VIN.
Lo stesso si applica anche, con le dovute modifiche, a uno stadio differenziale basato su MOSFET, alimentato dai rail di VDD e GND, come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 2, che comprende due transistori MOSFET MN1, MN2 che hanno:
- i loro terminali di corpo B1, B2 accoppiati (congiuntamente) a massa GND,
- i loro terminali di source S1, S2 accoppiati (congiuntamente) a un generatore di corrente di coda IBTail riferito a massa GND,
- i loro terminali di drain D1, D2 accoppiati al nodo di alimentazione VDD mediante rispettivi percorsi di corrente attraverso due ulteriori transistori MOSFET MP1, MP2 che hanno i loro gate accoppiati reciprocamente.
Come rappresentato qui a titolo di esempio i MOSFET MP1 e MP2 sono configurati come uno specchio di corrente, con:
- un MOSFET MP1, avente i terminali di drain e di gate cortocircuitati, che agisce come un ingresso di alimentazione dello specchio, e
- un MOSFET MP2, che ha la stessa tensione da gate a source di MP1, che agisce come uscita, specchiando la corrente di drain di MN1.
Questa soluzione facilita il trasformare delle correnti di drain differenziali in una tensione di uscita (VOUT) single-ended.
Si apprezzerà che, come rappresentato qui a titolo di esempio, i transistori MP1, MP2 sono di tipo complementare, per esempio, a canale p quando MN1 e MN2 sono a canale n.
Per tale motivo, le designazioni di MOSFET usate qui possono adottare nomi con N e P per distinguere i tipi di MOSFET a canale n e a canale p.
In una forma di attuazione, come rappresentata a titolo di esempio nella Figura 2:
- il segnale di ingresso VIN è applicato “in modo differenziale” (per esempio, come IN+ e IN-) tra i gate G1, G2 di MN1 e MN2,
- il segnale di uscita VOUT è raccolto in un nodo con nome identico tra MP2 e il drain D2 di MN2,
- i transistori MP1, MP2 hanno i loro terminali di corpo B1, B2 cortocircuitati ai loro percorsi di corrente (verso VDD),
- MP1 ha anche il suo gate cortocircuitato al suo percorso di corrente (verso MN1).
Come rappresentato qui a titolo di esempio, MP1 e MP2 formano uno specchio di corrente, che rispecchia la corrente dal drain di MP1 al drain di MP2. La corrente di drain di MP2 è confrontata con la corrente di MN2 nel nodo di VOUT, con il risultato del confronto che è il potenziale di VOUT. Il nodo VOUT può così essere considerato come un nodo di guadagno di tensione.
Di nuovo, il funzionamento corretto di un tale stadio amplificatore differenziale è facilitato dal fatto che le tensioni di ingresso applicate a IN+, IN- sono più alte delle tensioni di soglia VTH dei MOSFET MN1, MN2 più un po’ di tensione (minima) associata al generatore di corrente di coda IBTail.
Per esempio, la corrente di coda IBTail può essere fornita da uno specchio di corrente con da 50 mV a 100 mV (minimo) per fornire una corrente IBTail stabile. Se le tensioni di ingresso a IN+, IN- sono sotto la tensione minima, il generatore di corrente IBTail non è in grado di fornire una corrente stabile e le prestazioni dello stadio differenziale sono degradate con un malfunzionamento completo rivelato alla fine.
Una o più forme di attuazione possono affrontare quanto discusso in precedenza come rappresentato a titolo di esempio nelle Figure da 3 a 6.
Le Figure 3 e 4 sono esempi di dispositivi in cui ai circuiti delle Figure 1 e 2 si aggiungono un ulteriore transistore MOSFET MN3 e un generatore di polarizzazione IBAux (ausiliario) con una capacità di rilevazione di controllo del corpo della tensione al nodo di ingresso VIN (Figura 3) o al nodo di ingresso non-invertente IN+ dello stadio differenziale (Figura 4).
Una tale capacità di rilevazione di controllo del corpo è prevista per ridurre (abbassare) la soglia VTH quando le tensioni di ingresso, VIN o IN+, IN- scendono in prossimità o al di sotto della VTH.
