一種基于動(dòng)態(tài)閾值NMOS的1．2V CMOS模擬乘法器
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時(shí)間：2011-12-05
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
當(dāng)VBS=VGS時(shí)，也就是NMOS晶體管的柵極和襯底端短接在一起，同時(shí)作為同一個(gè)信號(hào)的輸入端，此時(shí)對(duì)VBS求偏導(dǎo)，即可以得到
所以動(dòng)態(tài)閾值NMOS晶體管的跨導(dǎo)是隨著VBS和VGS的變化而變化的，數(shù)值要gm且>gmbs。
當(dāng)動(dòng)態(tài)閾值NMOS的VGS固定時(shí)，則可以看作襯底驅(qū)動(dòng)NMOS，其特征頻率為
其中，η=gmbs／gm，VBS=0時(shí)的典型值為0．2～0．4，Cb,是P阱與源端間的電容，而Cbsub是P阱與N襯底間的電容。在3 μm CMOS工藝下，當(dāng)襯底驅(qū)動(dòng)MOSFET工作于飽和區(qū)時(shí)，式(5)可近似為
隨著CMOS工藝的發(fā)展，如果Gox增加S倍，而Cbsub只增加了S1/2倍，阱和襯底的摻雜濃度提高了S倍，則式(6)變?yōu)?br />
在標(biāo)準(zhǔn)深亞微米CMOS工藝中，襯底驅(qū)動(dòng)NMOS的截止頻率也不會(huì)比柵驅(qū)動(dòng)NMOS的截止頻率小很多，而動(dòng)態(tài)閾值NMOS的截止頻率則在襯底驅(qū)動(dòng)NMOS的截止頻率和柵驅(qū)動(dòng)NMOS的截止頻率之間，所以動(dòng)態(tài)閾值NMOS不會(huì)犧牲太多的頻率特性。
柵驅(qū)動(dòng)NMOS與動(dòng)態(tài)閾值NMOS的溝道噪聲電流相似，如果把溝道噪聲電流歸因于輸入，則動(dòng)態(tài)閾值和柵驅(qū)動(dòng)下的增益因子有所不同。同時(shí)，動(dòng)態(tài)閾值NMOS的阱電阻也會(huì)造成額外的熱噪聲。動(dòng)態(tài)閾值NMOS的均方根噪聲電壓為
其中，N為交叉NMOS結(jié)構(gòu)中柵的個(gè)數(shù)；Rgi為第i個(gè)柵溝道的有效串聯(lián)阱電阻；Rgi為第i個(gè)柵的柵與金屬間電阻。
式(8)中前兩項(xiàng)為動(dòng)態(tài)閾值NMOS由襯底端引起的白噪聲和閃爍噪聲，后兩項(xiàng)描述了由阱與金屬間、柵與金屬間電阻所引起的白噪聲。由于后兩項(xiàng)有N-2系數(shù)，因此可以利用交叉CMOS結(jié)構(gòu)即一個(gè)MOSFET采用多個(gè)柵來(lái)降低柵電阻所產(chǎn)生的噪聲影響。為將襯底端所引起的噪聲最小化，動(dòng)態(tài)閾值NMOS的版圖應(yīng)該多用阱接觸，而且接觸應(yīng)該盡量接近每個(gè)柵，以最小化襯底端電阻的噪聲影響。
2 低壓低功耗CMOS模擬乘法器
基于提出的動(dòng)態(tài)閾值NMOS晶體管，對(duì)傳統(tǒng)的Gilbert CMOS模擬乘法器進(jìn)行了改進(jìn)，提出如圖3所示的低壓低功耗CMOS模擬乘法器電路，其中負(fù)載電阻ReqA和ReqB是采用PMOS有源電阻實(shí)現(xiàn)，其電阻值約為200～100 000 Ω，主要考慮兩個(gè)負(fù)載電阻的匹配性，文中等效電阻值約為50 kΩ。4個(gè)動(dòng)態(tài)閾值NMOS晶體管M1～M4為模擬乘法器的核心部分，兩路差分輸入信號(hào)VinA和VinB的同相、反相信號(hào)分別從4個(gè)動(dòng)態(tài)閾值NMOS的柵極和襯底端輸入，即M1，和M4的柵極作為VinA+的輸入端，M1和M2的襯底端則作為VinB+輸入端，M2和M3的柵極作為VinA-的輸入端，M3和M4的襯底端作為VinB-的輸入端。采用動(dòng)態(tài)閾值NMOS的最大優(yōu)勢(shì)是大大減小了傳統(tǒng)模擬乘法器的晶體管個(gè)數(shù)，與傳統(tǒng)的Gilbert模擬乘法器比較，晶體管個(gè)數(shù)有傳統(tǒng)的7個(gè)NMOS晶體管減少為4個(gè)NMOS，從電源到地電壓之間的飽和NMOS由傳統(tǒng)3個(gè)Gilbert模擬乘法器的減少為1個(gè)，從而大大降低對(duì)電源電壓的要求，并實(shí)現(xiàn)低功耗。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/178303.htm
評(píng)論