差分放大器中的不匹配效應及消除方法
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圖8所示結構固有的不對稱(chēng)性可以通過(guò)在晶體管兩邊加兩個(gè)虛擬MOS管的方法加以改進(jìn)，因為這可以使M1和M2管周?chē)沫h(huán)境幾乎相同，如圖9所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188625.htm
同時(shí)，在對稱(chēng)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(wú)關(guān)的金屬線(xiàn)通過(guò)，這會(huì )降低對稱(chēng)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(xiàn)(見(jiàn)圖10)，最好的辦法就是去掉引起不對稱(chēng)的金屬線(xiàn)。
對于大的晶體管，對稱(chēng)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(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(lái)50％的晶體管，沿對角放置且并聯(lián)連接。然而，在版圖上布線(xiàn)很困難，經(jīng)常會(huì )導致如圖13所示的系統不對稱(chēng)，或者線(xiàn)對地電容及線(xiàn)間電容的不同而引起整體不對稱(chēng)。對于規模大一點(diǎn)的電路，如運放，則引走線(xiàn)可能過(guò)于復雜而無(wú)法實(shí)現。
線(xiàn)性梯度效應，也可像圖12所示，通過(guò)“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(kāi)，M1和M2可由相鄰兩個(gè)晶體管與相距最遠的兩個(gè)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?jì)蓚€(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(lèi)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(yǔ)
針對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，介紹電路設計方法和版圖設計方法進(jìn)行失調電壓的消除，并對所提出的電路技術(shù)進(jìn)行仿真驗證，能夠達到降低失調電壓的效果。
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