带有启动电路的完全互补的自偏置差分接收器的制造方法与工艺

本公开总体上涉及差分接收器，更特别地，涉及互补的自偏置差分放大器。

背景技术：
随着电子器件变得越来越复杂以及消费者期待增强的功能、小器件尺寸以及延长的电池寿命，技术被使用以削减器件尺寸以及减少功率消耗而不需要牺牲功能。一种这种技术包括在低电压处操作电子器件。然而，低电压操作可能给实现所需功能造成障碍。一种实施较低电压操作的技术是采用差分信号，由此差分接收器被用于从其它器件接收差模信号。一些差分接收器使用自偏置差分放大器。然而，随着操作电压降低，自偏置放大器受到速度低的困扰，并且还需要大的电路面积。例如，一些自偏置放大器布局需要专用于提供自偏置电压的晶体管的堆叠，并且这种自偏置晶体管堆叠占据了大量面积，从而干扰了对更小电子器件的寻求。此外，有限的输出摆幅和对工艺、电压以及温度（PVT）中的变化的敏感也阻碍了典型自偏置放大器布局的使用。例如，在低电源电压差分（即，相对于负电源电压，低的正电源电压（Vdd））下，在典型的自偏置放大器中，尾电流源相对于尾电流源晶体管的阈值电压（Vth）有较低的偏置，这阻碍了电路的适当操作。

技术实现要素：
示范性实施例提供一种操作差分接收器的方法，包括：通过虚拟负电源电压调制第一导电型的尾电流晶体管；以及通过虚拟正电源电压调制第二导电型的尾电流晶体管。示范性实施例还提供一种操作完全差分互补布局的方法，包括：引用正尾电流源到与负尾电流源相关联的虚拟负电源轨电压；以及引用所述负尾电流源到与所述正尾电流源相关联的虚拟正电源轨电压。示范性实施例还提供一种自偏置接收器，包括：耦合到正尾电流源的正电源电压，所述正尾电流源提供虚拟正电源电压；耦合到负尾电流源的负电源电压，所述负尾电流源提供虚拟负电源电压；差分放大器，包括耦合到所述虚拟正电源电压的正驱动器部分以及耦合到所述虚拟负电源电压的负驱动器部分，所述虚拟正电源电压控制所述负尾电流源，所述虚拟负电源电压控制所述正尾电流源。附图说明通过参考附图，本发明或可被更好的理解，并且其特征对本领域技术人员来说会非常清楚。图1是框图，示出根据至少一实施例的互补自偏置放大器。图2是示意图，示出根据至少一实施例的互补自偏置放大器。图3是利用根据至少一实施例的互补自偏置放大器的系统的框图。图4和图5是框图，示出根据至少一实施例的方法。图6是框图，示出根据至少一实施例的方法。在不同的附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的元件。具体实施方式自偏置放大器的偏置电压被调制以提供改善的PVT容限。例如，如果第一导电型的晶体管是强的，但是第二导电型的晶体管是弱的，那么施加到负尾电流源的虚拟正偏置电压（例如，BIASN）电势上升以补偿第二导电型晶体管的薄弱。这种补偿允许放大器对于更大范围的输入信号能有效地操作。图1是框图，示出根据至少一实施例的互补自偏置放大器100。自偏置互补差分放大器100包括驱动器部分101、正尾电流源104、负尾电流源105、使能电路106以及启动电路107。驱动器部分101包括正驱动器部分102和负驱动器部分103。正电源电压（例如，VDD_INT）108连接到正尾电流源104。正尾电流源104提供虚拟（virtual）正电源电压（例如，BIASN）110，其从正尾电流源104连接到正驱动器部分102、负尾电流源105以及启动电路107。负电源电压（例如，GNT_INT）109连接到使能电路106。使能电路106使差分放大器（例如，驱动器部分101）根据使能输入（例如，EN1N）116的使能状态来进行操作。使能电路106通过节点117耦合到负尾电流源105。负尾电流源105提供虚拟负电源电压（例如，BIASP）111，其从负尾电流源105耦合到负驱动器部分103、正尾电流源104以及启动电路107。正差分信号输入112被提供给正驱动器部分102和负驱动器部分103。负差分信号输入113被提供给正驱动器部分102和负驱动器部分103。使能信号（例如，ENABLE）115被提供给正驱动器部分102。根据至少一实施例，使能信号（例如，使能）115（或其反信号/互补信号）也可被施加到使能输入（例如，EN1N）116。正驱动器部分102和负驱动器部分103连接到输出114，输出信号被提供给输出114。正电源电压（例如，VDD_INT）108被提供给启动电路107和负驱动器部分103。负电源电压（例如，GND_INT）109被提供给启动电路107和正驱动器部分102。虚拟正电源电压110偏置负尾电流源105。虚拟负电源电压111偏置正尾电流源104。启动电路107补偿由半导体制造工艺引起的缺陷造成的缺陷电流并且确保在向差分放大器供电时差分放大器的可靠操作。根据至少一实施例，互补使能电路能以与使能电路106位于负电源电压109和负尾电流源105之间相似的方式插置在正电源电压108和正尾电流源104之间。正电源电压（例如，VDD_INT）108连接到互补使能电路。