一種用于CIS的快速低噪聲CMOS緩沖器

　　摘要：基于TSMC 0.13μm CMOS工藝，設(shè)計(jì)了一種用于CMOS圖像傳感器(CIS)的快速低噪聲緩沖器。該緩沖器的面積相對(duì)較低，輸出級(jí)采用改進(jìn)式AB類輸出級(jí)，不僅保證了建立速度，而且還能抑制由于電路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱而帶來(lái)的噪聲。采用調(diào)零電阻補(bǔ)償保證不同corner下的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明：在室溫tt工藝下功耗為10μW，建立時(shí)間為8ns，低頻輸出噪聲100dB，適用在各種高速度低功耗場(chǎng)合。

　　引言

　　在CIS(CMOS Image Sensor)中，由Pixel產(chǎn)生的模擬信號(hào)通過(guò)CDS采樣儲(chǔ)存。由于CDS直接驅(qū)動(dòng)PGA需要很長(zhǎng)的工藝線，所以導(dǎo)致等效負(fù)載電容會(huì)很大，增加了驅(qū)動(dòng)的難度。因此，中間加一個(gè)緩沖器(Buffer驅(qū)動(dòng)PGA，從而抑制、消除模擬信號(hào)中的噪聲。針對(duì)此要求，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)低功耗低面積的Buffer。　　

 

　　電路結(jié)構(gòu)分析

　　Class AB輸出級(jí)

　　輸出級(jí)采用了AB類推挽輸出，如圖1所示，M6，M7，M8組成一個(gè)反相級(jí)兼確定輸出級(jí)的靜態(tài)電流的結(jié)構(gòu)。M12，M11分別為AB類輸出級(jí)的充電管和放電管。這種電路既有較小的靜態(tài)電流，又有較大的驅(qū)動(dòng)能力，由于整個(gè)輸出級(jí)的工作電流由M8的電流決定，因此一旦偏置方式確定，M8的電流即可決定，只要知道圖3中各MOS管的寬長(zhǎng)比，就可以確定各管子的工作電流，這些管子的工作電流分別表示為：
       
       
　　其中(2)，(3)中的S=W/L，由于輸出級(jí)的電流要考慮負(fù)載能力，S₁₁，S₁₂的值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他器件的S值，當(dāng)輸入級(jí)的輸出信號(hào)V_out1加到M6和M12時(shí)，電路具備AB類推挽工作模式，例如，當(dāng)V_out1增大時(shí)，M6和M12的電流減少，而M6的電流減少導(dǎo)致M8的電流等量增加(因?yàn)镸8的電流恒定與V_out1無(wú)關(guān))，由于M9與M7組成電流源，所以M9的電流也將以S₉/S₇的比例增加，，從而使得M10電流增加，M11按S₁₁/S₁₂的比例增加，于是M11的電流增加了。結(jié)果在V_out1正向擺動(dòng)時(shí)，M12的電流減少，M11的電流增加，起到了推挽的作用。反之，若V_out1減少即負(fù)向擺動(dòng)時(shí)，M12的電流增加，M11的電流減少，兩個(gè)輸出管的電流增量可以表示為：
       
　　(4)式表達(dá)了電路對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力，(5)式則說(shuō)明電路能吸收負(fù)載電流的能力。

　　但該電路有個(gè)最大的缺點(diǎn)，由于M7，M8，M9組成的反相級(jí)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，所以噪聲比較大。