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，設計了一種用于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較低，輸出級采用改進式AB類輸出級，不僅保證了建立速度，而且還能抑制由于電路結構不對稱而帶來的噪聲。采用調(diào)零電阻補償保證不同corner下的穩(wěn)定性。仿真結果表明：在室溫tt工藝下功耗為10μW，建立時間為8ns，低頻輸出噪聲100dB，適用在各種高速度低功耗場合。

　　引言

　　在CIS(CMOS Image Sensor)中，由Pixel產(chǎn)生的模擬信號通過CDS采樣儲存。由于CDS直接驅(qū)動PGA需要很長的工藝線，所以導致等效負載電容會很大，增加了驅(qū)動的難度。因此，中間加一個緩沖器(Buffer驅(qū)動PGA，從而抑制、消除模擬信號中的噪聲。針對此要求，本文設計了一個低功耗低面積的Buffer。　　

 

　　電路結構分析

　　Class AB輸出級

　　輸出級采用了AB類推挽輸出，如圖1所示，M6，M7，M8組成一個反相級兼確定輸出級的靜態(tài)電流的結構。M12，M11分別為AB類輸出級的充電管和放電管。這種電路既有較小的靜態(tài)電流，又有較大的驅(qū)動能力，由于整個輸出級的工作電流由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，由于輸出級的電流要考慮負載能力，S₁₁，S₁₂的值要遠遠大于其他器件的S值，當輸入級的輸出信號V_out1加到M6和M12時，電路具備AB類推挽工作模式，例如，當V_out1增大時，M6和M12的電流減少，而M6的電流減少導致M8的電流等量增加(因為M8的電流恒定與V_out1無關)，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。結果在V_out1正向擺動時，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減少即負向擺動時，M12的電流增加，M11的電流減少，兩個輸出管的電流增量可以表示為：
       
　　(4)式表達了電路對負載的驅(qū)動能力，(5)式則說明電路能吸收負載電流的能力。

　　但該電路有個最大的缺點，由于M7，M8，M9組成的反相級結構不對稱，所以噪聲比較大。