一種基于3只mos管設(shè)計的反相器和濾波電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路設(shè)計領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器和濾波電路。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著微型智能終端的急需，超低電壓微電子學(xué)備受青睞。反相器作為電子電路中的典型模塊，其經(jīng)典的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為CMOS雙管非門或者6管的施密特觸發(fā)器非門。其中，CMOS雙管非門結(jié)構(gòu)的反相器具有單閾值功能，只有施密特電路才具有雙閾值回差特性。在實際應(yīng)用中，通常需要利用施密特電路的雙閾值回差特性進(jìn)行電路設(shè)計，然而施密特電路為6管結(jié)構(gòu)，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器和濾波電路，該反相器具有雙閾值輸出特性，且電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0005]一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器，包括:第一 PMOS管、第二 PMOS管和NMOS管；
[0006]其中，所述第一 PMOS管的源極與電源相連，漏極與所述第二 PMOS管的源極相連；
[0007]所述第二 PMOS管的漏極與所述NMOS管的漏極相連；
[0008]所述NMOS管的源極接地；
[0009]所述第一 PMOS管、所述第二 PMOS管和所述NMOS管的柵極并聯(lián)作為信號輸入端，所述NOMS管的漏極為信號輸出端。
[0010]優(yōu)選的，所述電源的電壓為440mV?90mV。
[0011]優(yōu)選的，所述第一 PMOS管和所述第二 PMOS管的寬長比為22727?1363。
[0012]優(yōu)選的，所述NMOS管的寬長比為3636?454。
[0013]優(yōu)選的，所述信號輸入端輸入的信號為峰值30mV?120mV的時變信號。
[0014]一種濾波電路，優(yōu)選以上內(nèi)容所述的反相器。
[0015]經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開了一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器和濾波電路。該反相器依據(jù)超低電壓微電子學(xué)中，MOS管的e指數(shù)響應(yīng)工作原理，在供電端串聯(lián)2只PMOS管，尾隨串聯(lián)I只NMOS管到電源地，并聯(lián)3只管子的柵極作為輸入端，輸出端選擇在NMOS管的漏極。進(jìn)而，確定2只PMOS管選擇較大的寬長比，NMOS管選擇較小的寬長比。通過上述超低電壓供電3只MOS管串聯(lián)而成的電路拓?fù)?，即具有了輸入雙閾值輸出反相的特性，與傳統(tǒng)6只MOS管施密特電路相比，本發(fā)明采用3只MOS管的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1示出了本發(fā)明一種基于3只MOS管構(gòu)造具有雙閾值輸出特性的反相器的方法的一個實施例的電路不意圖；
[0018]圖2示出了本發(fā)明一種基于3只MOS管構(gòu)造具有雙閾值輸出特性的反相器的方法的另一個實施例的高輸入阻抗反相放大低通濾波電路示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]在超低電壓微電子學(xué)中，“零”閾值的MOS管的實際閾值處在20mV左右，獲得這樣的微小閾值的MOS管的原理是:超低供電電壓處在數(shù)百毫伏量級，且管子的寬長比處在1000數(shù)量級，這時，由于漏極電流是關(guān)于e指數(shù)的柵壓冪律，是為非線性，所以在所設(shè)計的新型電路拓?fù)渲校捎谶x擇3個特定范圍的大寬長比遞減的管子(2P+N)，就能形成新的雙閾值工作機理。
[0021]綜上，為了推動超低電壓微電子學(xué)的發(fā)展，設(shè)計三MOS管的雙閾值反相器電路，進(jìn)一步擴展其四個功能(觸發(fā)，回差，反相，放大)，而為高輸入阻抗低通濾波器，作為非接觸測量人體體表電勢的放大器前級。
[0022]實施例(一)
[0023]參見圖1示出了本發(fā)明，一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器的一個實施例的電路示意圖。
[0024]該反相器包括:第一 PMOS管PMl、第二 PMOS管PM2和NMOS管NMl。
[0025]其中，所述第一 PMOS管的源極與電源相連，漏極與所述第二 PMOS管的源極相連。
[0026]所述第二 PMOS管的漏極與所述NMOS管的漏極相連；
[0027]所述NMOS管的源極接地；
[0028]所述第一 PMOS管、所屬第二 PMOS管和所述NMOS管的柵極并聯(lián)作為信號輸入端，所述NOMS管的漏極為信號輸出端。
[0029]需要說明的是，在本實施例中電源的電壓為超低電壓值，具體選擇范圍為440mV?90mV。第一 PMOS管和第二 PMOS管采用寬長比較大的PMOS管，如采用寬長比范圍在22427?1363之間的PMOS管，所述NMOS管采用寬長比較小如3636?454的NMOS管。
[0030]另外，在本實施例中反相器的信號輸入端的輸入信號為峰值在30mV?120mV的時變信號，反相器的信號輸出負(fù)載為常規(guī)尺寸的CMOS反相器，在本實施例中反相器的輸出雙閾值范圍在44mV?OmV之間。
