[发明专利]工艺和温度不敏感的反相器

说明书

申请相关的交叉引用

本公开要求2010年12月3日提交的名为“工艺和温度不敏感的电压源”的第61/419,645号美国临时申请的优先权，为了所有目的通过引用其整体将其并入于此。

技术领域

特定实施例通常涉及系统、电路和方法，用于制造并且操作具有恒定跨导(G_M)的反相器以便无视操作温度或者工艺角而以可能的最低功耗将具有已减小的或者受限的相位噪声变化的数字信号反相。

背景技术

除非在此另外指示，在该部分中所描述的方法并非构成该申请中的权利要求的现有技术并且并非通过包含在该部分中而承认为现有技术。

图1中示出了典型电子反相器100的示意图。在这些反相器中，具有特定频率和形式的输入信号110送入反相器100的输入115。输入115耦合至pMOS晶体管120和nMOS晶体管125的栅极，如图1所示。基于在V_DD漏极130施加的参考电压而使用静态或者动态电压将pMOS 120和nMOS 125晶体管跨V_DD漏极130和V_SS源极135偏置。V_SS源极135可以在某些实施方式中连结至地电位。经反相的信号160随后输出在端子140上，端子140耦合至pMOS晶体管120的漏极引线以及nMOS晶体管125的漏极引线。输出由耦合至端子140和nMOS晶体管125的漏极引线的电容器150所负载。

使用MOS晶体管的电子反相器(如反相器100)的速度取决于pMOS和nMOS晶体管120和125的特征频率。MOS晶体管的特征频率描述了可以操作晶体管的速度。pMOS和nMOS晶体管120和125的特征频率随着pMOS和nMOS晶体管120和125的跨导G_M而变化。因此，如果pMOS和nMOS晶体管120和125的G_M以及因此pMOS和nMOS晶体管120和125的特征频率可以在温度和工艺角变化上而基本保持恒定，随后反相器的转换速度也将保持恒定或者至少在可接受范围内。当反相器的转换速度恒定或者在可接受范围内时，可以降低或者消除其对总体相位噪声或者相位噪声变化的贡献。

在pMOS和nMOS晶体管120和125中维持恒定的特征频率要求以对应于晶体管中的由于在给定操作条件下的温度和工艺角变化而引起的阈值和迁移率变化的变化电压来偏置晶体管，以维持跨晶体管的恒定的跨导。例如，在相对低的温度下具有快速角(fast-corner)信号的情形中，针对反相器无需高的V_DD 130以运行在足够高的速度，这是因为反相器的传输频率将足够高以将信号供应至其它电子部件而不具有或者具有较小相位噪声。然而，在高温或高PT下低速角方案中，反相器的传输频率对于高速应用来说可能太低。为了对反相器部件(即pMOS和nMOS器件120和125)在较高温度下的相对低的传输频率进行补偿，可以增大参考电压V_DD以增大晶体管的跨导G_M以及因此增大反相器的操作速度。确保反相器操作在足够速度以跟上输入信号或波形的频率，这有助于降低或者消除引入到其中使用反相器的任何系统或设备中的相位噪声。

确保反相器将总是操作于以受限的(如果存在)额外相位噪声以足够高速转换输入信号的一种故障防护方法是以相对高的V_DD操作反相器。这通常意味着以如下参考电压V_DD操作反相器，该参考电压V_DD被设置用于反相器预期将操作的最坏情形，即最高操作温度。不幸地，这意味着将使用比大多数条件所需更多的功率用于供应高的V_DD，这自然导致比大多数情形所需更高的功耗。显然，不必要的高功耗对于大多数电子器件而言并非所期望的特性。

假设晶体管的跨导G_M具有线性特性，如果可以在转换的中途以电压或者电流偏置反相器，则转换的相位噪声和速率也可以保持恒定。为了维持反相器中的恒定G_M，可以基于模拟操作或者实际使用中操作参数的测量而改变施加至V_DD的参考电压，其可以用于调节参考电压以维持恒定的转换频率和相位噪声。然而，用于调节V_DD以维持反相器的恒定操作的现代系统时常要求具有计算逻辑、传感器和校准查找表的昂贵的主动系统。

发明内容