基于低功耗高轉(zhuǎn)換速率CMOS模擬緩沖器設(shè)計

應(yīng)當(dāng)指出的是，電壓電平移位器已經(jīng)包含在輸入級，目的是為了在線性區(qū)和超出輸入信號范圍到兩端電壓時，來驅(qū)動M3P和M3N，避免了M1P和M1N分別工作。因此，軌到軌操作在電路輸出端一樣，同樣能在輸入端達(dá)到。

所提出緩沖器的動態(tài)操作可以通過在電路輸入支路AB類差分對的高的驅(qū)動能力來提高。一旦遇到大的正向輸入信號，晶體管M2P截止，而M2N則吸收大量電流，通過M4N和M5N鏡像到輸出部分。相反，當(dāng)大的輸入信號以負(fù)的方向施加時，晶體管M2N截止，M2P傳送大電流，通過M4P和MSP拷貝到輸出部分。

所提出緩沖器的輸入電容可以通過等比例減小晶體管M2P和M2N的尺寸。毫不疑問，必須指出的是，這些晶體管寬長比的減小會導(dǎo)致它們有效驅(qū)動能力的降低。除此之外，在這種電路里只有一個高阻抗的節(jié)點，它的帶寬可能非常大。然而，在輸出節(jié)點具有高輸出阻抗的單增益級結(jié)構(gòu)非常適合用來驅(qū)動大的電容負(fù)載，假定低電阻負(fù)載能減小緩沖器的整體增益。，因此，它是精確的。

圖3 在圖2中模擬緩沖器的直流傳輸特性

仿真結(jié)果：圖2中的模擬電壓緩沖器已經(jīng)在0．35uCMOS工藝設(shè)計實現(xiàn)。工作電源電壓是1．5V，偏置電流是10uA，負(fù)載電容是lOpF。

圖3給出了具有失調(diào)電壓的所提出的模擬緩沖器的DC傳輸特性。正如期待的那樣，rail to rail特性達(dá)到了。圖4給出了圖2電路的大信號瞬態(tài)響應(yīng)。特別指出的是，輸出電壓揭示了高的轉(zhuǎn)換速率是由于在輸入級的AB類操作。但是，最大電流與通過輸出晶體管的靜態(tài)偏置電流的大的比率證實了所提出的方法導(dǎo)致了低功耗和高的驅(qū)動能力。

對于DC輸人電壓等于零仿真，開環(huán)增益和單位增益頻率大約為54dB和6．1MHz。增益值相對低是由于電路是單增益級。增益一帶寬值的是以增加輸入差分對的偏置電流為代價的。因此，增大了功耗。對于2．4VPP 100kHz輸入正弦信號，可以得到-44.6dB的ATHD．當(dāng)輸入電阻沒有按比例減小時，所提出緩沖器的仿真電容要降低32fF。

圖4在圖2中模擬緩沖器對于為2．4VPP頻率為1MHZ方波輸入信號10pF負(fù)載電容的大信號瞬態(tài)響應(yīng)

a輸入和輸出電壓 b通過輸出晶體管的電流

結(jié)論：提出了減小輸入電容的軌到軌電壓緩沖器。軌到軌操作不僅在電路的輸出端，同樣在電路的輸入端實現(xiàn)。所介紹電路的AB特性導(dǎo)致了低功耗和高的轉(zhuǎn)換速率，使它很適合驅(qū)動大的電容負(fù)載。仿真結(jié)果已經(jīng)提供了該電路的操作。