La Figura 5 è un esempio di un possibile sviluppo dello stadio differenziale della Figura 4 che comprende due ulteriori transistori MOSFET MN3', MN3" (al posto di uno), dove la capacità di controllo del corpo è configurata per rilevare le tensioni a entrambi gli ingressi IN+ e IN- e concilia (regola) la tensione di corpo secondo quella inferiore.
La Figura 6 è un esempio di forme di attuazione applicate in un dispositivo di specchio di corrente.
In tutte le figure, gli elementi simili sono indicati con simboli/riferimenti simili, rendendo così superfluo ripetere una descrizione dettagliata per ciascuna figura. Per esempio, come già indicato, in tutta questa descrizione gli stessi simboli G, S, D, B sono utilizzati per indicare i terminali di gate, di source, di drain e di corpo dei vari MOSFET discussi con i suffissi 1, 2, 3, ... che identificano il rispettivo MOSFET.
Inoltre, per semplicità:
- per certe figure non sono ripetuti specifici riferimenti per i terminali di gate, di source, di drain e di corpo di alcuni MOSFET,
- una stessa designazione può essere usata per un certo terminale/nodo del circuito e per un certo segnale applicato/rilevato/raccolto in quel terminale/nodo.
Una o più forme di attuazione possono basarsi sul riconoscimento che la tensione di soglia VTH del transistore di ingresso può essere ridotta se il livello più basso (minimo) del segnale di ingresso non è sufficiente per una particolare applicazione.
Per esempio, in una forma di attuazione come rappresentata a titolo di esempio nella Figura 3, il segnale di ingresso al nodo di ingresso VIN è rilevato da due elementi circuitali: in aggiunta al MOSFET MN1 di “amplificazione” caricato dalla sorgente di corrente IBMain, il segnale di ingresso VIN è rilevato (di nuovo al terminale di gate G3) dal MOSFET MN3 caricato da una sorgente di corrente IBAux.
Il MOSFET MN3 ha il suo terminale di corpo B3 cortocircuitato al suo terminale di drain D3 e al terminale di corpo B1 di MN1.
In una o più forme di attuazione, i due MOSFET MN1 e MN3 possono essere dello stesso tipo così le loro caratteristiche elettriche sono adattate, anche se si adotta un differente dimensionamento in termini di w/l.
Se la tensione di ingresso è superiore alla tensione di soglia VTH di entrambi i MOSFET MN1 e MN3, il corpo di entrambi questi transistori (vale a dire, B1 e B3) è legato a GND da MN3.
Nel caso di MN3, come risultato del fatto che la tensione di ingresso VIN scende in prossimità della tensione di soglia VTH, la corrente di drain attraverso MN3 non sarà sufficiente per assorbire tutta la corrente fornita da IBAux e il potenziale del drain di MN3 inizierà ad aumentare. Poiché questo nodo (di drain) D3 è connesso ai corpi (i bulk) B1 e B3 di entrambi i MOSFET MN1 e MN3, il potenziale di questi nodi di bulk inizierà ad aumentare.
A causa di un effetto di corpo risultante, la tensione di soglia VTH per entrambi i MOSFET MN1, MN3 diminuirà.
Come indicato, una buona prassi può suggerire di dimensionare i MOSFET MN1 e MN3 in modo differente, per esempio con il rapporto di w/l (larghezza/lunghezza) di MN1 più alto del rapporto di w/l per MN3. Questo faciliterà una rilevazione anticipata di un basso livello di ingresso e una applicazione di un effetto di corpo come discusso.
L’effetto della polarizzazione di corpo può essere descritto con la seguente equazione:
Do
ve:
- VTB è la soglia con l’effetto di corpo
- VT0 è la soglia con il corpo e il source cortocircuitati
- è una costante
- VSB è la tensione da source a corpo
- ΦF è un potenziale
L’equazione fornita in precedenza dimostra che l’applicazione di una tensione positiva tra il source S e il corpo B di un MOSFET aumenta il valore della soglia VTH, mentre l’applicazione di una tensione negativa diminuisce VTH.
Una o più forme di attuazione possono applicare una polarizzazione (bias) negativa di un nodo di source rispetto al corpo. Una tale polarizzazione non può essere aumentata indefinitamente in quanto essa è limitata dalla presenza di una giunzione di corpo-source PN che diventa polarizzata direttamente quando il terminale di source è circa 0,7 V più basso del terminale di corpo (a temperatura ambiente).
