差分放大器中的不匹配效應(yīng)及消除方法

同時(shí)，在對(duì)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(gè)MOS管旁邊有一條無關(guān)的金屬線通過，這會(huì)降低對(duì)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(duì)稱的金屬線。

對(duì)于大的晶體管，對(duì)稱性就變得更困難了。例如，在圖11所示的差分對(duì)中，為使輸人失調(diào)電壓較小，這兩個(gè)晶體管的寬度都比較大，但沿x軸方向的梯度會(huì)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(yīng)就會(huì)互相抵消。如圖12所示，這種布局把M1和M2都分成兩個(gè)寬度為原來50％的晶體管，沿對(duì)角放置且并聯(lián)連接。然而，在版圖上布線很困難，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致如圖13所示的系統(tǒng)不對(duì)稱，或者線對(duì)地電容及線間電容的不同而引起整體不對(duì)稱。對(duì)于規(guī)模大一點(diǎn)的電路，如運(yùn)放，則引走線可能過于復(fù)雜而無法實(shí)現(xiàn)。

線性梯度效應(yīng)，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(gè)寬度為50％的晶體管一字排開，M1和M2可由相鄰兩個(gè)晶體管與相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)晶體管分別相連構(gòu)成，也可由兩組相間隔的晶體管分別相連構(gòu)成。
為分析該結(jié)構(gòu)中的梯度效應(yīng)，假設(shè)每兩個(gè)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(yīng)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(jié) 語
針對(duì)CMOS差動(dòng)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(shè)計(jì)方法和版圖設(shè)計(jì)方法進(jìn)行失調(diào)電壓的消除，并對(duì)所提出的電路技術(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，能夠達(dá)到降低失調(diào)電壓的效果。