基于直流耦合的源极跟随器的模拟前端的制作方法

本技术涉及集成电路，特别涉及一种基于直流耦合的源极跟随器的模拟前端。

背景技术：

1、模拟前端(analog front end，afe)是一个包含模拟电路的系统或子系统，专门用于接收和处理来自传感器或其他模拟信号源的信号，然后将这些信号转换成适合后续数字处理的形式。afe通常在数据采集、无线通信、音频处理和生物医学设备等应用中起着至关重要的作用。

2、源极跟随器(source follower，sf)，也称为共漏极放大器(common drainamplifier)，是场效应晶体管(fet)的一种基本电路配置。在这种配置中，输入信号施加到栅极，输出信号取自源极，而漏极通常接地(对于n型mosfet)或连接到电源电压(对于p型mosfet)。这种电路的特点是它具有高输入阻抗、低输出阻抗和单位增益(增益接近1)，因此它不会对信号进行显著的放大。

3、在模拟电子电路中，源极跟随器在模拟前端用于缓冲和电压跟随。传统的源极跟随器的输入和输出之间共模电压不同，且不可调节。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于直流耦合的源极跟随器的模拟前端，提出一种共模电压、摆幅、增益可调的模拟前端。

2、本技术公开了一种基于直流耦合的源极跟随器的模拟前端，包括第一模拟前端缓冲器，所述第一模拟前端缓冲器包括：

3、一对差分输入晶体管，所述一对差分输入管的栅极各自通过电平转换单元耦合到一对差分输入信号，所述电平转换单元包括并联连接的电阻和电容；

4、一对输出电阻器，所述一对输出电阻器串联耦合在所述一对差分输入晶体管的源极之间；

5、运算放大器，所述运算放大器的两个输入端分别耦合到所述一对输出电阻器之间的节点和共模参考电压；

6、一对反馈晶体管，所述一对反馈晶体管的漏极分别耦合到所述一对差分输入晶体管的栅极与其相应的电平转换单元之间，所述一对反馈晶体管的源极均耦合到所述运算放大器的输出端；以及

7、一对差分输出晶体管，所述一对差分输出晶体管的栅极耦合到第一偏置电压，所述一对差分输出晶体管的漏极分别与对应差分输入晶体管的源极相连并输出一对差分输出信号。

8、在一个优选例中，所述第一模拟前端缓冲器还包括：

9、第一比较器，所述第一比较器的两个输入端分别耦合到所述一对输出电阻器之间的节点和所述共模参考电压；

10、第七晶体管，所述第七晶体管的漏极和栅极与所述一对反馈晶体管中一个的栅极相连形成电流镜；以及

11、第一数模转换器，所述第一数模转换器连接到所述第七晶体管的漏极和栅极，用于根据所述第一比较器的比较结果输出控制信号到所述第一数模转换器；

12、其中，所述第七晶体管和所述运算放大器的输出择一的开启。

13、在一个优选例中，所述第一模拟前端缓冲器还包括：

14、第二比较器，所述第二比较器的两个输入端分别耦合到所述一对差分输出信号；

15、第二数模转换器，所述第二数模转换器接收所述第二比较器的比较结果；

16、第八至第十一晶体管，所述第八晶体管的漏极耦合到所述一对差分输入晶体管中一个的栅极，所述第八晶体管的栅极、以及所述第九晶体管的栅极和漏极耦合到所述第二数模转换器；所述第十晶体管的漏极耦合到所述一对差分输入晶体管中另一个的栅极，所述第十晶体管的栅极、以及所述第十一晶体管的栅极和漏极耦合到所述第二数模转换器。

17、在一个优选例中，所述第一模拟前端缓冲器还包括：

18、第一可调电阻，所述第一可调电阻耦合在所述一对差分输入晶体管的栅极之间，用于调节低频增益信号。

19、在一个优选例中，所述第一模拟前端缓冲器还包括：

20、第二可调电阻，所述第二可调电阻耦合在所述一对差分输出信号之间，用于调节低频和高频增益信号。

21、在一个优选例中，所述第一模拟前端缓冲器还包括：

22、一对高频反馈支路，所述一对高频反馈支路分别耦合到所述一对差分输出晶体管的栅极，并且分别通过源极跟随器耦合到反相的一对差分输入信号；

23、其中所述一对高频反馈支路各自包括一电阻和一电容，所述电容串联于相应差分输出晶体管的栅极和相应源极跟随器之间，所述电阻的一端耦合到相应差分输出晶体管的栅极的电容之间，另一端耦合到所述第一偏置电压。

24、在一个优选例中，还包括校准通路，所述校准通路包括：

25、一对触发器，所述一对触发器的数据端分别接收一对互补的伪随机信号，时钟端分别接收一对差分时钟信号；

26、一对多路复用器，所述一对多路复用器分别接收所述一对触发器的输出和一对差分时钟信号；

27、前置驱动器，所述前置驱动器分别接收所述一对多路复用器的输出；

28、第二模拟前端缓冲器，所述第二模拟前端缓冲器分别接收所述前置驱动器输出的一对差分信号；

29、斜率控制开关，所述斜率控制开关分别接收所述第二模拟前端缓冲器输出的一对差分信号。

30、在一个优选例中，所述前置驱动器包括第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管和第十五晶体管；其中，

31、所述第十二晶体管的栅极和第十四晶体管的栅极分别连接第二偏置电压；

32、所述第十三晶体管的栅极和所述第十五晶体管的栅极分别接收所述一对多路复用器的输出；

33、所述第十二晶体管的漏极和所述第十三晶体管的源极相连，所述第十三晶体管的漏极和所述第十五晶体管的源极相连。

34、在一个优选例中，所述前置驱动器的输出端之间耦合有第三可调电阻。

35、本技术与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

36、1、支持更宽的输入共模电压范围，由于直流耦合的存在，源级跟随器的输入共模是经过电平转换器抬升而得到，可以通过更改电平转换器的设计来支持不同的输入共模电压。

37、2、具有更稳定且可调的输出共模电压。传统源级跟随器输出共模决定于输入共模电压和晶体管的阈值电压，会随着工艺参数的变化而波动。本技术具有共模反馈环路精确设定输出共模电压，使得共模电压只决定于共模反馈环路的参考电压，而与输入共模电压和工艺参数无关。

38、3、由于电阻耦合的直流通路和电容耦合的交流通路存在增益差别。

39、引入第一可调电阻可调节直流耦合通路的增益，从而消除直流和交流的增益差。

40、4、引入电流模数模转换器，通过对电平转换器的输出注入差分电流从而补偿缓冲器的直流失调电压。

41、5、通过高频反馈支路对高频信号进行补偿，从而提高高频信号输入时的线性度和增益。

42、本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本技术所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述技术实现要素：中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a+b+c，在另一个例子中公开了特征a+b+d+e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a+b+c+d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a+b+c+e的方案应当视为已经被记载。