Questo può porre un limite sulla quantità di effetto di corpo che può essere applicato per diminuire VTH.
Per esempio, nel caso di un circuito alimentato con VDD = 1 V e con la tensione di ingresso VIN che varia da 0 V a 1 V, un monitoraggio della tensione di uscita VOUT in entrambi i casi (senza un controllo del corpo e con un controllo del corpo) mostra ciò che segue.
Per un amplificatore standard senza controllo del corpo (si veda, per esempio, la Figura 1), la tensione di uscita VOUT scende da un livello alto a un livello basso a una tensione di ingresso di circa 580 mV. Questa corrisponde sostanzialmente alla soglia VTH (e alla tensione di gate-source VGS che fornisce una conduzione della corrente di drain impostata) nel MOSFET MN1. Ciò significa che l’amplificatore non è in grado di trattare tensioni di ingresso al di sotto di 580 mV.
Se si applica un controllo del corpo (si veda, per esempio, la Figura 3), il campo della tensione di ingresso è allargato verso i valori inferiori. Per esempio, per VIN a circa 350 mV, il MOSFET MN1 è ancora in grado di assorbire una corrente di drain definita. Ciò indica che una o più forme di attuazione facilitano un allargamento del campo della tensione di ingresso di circa 230 mV.
Si osserva che, per alti valori di VIN (vicino a VDD, per esempio), il potenziale o la tensione di corpo Vbody è quasi zero. A livelli della tensione di ingresso di circa 600 mV, il potenziale di corpo inizia ad aumentare e ad applicare un effetto di corpo all’amplificatore. A bassi livelli per VIN, la tensione di corpo satura a circa 620 mV a causa della polarizzazione diretta della giunzione di corpo-source nel MOSFET. In effetti, gli amplificatori elementari a singolo MOSFET sono usati in modalità attiva intorno alla tensione VTH. Per valori (molto) più alti di VIN, l’uscita dell’amplificatore saturerà vicino a una tensione zero.
Come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 4, lo stesso principio può essere applicato a uno stadio differenziale, come discusso in precedenza con riferimento alla Figura 2.
A tale riguardo, si rammenta nuovamente che in tutte le figure elementi simili sono indicati con simboli simili (per esempio, G, S, D, B), il che rende superfluo ripetere (con riferimento alla Figura 4, per esempio) una descrizione dettagliata di elementi già discussi con riferimento alle Figure da 1 a 3.
Come rappresentato a titolo esempio nella Figura 4, la circuiteria di controllo del corpo comprendente il MOSFET MN3 e il generatore di polarizzazione IBAux può essere associata alla coppia differenziale MN1, MN2.
Come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 4, il MOSFET MN3 di controllo del corpo rileva la tensione di ingresso (soltanto) all’ingresso non invertente IN+ di MN1. Questo tipo di rilevazione può essere sufficiente nella misura in cui l’amplificatore è connesso in un anello che è chiuso, cosicché la tensione di stato stabile su entrambi gli ingressi IN+, IN- è uguale.
Come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 4, i MOSFET MN1 e MN2 di amplificazione sono caricati ai loro terminali di corpo B1, B2 (connessi reciprocamente) dalla sorgente di corrente IBMain. Il MOSFET MN3 ha il suo terminale di corpo B3 cortocircuitato al suo terminale di drain D3 e così ai terminali di corpo B1, B2 sia di MN1 sia di MN2. Qui, di nuovo, i MOSFET MN1, MN2, da una parte, e il MOSFET MN3, dall’altra parte, possono essere di uno stesso tipo cosicché le loro caratteristiche elettriche sono adattate, anche adottando un differente dimensionamento di w/l.
Se la tensione di IN+ è sufficientemente alta per un funzionamento normale, i corpi MN1, MN2 e MN3 sono legati a GND mediante il percorso di corrente (il drain D3) di MN3 e il circuito funziona senza una polarizzazione del corpo.
Se la tensione a IN+ scende in prossimità della soglia VTH di MN3, la corrente di drain di MN3 non è in grado di assorbire tutta la corrente di IBAux e il potenziale del drain di MN3 inizia ad aumentare. Inoltre, il potenziale del corpo (Vbody) di tutti e tre i MOSFET MN1, MN2 e MN3 è aumentato, inducendo così un effetto di corpo che riduce la soglia VTH e facilita un funzionamento normale dell’amplificatore.