[0031]分析輸入輸出響應(yīng)特性以及電路結(jié)構(gòu)特點可知，僅僅需要三只串聯(lián)的MOS管(2P1N)，僅僅憑借超大寬長比的代價，即可同時換來的功能包括:回差，反相，放大，觸發(fā)(記憶)，這四項功能；區(qū)別于此電路結(jié)構(gòu)和管子尺度，則只能分別實現(xiàn)這四項功能，而且需要傳統(tǒng)的I個兩管非門，I個6管施密特非門，還有I個運算放大器。
[0032]由以上可知:本發(fā)明提供了一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器，以在簡化電路拓?fù)涞耐瑫r，仍然保持雙閾值和反相特性，并且信號放大倍數(shù)略大于I。
[0033]實施例(二)
[0034]參見圖2示出了一種濾波電路的電路示意圖。該濾波電路為高輸入阻抗反相放大低通濾波電路，其原理基于實施例一中所介紹的反相器。
[0035]由圖2可知，該濾波電路包括:由第一 PMOS管PMl、第二 PMOS管PM2和NMOS管匪I組成的反相器。
[0036]步驟101:首先完成圖1的連接與雙閾值確定，即是保證實施例(一)調(diào)試通過，在圖2中，這3只管子同樣編號為PM1，PM2，匪I。
[0037]在反相器的信號輸入端Vin處增加一個輸入限流電阻Rl，其電阻值為IM Ω。
[0038]在電阻Rl的右端，也就是柵極，上拉一串行級連偽電阻，使用4只PMOS管構(gòu)造(PM4?PM7)，選擇小寬長比的范圍處在I?56，PM4和PM5的串聯(lián)偽電阻R為8.96Ω數(shù)量級，偏置電壓可以選擇供電電壓。
[0039]反相器的信號的輸出端，經(jīng)過I級非門(PM3，匪2)緩沖后連到輸出端Vout，選擇PM3與匪2小寬長比的范圍處在30?100。
[0040]由輸出端Vout跨接I個電容Cl到偽電阻鏈的中間節(jié)點，取值為50fF。
[0041]由輸出端Vout跨接另I個電容C2到三管反相器的柵極，取值為50fF。
[0042]分析輸入輸出響應(yīng)特性以及電路結(jié)構(gòu)特點可知，在實施例(一)的基礎(chǔ)上(圖1)，僅增加了 6只MOS管(5P1N)，2個電容和I個電阻，就架構(gòu)出新的高輸入阻抗反相放大低通濾波電路，由低通的時間常數(shù)R、C1的倒數(shù)可得截止頻率處在2.5kHz數(shù)量級，其中，R是PM4和PM5的串聯(lián)偽電阻值。
[0043]相對于實施例(一)而言，在本實施例(二)中該濾波電路具有以下優(yōu)點:
[0044](I)架構(gòu)僅增加了 6只管子(5P1N)，2個電容和I個電阻。
[0045](2)由低通的時間常數(shù)R、Cl的倒數(shù)可得截止頻率處在2.5kHz數(shù)量級。
[0046](3)實施例(二)電路的輸入阻抗數(shù)量級為50fF//l.5T Ω。
[0047]最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0048]本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0049]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器，其特征在于，包括:第一 PMOS管、第二 PMOS管和NMOS管； 其中，所述第一 PMOS管的源極與電源相連，漏極與所述第二 PMOS管的源極相連； 所述第二 PMOS管的漏極與所述NMOS管的漏極相連； 所述NMOS管的源極接地； 所述第一 PMOS管、所述第二 PMOS管和所述NMOS管的柵極并聯(lián)作為信號輸入端，所述NOMS管的漏極為信號輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反相器，其特征在于，所述電源的電壓為440mV?90mV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反相器，其特征在于，所述第一PMOS管和所述第二 PMOS管的寬長比為22727?1363。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向器，其特征在于，所述NMOS管的寬長比為3636?454。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反相器，其特征在于，所述信號輸入端輸入的信號為峰值30mV?120mV的時變信號。
6.一種濾波電路，其特征在于，包括權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任意一項權(quán)利要求所述的反相器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于3只MOS管設(shè)計的反相器和濾波電路。該反相器依據(jù)超低電壓微電子學(xué)中，MOS管的e指數(shù)響應(yīng)工作原理，在供電端串聯(lián)2只PMOS管，尾隨串聯(lián)1只NMOS管到電源地，并聯(lián)3只管子的柵極作為輸入端，輸出端選擇在NMOS管的漏極。進(jìn)而，確定2只PMOS管選擇較大的寬長比，NMOS管選擇較小的寬長比。通過上述超低電壓供電3只MOS管串聯(lián)而成的電路拓?fù)?，即具有了輸入雙閾值輸出反相的特性，與傳統(tǒng)6只MOS管施密特電路相比，本發(fā)明采用3只MOS管的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)簡單。
【IPC分類】H03K19-0944
【公開號】CN104601164
【申請?zhí)枴緾N201510058195
【發(fā)明人】李文石
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月4日