互补使能电路使差分放大器（例如，驱动器部分101）根据互补使能输入（例如，EN1P）的互补使能状态来进行操作。互补使能电路通过互补使能电路节点耦合到正尾电流源104。根据至少一实施例，与施加到使能输入（例如，EN1N）116相同的信号（或反信号/互补信号）可被施加到互补使能输入（例如，EN1P）。根据至少一实施例，使能信号（例如，使能）115（或其反信号/互补信号）可被施加到互补使能输入（例如，EN1P）。根据至少一实施例，电源电压系统跨越负电源电压109至正电源电压108。为了确保适当操作，虚拟正电源电压（BIASN）110应比虚拟负电源电压（BIASP）111在电压上更为正，并且实际上，当电路正常运行时，虚拟正电源电压（BIASN）110将接近于正电源电压108，虚拟负电源电压（BIASP）111将接近于负电源电压109。然而，在没有启动电路107的情况下，理论上有可能虚拟正电源电压（BIASN）110和虚拟负电源电压（BIASP）111可以在极性上相对相反，因为在这个电路中没有其它的可以有效地确保它们的正确状态。上电时，正电源电压108假定以与负电源电压109相同的电势（例如，在0伏特）开始。在正电源电压108和/或负电源电压109开始倾斜变化到其额定电压（或它们的额定电压）时，启动电路107中的有源器件（例如，启动电路107中的PMOSFET的栅极）有效地被开启（例如，受0伏特（0V）初期电势的影响）。这迫使虚拟负电源电压（BIASP）111中的任何电荷被耗散到负电源电压109。这导致PMOS尾电流器件开始将电荷泵浦到虚拟正电源电压（BIASN）110（其以例如标称的0伏特（0V）开始且现在开始上升）。由于虚拟负电源电压（BIASN）111暂时地被迫为低以允许虚拟正电源电压（BIASN）110上升，这种反馈机制确保了适当的上电（powerup），然后NMOS尾电流晶体管介入以在PMOS尾电流器件的帮助下将虚拟正电源电压（BIASN）110拉向其预期操作点。随着虚拟正电源电压（BIASN）110上升以及虚拟负电源电压（BIASP）下降，由于启动电路107（例如，启动电路107中的PMOS启动晶体管）的栅极电势上升而其源极电势下降，所以启动电路107关闭。可能存在半导体器件缺陷，其导致电荷有效地注入到虚拟正电源电压（BIASN）110和虚拟负电源电压（BIASP）111。启动晶体管（例如，启动电路107中的PMOSFET）的大小被调节以处理可观量的缺陷电流，从而在上电时，其可以“克服”例如在虚拟正电源电压（BIASN）110和虚拟负电源电压（BIASP）111上施加的高达3微安（3μA）的缺陷。图2是示意图，示出根据至少一实施例的图1的互补自偏置放大器的特定实施例。互补自偏置放大器100包括正尾电流源104、差分放大器101、负尾电流源105、使能电路106以及启动电路107。正尾电流源104包括正型（p型）沟道金属氧化半导体（PMOS）场效应晶体管（FET）227。正尾电流源104用作由施加给PMOSFET227的栅极的、启动电路107适中调节的虚拟负电源电压控制的电流源。差分放大器101包括正驱动器部分102和负驱动器部分103。正驱动器部分102包括PMOSFET219、PMOSFET220、负型（n型）沟道金属氧化半导体（NMOS）场效应晶体管（FET）221、NMOSFET222以及NMOSFET232。负驱动器部分103包括PMOSFET223、PMOSFET224、NMOSFET225以及NMOSFET226。正驱动器部分102接收正输入信号112以及负输入信号113，提供输出114。负驱动器部分103接收正输入信号112以及负输入信号113，提供输出114。正驱动器部分102以及负驱动器部分103是完全互补的（即，每个PMOSFET与相应的NMOSFET以推挽方式操作）。正驱动器部分102和负驱动器部分103的协同操作的完全互补性质提供了大的输入信号电压范围，差分放大器甚至在正和负输入信号的大幅波动的电压上正常运行。交叉链接偏置技术改善并且进一步扩展了输入信号电压范围以及输出电压范围。在正驱动器部分102中，PMOSFET219和220分别接收负输入信号113和正输入信号112。NMOSFET221和222形成配置为电流镜的负载器件，其在电流从正驱动器部分102左侧被引导至正驱动器部分102右侧时反射互补电流到相应侧，以帮助驱动输出114或者脱离对驱动输出114的帮助。正尾电流源104设置流过PMOSFET219和PMOSFET220的最大电流。穿过PMOSFET219和PMOSFET220的电流最受PMOSFET219和PMOSFET220的栅源电压（Vgs）限制。NMOSFET232允许基于使能信号（使能）115选择性使能和禁用正驱动器部分102。在负驱动器部分103中，NMOSFET225和226分别在其栅极处接收负输入信号113和正输入信号112。NMOSFET223和224形成配置为电流镜的负载器件，其在电流从负驱动器部分103左侧被引导至负驱动器部分103右侧时反射互补电流到相应侧，以帮助驱动输出114或者脱离对驱动输出114的帮助。