Qui, di nuovo, l’effetto di corpo trova un limite nella polarizzazione diretta delle giunzioni corpo-source PN nei MOSFET, con il MOSFET MN3 che è dello stesso tipo di MN1. Di nuovo, una buona prassi può suggerire di dimensionare MN3 in modo differente da MN1, per esempio con w/l di MN1 più alto di w/l di MN3. La differenza di dimensione avrà come risultato una certa differenza (delta VGS) nelle tensioni di gate-source dei MOSFET MN1 e MN3, con la tensione VGS di MN1 che è più bassa. Una tale tensione delta si verificherà nel nodo di coda comune (i source di MN1 e MN2), facilitando una polarizzazione di corrente normale da parte del generatore di coda IBTail.
Il funzionamento di un circuito come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 4 può essere analizzato con l’amplificatore differenziale connesso in una configurazione di guadagno unitario cortocircuitando l’uscita VOUT all’ingresso invertente –IN, in modo tale che il segnale di uscita VOUT dovrebbe seguire prevedibilmente la tensione di ingresso IN+.
Nel caso in cui l’effetto di corpo non sia applicato (si veda, per esempio, la Figura 2), l’amplificatore è atto a seguire uno spazzolamento della tensione di ingresso a IN (soltanto) da circa 500 mV.
Nel caso in cui si faccia affidamento sull’effetto di corpo (si veda, per esempio, la Figura 4), il campo della tensione di ingresso è aumentato nella misura in cui l’amplificatore ha la capacità di seguire una tensione di ingresso tanto bassa quanto 300 mV. Quando la tensione di ingresso IN è più alta di 700 mV, la tensione di corpo VBody è vicina al livello di massa GND e non viene in effetti applicato alcun effetto di corpo. Al diminuire della tensione di ingresso IN+, la tensione del nodo di corpo aumenta finché è raggiunta una saturazione a circa 620 mV, come risultato della polarizzazione diretta della giunzione di corpo-source PN. Durante la transizione della tensione di corpo da zero al livello di saturazione, la tensione VTail rimane costante a circa 70 mV, che è compatibile con un mantenimento della corrente di coda IBTail a valori corretti. Questa tensione può essere ottenuta grazie alla differenza nel dimensionamento tra MN1 e MN3. Quanto più la differenza tra w/l in MN1 e w/l in MN3 è alta, tanto più è alta la tensione VTail durante la transizione.
La Figura 5 (nella quale elementi simili agli elementi già discussi con riferimento alle figure precedenti sono indicati con simboli simili) rappresenta un amplificatore differenziale che ha sostanzialmente una struttura uguale a quella dell’amplificatore differenziale rappresentato a titolo di esempio nella Figura 4, tranne che nella Figura 5 la circuiteria di controllo del corpo è resa sensibile alla tensione a entrambi gli ingressi IN+, IN-. Come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 5, questo risultato è ottenuto “suddividendo” il MOSFET MN3 in due MOSFET MN3’ e MN3” che hanno i loro gate G3', G3" accoppiati rispettivamente a IN+ e IN-, e i percorsi di corrente (source-drain) attraverso di essi (cioè, S3', D3'; S3", D3") in cascata – vale a dire, disposti sostanzialmente in serie – tra i terminali di corpo di MN1, MN2 e la massa GND. I terminali di corpo B3', B3" di MN3’ e MN3” sono connessi insieme e sono accoppiati ai terminali di corpo di MN1, MN2 (e al drain D3' di MN3’).
In un circuito come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 5, la circuiteria che controlla il corpo dei MOSFET MN1, MN2 facilita una regolazione della tensione di corpo in funzione di quello degli ingressi IN+, IN- che ha il livello più basso. In questo modo, il principio di funzionamento del meccanismo di controllo del corpo è uguale a quello discusso precedentemente con riferimento alla Figura 4.
Un circuito come rappresentato a titolo di esempio nella Figura 5 può essere usato, per esempio, in quelle applicazioni in cui i due ingressi del dispositivo differenziale non sono a uno stesso livello. Un circuito comparatore può essere un esempio di una tale applicazione.
