一种源极跟随器电压失配调整电路的制作方法

1.本发明涉及源极跟随器领域，特别是涉及一种源极跟随器电压失配调整电路。


背景技术：

2.在电子系统中共源级放大器因为具有较低的输出阻抗和较大的带宽常被用来作为输出驱动级，也成为源极跟随器。
3.在现有技术中，有基于nmos晶体管实现的源极跟随器和基于pmos晶体管实现的源极跟随器，它们的特点是输出电压跟随输入电压的变化而变化，具有较好的交流跟随特性和线性度，但是由于nmos晶体管和pmos晶体管导通时，栅极和源极之间固有的压差会导致输出电压和输入电压的直流电平并不一致；对于基于nmos晶体管实现的源极跟随器，输出电压＝输入电压-压差电压，对于基于pmos晶体管实现的源极跟随器，输出电压＝输入电压+压差电压。
4.在现有技术中，当需要输出电压的直流电平与输入电压的直流电平一致时需采用互补结构，即同时使用一个基于nmos晶体管实现的源极跟随器和一个基于pmos晶体管实现的源极跟随器，通过使输入电压先降低一个压差电压再升高一个等值的压差电压或使输入电压先升高一个压差电压再降低一个等值的压差电压达到输出电压等于输入电压的效果。在工程实践中，由于nmos晶体管和pmos晶体管本身存在阈值电压差异，并且在生产加工过程中存在失配等问题，升高和降低的压差电压可能不相等，从而引起输出电压和输入电压的直流电平存在差异，因此亟需设计一种源极跟随器电压失配调整电路，以解决现有源极跟随器会导致输出电压和输入电压的直流电平存在差异的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种源极跟随器电压失配调整电路，通过闭环反馈的方式实现源极跟随器的输出电压和输入电压的直流电平一致。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种源极跟随器电压失配调整电路，包括：
8.第一源极跟随器模块，用于接收输入电压；
9.第二源极跟随器模块，与所述第一源极跟随器模块连接，用于接收所述第一源极跟随器模块的输出电压，并向外界发送输出电压；
10.闭环反馈模块，分别与所述第一源极跟随器模块和所述第二源极跟随器模块连接，用于接收并比较所述输入电压和所述输出电压，根据比较结果产生反馈信号并发送至所述第二源极跟随器模块；
11.所述第二源极跟随器模块还用于根据所述反馈信号迫使所述输入电压和所述输出电压的直流电平一致。
12.可选地，所述第一源极跟随器模块包括：第一源极跟随器晶体管和第一电流偏置管；
13.所述第一源极跟随器晶体管的漏极与电源连接，所述第一源极跟随器晶体管的栅极分别与所述输入电压和所述闭环反馈模块连接，所述第一源极跟随器晶体管的源极分别与所述第一电流偏置管的漏极和所述第二源极跟随器模块连接；所述第一电流偏置管的栅极与第一偏置电压连接，所述第一电流偏置管的源极接地。
14.可选地，所述第二源极跟随器模块包括：第二源极跟随器晶体管和第二电流偏置管；
15.所述第二源极跟随器晶体管的漏极接地，所述第二源极跟随器晶体管的栅极与所述第一源极跟随器晶体管的源极和所述闭环反馈模块连接，所述第二源极跟随器晶体管的源极分别与所述第二电流偏置管的漏极和所述闭环反馈模块连接；所述第二电流偏置管的栅极与第二偏置电压连接，所述第二电流偏置管的源极与电源连接。
16.可选地，所述闭环反馈模块包括：运算放大器、滤波器和电流补偿晶体管；
17.所述运算放大器的反相输入端与所述第一源极跟随器晶体管的栅极连接，所述运算放大器的同相输入端与所述第二源极跟随器晶体管的源极连接，所述运算放大器的输出端与所述滤波器的一端连接；所述滤波器的另一端与所述电流补偿晶体管的栅极连接；所述电流补偿晶体管的漏极与所述第二源极跟随器晶体管的栅极连接，所述电流补偿晶体管的源极接地。
