在这篇文章里，介绍了一种能到达AB类特性轨到轨CMOS模仿缓冲器的电路技巧，产生了具有低功耗和高的驱动才能的办法。模仿电压缓冲器是混合信号规划中十分重要的根本组成部件。它们首要用作信号监听和驱动负载。在榜首种状况下，缓冲器一般连接到测验电路和要求低输入电容的电路的内部节点，因为这个节点上寄生电容的任何添加或许都是至关重要的。可是，当缓冲器用来驱动负载时，为了在整个电源电压规模内尽快地驱动负载，咱们期望大规模输出信号摆幅内具有高的转化速率。
现在集成电路的电源电压现已下降了，首要会集在功耗和牢靠性问题。这种趋势现已迫使大部分模仿根本组成部件从头规划，企图确保它们的全体功能。在这些规划束缚下。轨到轨操作在低压规划中成为强制性的，意图是为了增大信噪比。在这篇文章里，我介绍了一种能到达AB类特性轨到轨CMOS模仿缓冲器的电路技巧，产生了具有低功耗和高的驱动才能的办法。曾经的互补：图1a给出了P沟道AB类差分对，当大的差分信号加到输入端时，它能够传送十分大的电流。在差分对节点A处的阻抗十分低，并且它的电压即便在的输入信号下，也近似挨近常数。因而，差分电压V1-V2在M2上产生大的电流改变，在M3上也相同如此。
AB类电压缓冲器能够经过连接两个互补差分单元而得到，如图1c所示。毫无疑问，图1c中的电路有两种局限性。榜首，M3P和M3N的栅源电压能够别离迫使驱动晶体管M1P和MlN在三极管区作业，减小了可用的电压作业规模。这种缺点能够经过引入电压电平移位器来驱动M3P和M3N来战胜，这将在后面解说。第二，当输出节点挨近正向或许负向电源轨时，这种结构的输出电压摆幅受到限制。首要是因为P沟道和N沟道差分对别离作业在VDD和VSS 受到限制的原因。
图1 AB类差分输入单元；对差分信号的直流传输特；根据两对互补AB类差分输入单元的低功耗缓冲器
a AB类差分输入单元 b DC传输特性 c低功耗缓冲器
所提出的模仿缓冲器：图2给出了晶体管级完成所提出的轨到轨MOS模仿缓冲器。这种电路是单增益级。它的输人支路是由两个互补的AB类差分对组成。与图1c中电路的重要区别是，在这种状况下，输出节点不是由输入驱动直接驱动，而是由电流镜M4P-M5P和M4N-M5N别离驱动。因而，M2P和M2N的共栅现在是不倒相输入端。
图2所提出的轨到轨AB类缓冲器
在中部电源电压区，PMOS和NMOS输入对是有用的，并且它们的偏置电流经过电流镜M4P–M5P和M4N–M5N镜像到该电路的输出端。这种结构答应NMOS输入对驱动在电源电压区的输出节点挨近VDD．而PMOS操控输出端的电压规模挨近VSS．不幸的是，在挨近VDD时，P沟道输入对截止，并且没有电流被镜像到输出端的底部，封闭了缓冲器。相似的状况是VSS时．N沟道差分对不是有用的。为了这个原因，晶体管M1PR-M5PR 和MlNR-M5NR已包含在图2中，保持在整个电压规模内是有用的。
因而，这种缓冲器的作业进程能够这样详细描述如下：当输入信号Vin，在中部电源电压区，两个输入对MIP～M2P和MlN—M2N是有用的，M4P-M5P和M4N–M5N镜像一个等于IB的电流到输出支路。并且，电流IB的复制品经过晶体管MIPR（M1NR）和M2PR— M3PR（MlNR—M2NR）复制，给输出支路底部的附加电路的电流源供给电流。因而，晶体管M4P和M5P（M4N和M5N）关断，并且对输出电流没有任何奉献。输入信号挨近VDD时，PMOS输入对关断，并且反相输入支路的复制品等等都关断。MIPR–M3PR不对输出支路的附加电路发送任何电流。这样的话，M4PR和M5PR导通，从输出支路吸收等于IB的电流，保持缓冲器是导通的。当输入信号Vin挨近VSS时，相似的状况也会产生。
应当指出的是，电压电平移位器现已包含在输入级，意图是为了在线性区和超出输入信号规模到两头电压时，来驱动M3P和M3N，避免了M1P和M1N别离作业。因而，轨到轨操作在电路输出端相同，相同能在输入端到达。
所提出缓冲器的动态操作能够经过在电路输入支路AB类差分对的高的驱动才能来进步。一旦遇到大的正向输入信号，晶体管M2P截止，而M2N 则吸收很多电流，经过M4N和M5N镜像到输出部分。相反，当大的输入信号以负的方向施加时，晶体管M2N截止，M2P传送大电流，经过M4P和MSP复制到输出部分。
所提出缓冲器的输入电容能够经过等份额减小晶体管M2P和M2N的尺度。毫不疑问，有必要指出的是，这些晶体管宽长比的减小会导致它们有用驱动才能的下降。除此之外，在这种电路里只要一个高阻抗的节点，它的带宽或许十分大。可是，在输出节点具有高输出阻抗的单增益级结构十分合适用来驱动大的电容负载，假定低电阻负载能减小缓冲器的全体增益。，因而，它是准确的。
图3 在图2中模仿缓冲器的直流传输特性
仿真成果：图2中的模仿电压缓冲器现已在0．35uCMOS工艺规划完成。作业电源电压是1．5V，偏置电流是10uA，负载电容是lOpF。
图3给出了具有失调电压的所提出的模仿缓冲器的DC传输特性。正如等待的那样，rail to rail特性到达了。图4给出了图2电路的大信号瞬态呼应。特别指出的是，输出电压提醒了高的转化速率是因为在输入级的AB类操作。可是，最大电流与经过输出晶体管的静态偏置电流的大的比率证明了所提出的办法导致了低功耗和高的驱动才能。
关于DC输人电压等于零仿真，开环增益和单位增益频率大约为54dB和6．1MHz。增益值相对低是因为电路是单增益级。增益一带宽值的是以添加输入差分对的偏置电流为价值的。因而，增大了功耗。关于2．4VPP 100kHz输入正弦信号，能够得到-44.6dB的ATHD．当输入电阻没有按份额减小时，所提出缓冲器的仿真电容要下降32fF。
图4在图2中模仿缓冲器关于为2．4VPP频率为1MHZ方波输入信号10pF负载电容的大信号瞬态呼应
a输入和输出电压 b经过输出晶体管的电流
提出了减小输入电容的轨到轨电压缓冲器。轨到轨操作不仅在电路的输出端，相同在电路的输入端完成。所介绍电路的AB特性导致了低功耗和高的转化速率，使它很合适驱动大的电容负载。仿真成果现已供给了该电路的操作。
本文立异点：提出了减小输人电容的轨到轨电压缓冲器。轨到轨操作不仅在电路的输出端．相同在电路的输入端完成。所介绍电路的AB特性导致了低功耗和高的转化速率，使它很合适驱动大的%&&&&&%负载。仿真成果现已供给了该电路的操作。