La Figura 6 è un esempio della possibilità di applicare gli stessi principi discussi in precedenza anche ad altri tipi di circuiti, come un circuito di specchio di corrente.
Ancora una volta, elementi simili agli elementi già discussi con riferimento alle figure precedenti sono indicati con simboli simili, e per brevità una descrizione corrispondente non sarà qui ripetuta.
In forme di attuazione come rappresentate a titolo di esempio nella Figura 6, l’azione di controllo del corpo può essere integrata in un semplice specchio di corrente MOSFET avendo un MOSFET di controllo di corrente (indicato di nuovo come MN3) che rileva la caduta di tensione sul MOSFET MN1 di ingresso dello specchio di corrente che comprende, in una maniera tradizionale, due MOSFET MN1 (che drena una corrente I1) e MN2' (che drena una corrente I2).
In quei casi in cui si trova che una tale caduta di tensione in MN1 è insufficiente per facilitare una specularità di corrente corretta (il che può essere dovuto, per esempio, al fatto che VDD è insufficiente, vale a dire è bassa in modo indesiderato), esiste di nuovo la possibilità di fare ricorso all’effetto di corpo al fine di aumentare la tensione di corpo (Vbody) e di indurre una riduzione nella tensione di soglia VTH.
Un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio può comprendere:
- un MOSFET (per esempio, MN1) avente terminali di source (per esempio, S1) e di drain (per esempio, D1) con un percorso di conduzione di corrente (source-drain) tra loro, un terminale di gate (per esempio, G1) configurato per ricevere un segnale di ingresso (per esempio, VIN) per facilitare la conduzione di corrente (per esempio, IBMain) in detto percorso di conduzione di corrente come risultato del fatto che la tensione da gate a source raggiunge una soglia (per esempio, VTH), così come un terminale di corpo (per esempio, B1),
- una circuiteria di controllo della tensione di corpo (per esempio, MN3; MN3', MN3") sensibile alla tensione al terminale di gate di detto MOSFET, la circuiteria di controllo della tensione di corpo accoppiata al terminale di corpo di detto MOSFET e configurata per aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET come risultato di una riduzione nella tensione al terminale di gate di detto MOSFET, in cui detta soglia è ridotta.
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda, per esempio, la Figura 3), la circuiteria di controllo della tensione di corpo può comprendere almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo (per esempio, MN3) avente:
- un rispettivo terminale di gate (per esempio, G3) accoppiato al terminale di gate di detto MOSFET, in cui detto rispettivo terminale di gate è sensibile alla tensione al terminale di gate di detto MOSFET, e
- un rispettivo percorso di corrente di source-drain (per esempio, S3, D3) attraverso l’almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo, detto rispettivo percorso di corrente di source-drain accoppiato al terminale di corpo di detto MOSFET.
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda di nuovo, per esempio, la Figura 3), l’almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo può:
- essere accoppiato al terminale di drain del rispettivo percorso di corrente di source-drain al terminale di corpo di detto MOSFET, e/o
- avere un rispettivo terminale di corpo accoppiato al terminale di corpo di detto MOSFET, e/o
- essere accoppiato a una sorgente di corrente (per esempio, IBAux) per originare una corrente di polarizzazione affinché scorra attraverso detto rispettivo percorso di corrente di source-drain.
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio, l’almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo può essere di uno stesso tipo, a canale n o a canale p, di detto MOSFET.
Un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda, per esempio, il dispositivo differenziale della Figura 4) può comprendere:
- un ulteriore MOSFET (per esempio, MN2) avente ulteriori terminali di source (per esempio, S2) e di drain (per esempio, D2) con un ulteriore percorso di conduzione di corrente tra loro, un ulteriore terminale di gate (per esempio, G2) così come un ulteriore terminale di corpo (per esempio, B2), l’ulteriore MOSFET (MN2) accoppiato con detto MOSFET in una coppia di MOSFET differenziale,
in cui:
- il terminale di gate di detto MOSFET e l’ulteriore terminale di gate di detto ulteriore MOSFET sono configurati per ricevere tra loro un segnale di ingresso differenziale (per esempio, IN+, IN-), per facilitare la conduzione di corrente (per esempio, IBTail) in detto percorso di conduzione di corrente e detto ulteriore percorso di conduzione di corrente come risultato del fatto che le tensioni da gate a source in detto MOSFET e in detto ulteriore MOSFET raggiungono una soglia (VTH),
- detta circuiteria di controllo della tensione di corpo è sensibile alla tensione (per esempio, IN+) al terminale di gate di detto MOSFET ed è accoppiata al terminale di corpo di detto MOSFET e all’ulteriore terminale di corpo di detto ulteriore MOSFET ed è configurata per aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET e di detto ulteriore MOSFET come risultato di una riduzione nella tensione al terminale di gate di detto MOSFET in cui detta soglia è ridotta.