18.可选地，所述第一源极跟随器晶体管、所述第一电流偏置管和所述电流补偿晶体管均为nmos场效应晶体管；所述第二源极跟随器晶体管和所述第二电流偏置管均为pmos场效应晶体管。
19.可选地，所述运算放大器为两级运算放大器。
20.可选地，所述滤波器为无源rc滤波器。
21.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
22.本发明提供的源极跟随器电压失配调整电路，采用两级源极跟随器，通过设置闭环反馈模块接收和比较第一源极跟随器模块的输入电压和第二源极跟随器模块的输出电压，根据比较结果产生反馈信号发送至第二源极跟随器模块，反馈信号迫使输入电压和输出电压的直流电平一致。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为现有的基于nmos晶体管实现的源极跟随器电路图；
25.图2为现有的基于pmos晶体管实现的源极跟随器电路图；
26.图3为现有的一种基于nmos晶体管和pmos晶体管实现的源极跟随器互补电路图；
27.图4为现有的另一种基于nmos晶体管和pmos晶体管实现的源极跟随器互补电路图；
28.图5为本发明提供的源极跟随器电压失配调整电路的电路示意图；
29.图6为本发明提供的运算放大器的电路示意图；
30.图7为本发明提供的滤波器的电路示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.如图1和图2所示，现有的基于nmos晶体管实现的源极跟随器和基于pmos晶体管实现的源极跟随器，由于nmos晶体管和pmos晶体管导通时，栅极和源极之间固有的压差会导致输出电压和输入电压的直流电平并不一致。
33.如图3和图4所示，现有的同时使用一个基于nmos晶体管实现的源极跟随器和一个基于pmos晶体管实现的源极跟随器，通过使输入电压先降低一个压差电压再升高一个等值的压差电压或使输入电压先升高一个压差电压再降低一个等值的压差电压达到输出电压等于输入电压的效果。由于nmos晶体管和pmos晶体管本身存在阈值电压差异，并且在生产加工过程中存在失配等问题，升高和降低的压差电压可能不相等，从而引起输出电压和输入电压的直流电平存在差异。
34.本发明的目的是提供一种源极跟随器电压失配调整电路，通过闭环反馈的方式实现源极跟随器的输出电压和输入电压的直流电平一致。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.本发明提供的源极跟随器电压失配调整电路包括：第一源极跟随器模块、第二源极跟随器模块和闭环反馈模块。
37.第一源极跟随器模块用于接收输入电压；第二源极跟随器模块与第一源极跟随器模块连接，用于接收第一源极跟随器模块的输出电压并向外界发送输出电压；闭环反馈模块分别与第一源极跟随器模块和第二源极跟随器模块连接，用于接收并比较输入电压和输出电压，根据比较结果产生反馈信号并发送至第二源极跟随器模块；第二源极跟随器模块还用于根据反馈信号迫使输入电压和输出电压的直流电平一致。
38.如图5所示，第一源极跟随器模块包括：第一源极跟随器晶体管m1和第一电流偏置管m2；第一源极跟随器晶体管m1的漏极与电源连接，第一源极跟随器晶体管m1的栅极分别与输入电压vin和闭环反馈模块连接，第一源极跟随器晶体管m1的源极分别与第一电流偏置管m2的漏极和第二源极跟随器模块连接；第一电流偏置管m2的栅极与第一偏置电压v
bn
连接，第一电流偏置管m2的源极接地。第一电流偏置管m2为第一源极跟随器晶体管m1提供偏置电流。第一源极跟随器晶体管m1和第一电流偏置管m2均为nmos场效应晶体管。