负尾电流源105设置流过NMOSFET225和NMOSFET226的最大电流。穿过NMOSFET225和NMOSFET226的电流最受NMOSFET225和NMOSFET226的栅源电压（Vgs）限制。负尾电流源105包括NMOSFET228和NMOSFET229。使能电路106包括NMOSFET230和NMOSFET231。启动电路107包括PMOSFET233。负尾电流源105用作由施加给NMOSFET228和229的栅极的、由启动电路107适中调节的虚拟正电源电压控制的电流源。NMOSFET228和229被配置为并行操作，流过NMOSFET228和229且因此流过负驱动器部分103的电流通过给NMOSFET230和231的栅极端子施加使能信号（EN1N）116而被有选择地使能和禁用。NMOSFET230使能和禁用流过NMOSFET228的电流，NMOSFET231使能和禁用流过NMOSFET229的电流。根据至少一实施例，单独的左使能信号（EN1N）被施加给NMOSFET230的栅极端子，单独的右使能信号（EN1N）被施加给NMOSFET231的栅极端子，以提供分别流过NMOSFET228和229的可选择电流量。因此，负尾电流源105可实现为可编程负尾电流源。正电源电压（例如,VDD_INT）108耦合到PMOSFET227的源极端子和体端子。PMOSFET227的漏极端子耦合到虚拟正电源电压节点（例如,BIASN）110。PMOSFET227的栅极端子耦合到虚拟负电源电压节点（例如，BIASP）111。根据至少一实施例，正尾电流源104可用与负尾电流源105互补的晶体管配置实现。此外，正尾电流源104可实现为可编程正尾电流源，例如，施加单独的互补左使能信号（EN1PL）给互补左使能PMOSFET的栅极端子并且施加单独的互补右使能信号（EN1PR）给互补右使能PMOSFET的栅极端子以提供分别流过耦合到互补左使能PMOSFET的互补左偏置交叉耦合PMOSFET和耦合到互补右使能PMOSFET的互补右偏置交叉耦合PMOSFET的选择量的电流。虚拟正电源电压节点110也耦合到PMOSFET219的源极端子和体端子、PMOSFET220的源极端子和体端子、PMOSFET233的栅极端子、NMOSFET228的栅极端子以及NMOSFET229的栅极端子。负信号输入113耦合到PMOSFET219的栅极端子。正信号输入112耦合到PMOSFET220的栅极端子。PMOSFET219的漏极端子耦合到节点234，其耦合到NMOSFET221的漏极端子、NMOSFET221的栅极端子以及NMOSFET222的栅极端子。PMOSFET220的漏极端子耦合到NMOSFET222的漏极端子和输出端子114。NMOSFET221的体端子和NMOSFET222的体端子耦合到负电源电压109。NMOSFET221的源极端子和NMOSFET222的源极端子耦合到节点235，其耦合到NMOSFET232的漏极端子。使能输入115耦合到NMOSFET232的栅极端子。NMOSFET232的源极端子和体端子耦合到负电源电压109。正电源电压108耦合到PMOSFET223的源极端子和体端子以及PMOSFET224的源极端子和体端子。PMOSFET223的栅极端子和漏极端子耦合到节点236，节点236耦合到PMOSFET224的栅极端子和NMOSFET225的漏极端子。PMOSFET224的漏极端子耦合到NMOSFET226的漏极端子和输出端子114。负信号输入113耦合到NMOSFET225的栅极端子。正信号输入112耦合到PMOSFET226的栅极端子。NMOSFET225的源极端子和栅极端子以及NMOSFET226的源极端子和栅极端子耦合到虚拟负电源电压节点111，该节点耦合到NMOSFET228的漏极端子、NMOSFET229的漏极端子、PMOSFET233的源极端子以及PMOSFET227的栅极端子。NMOSFET228的源极端子耦合到NMOSFET230的漏极端子。NMOSFET229的源极端子耦合到NMOSFET231的漏极端子。使能输入（例如，EN1N）耦合到NMOSFET230的栅极端子以及NMOSFET231的栅极端子。NMOSFET230的源极端子和体端子以及NMOSFET231的源极端子和体端子耦合到负电源电压109。当启动电路107示为包括PMOSFET233时，应了解，根据至少一实施例，启动电路107可包括NMOSFET。作为一个例子，包括NMOSFET的启动电路在修改的电路配置中可以是有用的，在该电路配置中电源电压108以比电源电压109更为负的电压操作。例如，启动电路107的NMOSFET的源极端子可耦合到电源电压108的较负变体，以便当较负的电源电压108掉电时，启动电路107的NMOSFET注入电荷。图3是根据至少一实施例的使用互补自偏置放大器的系统的框图。该系统包括自偏置互补差分放大器100、接收器向下电平移位器337、输出多路复用器338、内/外参考电压选择器...