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda, per esempio, la Figura 5), detta circuiteria di controllo della tensione di corpo (per esempio, MN3’, MN3”) può essere sensibile alla tensione (per esempio, IN+) al terminale di gate di detto MOSFET così come alla tensione (per esempio, IN-) all’ulteriore terminale di gate di detto ulteriore MOSFET, in cui detta soglia è ridotta come risultato di una riduzione di una o l’altra tra la tensione al terminale di gate di detto MOSFET o la tensione all’ulteriore terminale di gate di detto ulteriore MOSFET.
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda di nuovo, per esempio, la Figura 5), la circuiteria di controllo della tensione di corpo può comprendere:
- un primo MOSFET di controllo della tensione di corpo (per esempio, MN3’) avente un primo rispettivo terminale di gate (per esempio, G3’) accoppiato al terminale di gate di detto MOSFET, in cui detto primo rispettivo terminale di gate è sensibile alla tensione al terminale di gate di detto MOSFET, e
- un secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo (per esempio, MN3”) avente un secondo rispettivo terminale di gate (per esempio, G3”) accoppiato all’ulteriore terminale di gate di detto ulteriore MOSFET, in cui detto secondo rispettivo terminale di gate è sensibile alla tensione al terminale di gate di detto ulteriore MOSFET,
in cui il primo MOSFET di controllo della tensione di corpo e il secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo hanno un rispettivo primo (per esempio, B3’) e un rispettivo secondo (per esempio, B3”) terminale di corpo accoppiati congiuntamente al terminale di corpo di detto MOSFET e all’ulteriore terminale di corpo di detto ulteriore MOSFET (MN2).
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda di nuovo, per esempio, la Figura 5), il primo MOSFET di controllo della tensione di corpo e il secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo possono avere percorsi di corrente di source-drain (per esempio, S3’, D3’; S3”, D3”) disposti uno in cascata all’altro in un percorso di corrente che accoppia a massa il terminale di corpo di detto MOSFET e l’ulteriore terminale di corpo di detto ulteriore MOSFET.
In un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio, il primo MOSFET di controllo della tensione di corpo e il secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo possono essere di uno stesso tipo, a canale n o a canale p, di detto MOSFET.
Un circuito come rappresentato qui a titolo di esempio (si veda, per esempio, il dispositivo di specchio di corrente della Figura 6) può comprendere:
- un secondo MOSFET (per esempio, MN2’) avente secondi terminali di source (per esempio, S2’) e di drain (per esempio, D2’) con un secondo percorso di conduzione di corrente (per esempio, S2’, D2’, I2) tra loro, un secondo terminale di gate (per esempio, G2’) così come un secondo terminale di corpo (per esempio, B2’),
in cui:
- il terminale di gate di detto MOSFET e il secondo terminale di gate di detto secondo MOSFET sono accoppiati reciprocamente per fornire un dispositivo di specchio di corrente di detto MOSFET e detto secondo MOSFET,
- detta circuiteria di controllo della tensione di corpo è sensibile alla tensione al terminale di gate di detto MOSFET e al secondo terminale di gate di detto secondo MOSFET,
- detta circuiteria di controllo della tensione di corpo è accoppiata al terminale di corpo di detto MOSFET e al secondo terminale di corpo di detto secondo MOSFET ed è configurata per aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET e di detto secondo MOSFET, come risultato di una riduzione nella tensione al terminale di gate di detto MOSFET in cui detta soglia è ridotta.
