差分放大器中的不匹配效應及消除方法
圖8所示結構固有的不對稱性可以通過在晶體管兩邊加兩個虛擬MOS管的方法加以改進,因為這可以使M1和M2管周圍的環(huán)境幾乎相同,如圖9所示。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/188625.htm
同時,在對稱軸的兩邊保持相同環(huán)境也很重要。例如,在版圖中,只有一個MOS管旁邊有一條無關的金屬線通過,這會降低對稱性,增大M1和M2之間的失配。在這種情況下,也可以在另一邊放置一條相同的金屬線(見圖10),最好的辦法就是去掉引起不對稱的金屬線。
對于大的晶體管,對稱性就變得更困難了。例如,在圖11所示的差分對中,為使輸人失調電壓較小,這兩個晶體管的寬度都比較大,但沿x軸方向的梯度會引起明顯的失配。為了減小失配,可以采用“共中心”的布局方法。這樣沿x軸和y軸方向的一階梯度效應就會互相抵消。如圖12所示,這種布局把M1和M2都分成兩個寬度為原來50%的晶體管,沿對角放置且并聯(lián)連接。然而,在版圖上布線很困難,經常會導致如圖13所示的系統(tǒng)不對稱,或者線對地電容及線間電容的不同而引起整體不對稱。對于規(guī)模大一點的電路,如運放,則引走線可能過于復雜而無法實現(xiàn)。
線性梯度效應,也可像圖12所示,通過“一維”交叉耦合的辦法得到抑制。這里,所有四個寬度為50%的晶體管一字排開,M1和M2可由相鄰兩個晶體管與相距最遠的兩個晶體管分別相連構成,也可由兩組相間隔的晶體管分別相連構成。
為分析該結構中的梯度效應,假設每兩個相鄰的半寬晶體管之間的柵氧電容變化為△Cox。將M1a和M4a并聯(lián),得到:
因此,這種類型的交叉耦合抵消了梯度效應的影響。若用圖13所示的組合可得:
式(4)和式(5)顯示,圖13所示的方法消除誤差的能力較差。
4 結 語
針對CMOS差動放大器晶體管的不匹配,從理論上深刻分析其不匹配原因,介紹電路設計方法和版圖設計方法進行失調電壓的消除,并對所提出的電路技術進行仿真驗證,能夠達到降低失調電壓的效果。
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