39.如图5所示，第二源极跟随器模块包括：第二源极跟随器晶体管m3和第二电流偏置管m4；第二源极跟随器晶体管m3的漏极接地，第二源极跟随器晶体管m3的栅极与第一源极跟随器晶体管m1的源极和闭环反馈模块连接，第二源极跟随器晶体管m3的源极分别与第二电流偏置管m4的漏极和闭环反馈模块连接；第二电流偏置管m4的栅极与第二偏置电压连接，第二电流偏置管m4的源极与电源连接。第二电流偏置管m4为第二源极跟随器晶体管m3提供偏置电流。第二源极跟随器晶体管m3和第二电流偏置管m4均为pmos场效应晶体管。
40.如图5所示，闭环反馈模块包括：运算放大器a、滤波器xy和电流补偿晶体管m0；运算放大器a的反相输入端与第一源极跟随器晶体管m1的栅极连接，运算放大器a的同相输入端与第二源极跟随器晶体管m3的源极连接，运算放大器a的输出端与滤波器xy的一端连接；滤波器xy的另一端与电流补偿晶体管m0的栅极连接；电流补偿晶体管m0的漏极与第二源极跟随器晶体管m3的栅极连接，电流补偿晶体管m0的源极接地。运算放大器a的反相输入端和同相输入端生成的误差信号经过滤波器xy后输入到电流补偿晶体管m0的栅极，通过电流补偿晶体管m0的跨导作用转化成电流补偿晶体管m0的漏极电流，漏极电流即反馈信号。电流补偿晶体管m0为nmos场效应晶体管。滤波器xy的作用是使该闭环反馈模块的电路仅对直流电平附近的低频信号起作用，环路带宽远低于信号带宽，从而保证源极跟随器电压失配调整电路本身的交流电平跟踪效果不受影响。
41.进一步地，当输入电压vin》输出电压vout时，运算放大器a输出的电压降低，通过电流补偿晶体管m0的电流减小从而引起第一源极跟随器晶体管m1的电流减小，压差降低，即第一源极跟随器晶体管m1的源极电压升高，从而使得输出电压vout升高，当运算放大器a增益足够大时系统会稳定在输出电压vout＝输入电压vin的位置上。当输入电压vin《输出电压vout时，运算放大器a输出的电压升高，通过电流补偿晶体管m0的电流增大从而引起第一源极跟随器晶体管m1的电流增大，压差升高，即第一源极跟随器晶体管m1的源极电压降低，从而使得输出电压vout降低，当运算放大器a增益足够大时系统会稳定在输出电压vout＝输入电压vin的位置上。
42.进一步地，如图6所示，运算放大器a为两级运算放大器。其中晶体管m
a1
和晶体管m
a2
是运算放大器a的第一级跨导器件，晶体管m
a0
作为其公共的尾电流源提供偏置电流，晶体管m
a1
、晶体管m
a2
和晶体管m
a0
均为nmos晶体管。晶体管m
a5
和晶体管m
a6
是运算放大器a的第二级跨导器件，晶体管m
a3
是晶体管m
a1
的有源负载，晶体管m
a4
是晶体管m
a2
的有源负载，第一级跨导器件的输出端分别晶体管m
a5
和晶体管m
a6
的栅极连接，晶体管m
a5
、晶体管m
a6
、晶体管m
a3
和晶体管m
a4
均为pmos晶体管。晶体管m
a8
是晶体管m
a6
的有源负载，晶体管m
a7
是晶体管m
a5
的有源负载。其中晶体管m
a7
和晶体管m
a8
构成的电流镜结构还将第二级跨导器件产生的差分输出结构转换成为单端输出结构从晶体管m
a8
的漏极输出。
43.进一步地，如图7所示，滤波器xy为无源rc滤波器，包括电阻r和电容c。
44.本发明提供的一种源极跟随器电压失配调整电路，采用两级源极跟随器，通过设置闭环反馈模块接收和比较第一源极跟随器模块的输入电压和第二源极跟随器模块的输出电压，根据比较结果产生反馈信号发送至第二源极跟随器模块，反馈信号迫使输入电压和输出电压的直流电平一致，直流电平误差被自动消除的同时不影响源极跟随器的高频工作特性。本发明的源极跟随器电压失配调整电路同样适用于三极管电路中的射极跟随器电路。
45.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