In un procedimento per fare funzionare un MOSFET come rappresentato qui a titolo di esempio, avente terminali di source e di drain con un percorso di conduzione di corrente tra loro, un terminale di gate configurato per ricevere un segnale di ingresso per facilitare la conduzione di corrente in detto percorso di conduzione di corrente come risultato del fatto che la tensione da gate a source raggiunge una soglia, così come un terminale di corpo, il procedimento può comprendere:
- rilevare la tensione al terminale di gate di detto MOSFET,
- aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET in funzione di una diminuzione della tensione rilevata al terminale di gate di detto MOSFET, in cui detta soglia è ridotta come risultato della riduzione della tensione al terminale di gate di detto MOSFET.
Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo apprezzabile, rispetto a quanto è stato descritto puramente a titolo di esempio, senza uscire dall’ambito di protezione.
Per esempio, gli esempi di forme di attuazione presentati qui non sono esaustivi. Forme di attuazione aggiuntive possono essere identificate da un esperto nella tecnica: giusto per menzionare un esempio (non limitativo), si possono considerare forme di attuazione “complementari” dove i MOSFET a canale n sono sostituiti da MOSFET a canale p e viceversa, vale a dire, una o più forme di attuazione sono applicabili a soluzioni complementari che sostituiscono MOSFET a canale n con MOSFET a canale p e viceversa.
Inoltre, si apprezzerà che, per semplicità, l’effetto di corpo perseguito nelle forme di attuazione è stato spiegato con riferimento alla tensione di soglia VTH, mentre si può considerare la tensione di gate-source VGS del MOSFET, che facilita la conduzione di una certa corrente di drain.
L’ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito comprendente: - un MOSFET (MN1) avente terminali di source (S1) e di drain (D1) con un percorso di conduzione di corrente tra loro, un terminale di gate (G1) configurato per ricevere un segnale di ingresso (VIN) per facilitare la conduzione di corrente (IBMain) in detto percorso di conduzione di corrente come risultato del fatto che la tensione da gate a source raggiunge una soglia (VTH), così come un terminale di corpo (B1), - una circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3; MN3', MN3") sensibile alla tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), la circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3; MN3', MN3") accoppiata al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1) e configurata per aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET (MN1) come risultato di una riduzione nella tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), riducendo detta soglia.
  2. 2. Circuito secondo la rivendicazione 1, in cui la circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3) comprende almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3) avente: - un rispettivo terminale di gate (G3) accoppiato al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), in cui detto rispettivo terminale di gate (G3) è sensibile alla tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), e - un rispettivo percorso di corrente di source-drain (S3, D3) attraverso l’almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3), detto rispettivo percorso di corrente di source-drain (D3) accoppiato al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1).
  3. 3. Circuito secondo la rivendicazione 2, in cui l’almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3): - è accoppiato al terminale di drain (D3) del rispettivo percorso di corrente di source-drain al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1), e/o - ha un rispettivo terminale di corpo (B3) accoppiato al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1), e/o - è accoppiato a una sorgente di corrente (IBAux) per originare una corrente di polarizzazione affinché scorra attraverso detto rispettivo percorso di corrente di sourcedrain (S3, D3).
  4. 4. Circuito secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, in cui l’almeno un MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3) è di uno stesso tipo, a canale n o a canale p, di detto MOSFET (MN1).
  5. 5. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente: - un ulteriore MOSFET (MN2) avente ulteriori terminali di source (S2) e di drain (D2) con un ulteriore percorso di conduzione di corrente (S2, D2) tra loro, un ulteriore terminale di gate (G2) così come un ulteriore terminale di corpo (B2), l’ulteriore MOSFET (MN2) accoppiato con detto MOSFET (MN1) in una coppia di MOSFET differenziale (MN1, MN2), in cui: - il terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) e l’ulteriore terminale di gate (G2) di detto ulteriore MOSFET (MN2) sono configurati per ricevere tra loro un segnale di ingresso differenziale (IN+, IN-) per facilitare la conduzione di corrente (IBTail) in detto percorso di conduzione di corrente (S1, D1) e detto ulteriore percorso di conduzione di corrente (S2, D2) come risultato del fatto che le tensioni da gate a source in detto MOSFET (MN1) e in detto ulteriore MOSFET (MN2) raggiungono una soglia (VTH), - detta circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3) è sensibile alla tensione (IN+) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) ed è accoppiata al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1) e all’ulteriore terminale di corpo (B2) di detto ulteriore MOSFET (MN2) ed è configurata per aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET (MN1) e di detto ulteriore MOSFET (MN2), come risultato di una riduzione nella tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) in cui detta soglia è ridotta.
  6. 6. Circuito secondo la rivendicazione 5, in cui detta circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3’, MN3”) è sensibile alla tensione (IN+) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) così come alla tensione (IN-) all’ulteriore terminale di gate (G2) di detto ulteriore MOSFET (MN2), in cui detta soglia è ridotta come risultato di una riduzione di una o l’altra tra la tensione (IN+) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) o la tensione (IN-) all’ulteriore terminale di gate (G2) di detto ulteriore MOSFET (MN2).
  7. 7. Circuito secondo la rivendicazione 6, in cui la circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3) comprende: - un primo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3’) avente un primo rispettivo terminale di gate (G3’) accoppiato al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), in cui detto primo rispettivo terminale di gate (G3’) è sensibile alla tensione (IN+) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), e - un secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3”) avente un secondo rispettivo terminale di gate (G3”) accoppiato all’ulteriore terminale di gate (G2) di detto ulteriore MOSFET (MN2), in cui detto secondo rispettivo terminale di gate (G3”) è sensibile alla tensione (IN-) al terminale di gate (G2) di detto ulteriore MOSFET (MN2), in cui il primo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3’) e il secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3”) hanno un rispettivo primo (B3’) e un rispettivo secondo (B3”) terminale di corpo accoppiati congiuntamente al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1) e all’ulteriore terminale di corpo (B2) di detto ulteriore MOSFET (MN2).
  8. 8. Circuito secondo la rivendicazione 7, in cui il primo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3’) e il secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3”) hanno percorsi di corrente di source-drain (S3’, D3’; S3”, D3”) disposti uno in cascata all’altro in un percorso di corrente che accoppia a massa (GND) il terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1) e l’ulteriore terminale di corpo (B2) di detto ulteriore MOSFET (MN2).
  9. 9. Circuito secondo la rivendicazione 7 o la rivendicazione 8, in cui il primo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3’) e il secondo MOSFET di controllo della tensione di corpo (MN3”) sono di uno stesso tipo, a canale n o a canale p, di detto MOSFET (MN1).
  10. 10. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, comprendente: - un secondo MOSFET (MN2’) avente secondi terminali di source (S2’) e di drain (D2’) con un secondo percorso di conduzione di corrente (S2’, D2’, I2) tra loro, un secondo terminale di gate (G2’) così come un secondo terminale di corpo (B2’), in cui: - il terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) e il secondo terminale di gate (G2') di detto secondo MOSFET (MN2') sono accoppiati reciprocamente per fornire un dispositivo di specchio di corrente di detto MOSFET (MN1) e detto secondo MOSFET (MN2), - detta circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3) è sensibile alla tensione al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) e al secondo terminale di gate (G2’) di detto secondo MOSFET (MN2’), - detta circuiteria di controllo della tensione di corpo (MN3) è accoppiata al terminale di corpo (B1) di detto MOSFET (MN1) e al secondo terminale di corpo (B2’) di detto secondo MOSFET (MN2’) ed è configurata per aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET (MN1) e di detto secondo MOSFET (MN2’) come risultato di una riduzione nella tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1) in cui detta soglia è ridotta.
  11. 11. Procedimento per fare funzionare un MOSFET (MN1) avente terminali di source (S1) e di drain (D1) con un percorso di conduzione di corrente tra loro, un terminale di gate (G1) configurato per ricevere un segnale di ingresso (VIN) per facilitare la conduzione di corrente (IBMain) in detto percorso di conduzione di corrente come risultato del fatto che la tensione da gate a source raggiunge una soglia (VTH), così come un terminale di corpo (B1), in cui il procedimento comprende: - rilevare la tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), - aumentare la tensione di corpo di detto MOSFET (MN1) in funzione di una diminuzione della tensione (VIN) rilevata al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1), in cui detta soglia è ridotta come risultato della riduzione della tensione (VIN) al terminale di gate (G1) di detto MOSFET (MN1).
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