46.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的电路及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，包括：第一源极跟随器模块，用于接收输入电压；第二源极跟随器模块，与所述第一源极跟随器模块连接，用于接收所述第一源极跟随器模块的输出电压，并向外界发送输出电压；闭环反馈模块，分别与所述第一源极跟随器模块和所述第二源极跟随器模块连接，用于接收并比较所述输入电压和所述输出电压，根据比较结果产生反馈信号并发送至所述第二源极跟随器模块；所述第二源极跟随器模块还用于根据所述反馈信号迫使所述输入电压和所述输出电压的直流电平一致。2.根据权利要求1所述的源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，所述第一源极跟随器模块包括：第一源极跟随器晶体管和第一电流偏置管；所述第一源极跟随器晶体管的漏极与电源连接，所述第一源极跟随器晶体管的栅极分别与所述输入电压和所述闭环反馈模块连接，所述第一源极跟随器晶体管的源极分别与所述第一电流偏置管的漏极和所述第二源极跟随器模块连接；所述第一电流偏置管的栅极与第一偏置电压连接，所述第一电流偏置管的源极接地。3.根据权利要求2所述的源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，所述第二源极跟随器模块包括：第二源极跟随器晶体管和第二电流偏置管；所述第二源极跟随器晶体管的漏极接地，所述第二源极跟随器晶体管的栅极与所述第一源极跟随器晶体管的源极和所述闭环反馈模块连接，所述第二源极跟随器晶体管的源极分别与所述第二电流偏置管的漏极和所述闭环反馈模块连接；所述第二电流偏置管的栅极与第二偏置电压连接，所述第二电流偏置管的源极与电源连接。4.根据权利要求3所述的源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，所述闭环反馈模块包括：运算放大器、滤波器和电流补偿晶体管；所述运算放大器的反相输入端与所述第一源极跟随器晶体管的栅极连接，所述运算放大器的同相输入端与所述第二源极跟随器晶体管的源极连接，所述运算放大器的输出端与所述滤波器的一端连接；所述滤波器的另一端与所述电流补偿晶体管的栅极连接；所述电流补偿晶体管的漏极与所述第二源极跟随器晶体管的栅极连接，所述电流补偿晶体管的源极接地。5.根据权利要求4所述的源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，所述第一源极跟随器晶体管、所述第一电流偏置管和所述电流补偿晶体管均为nmos场效应晶体管；所述第二源极跟随器晶体管和所述第二电流偏置管均为pmos场效应晶体管。6.根据权利要求4所述的源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，所述运算放大器为两级运算放大器。7.根据权利要求4所述的源极跟随器电压失配调整电路，其特征在于，所述滤波器为无源rc滤波器。

技术总结
本发明公开了一种源极跟随器电压失配调整电路，涉及源极跟随器领域，包括第一源极跟随器模块、第二源极跟随器模块和闭环反馈模块，其中第一源极跟随器模块用于接收输入电压，第二源极跟随器模块用于接收第一源极跟随器模块的输出电压，并向外界发送输出电压，闭环反馈模块用于接收并比较第一源极跟随器模块的输入电压和第二源极跟随器模块的输出电压，根据比较结果产生反馈信号并发送至第二源极跟随器模块，第二源极跟随器模块用于根据反馈信号迫使第一源极跟随器模块的输入电压和第二源极跟随器模块的输出电压的直流电平一致。本发明通过闭环反馈的方式实现源极跟随器的输出电压和输入电压的直流电平一致。的输出电压和输入电压的直流电平一致。的输出电压和输入电压的直流电平一致。


技术研发人员：秦希 李曙光
受保护的技术使用者：上海琻捷电子科技有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/7/26