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一种低压高频CMOS电流乘法器的设计

作者:时间:2012-03-06来源:网络收藏

摘要:提出了一种新颖的四象限电路,该乘法器使用了工作在三极管区的互补MOS器件,并且采用了饱和区MOS管的平方律特性。该电路采用0.35μm 工艺,使用HSpice软件仿真。仿真结果显示,该乘法器电路在±1.18V的电源电压下工作时,静态功耗为1.18 mW,-3 dB带宽可达到1.741 GHz。与先前的电路相比,工作电压降低了,带宽提高了。
关键词:;电流减法器

0 引言
四象限模拟乘法器是模拟信号处理系统中的基本的组成单元,它被广泛地应用于调制与解调、检波、频率变换、自动增益控制、模糊系统和神经网络等许多模拟信号处理电路中。已有一些四象限电流乘法器被提出,归纳起来,它们的设计方法可以分成2类;开关电容方法和连续时间方法。基于开关电容方法的乘法器设计方案,存在一些问题,诸如时钟馈通现象,带宽有限信号和频谱混叠等。此外,要求精准的时钟和更大的芯片面积。很多乘法器是基于连续时间方案而设计的。目前,有3种方案可以实现连续时间模拟乘法器。第1种方法是使用工作在饱和区或亚阈值区的MOS管的线性跨导原理去实现。这种方法的优点就是电路的功耗低,但是电路的动态范围非常小,运算速度也慢。第2种方法是基于使用工作在饱和区的MOS管平方律特性的电流模平方根电路和平方电路去实现。但是,这种方案实现的乘法器的功耗大,这类乘法器要求所有的输入信号都需要加偏置电流,从而使MOS管工作在饱和区。最后一种方案是采用AB类的电流模单元电路。它不需要给输入信号加偏置电流。AB类的CMOS电流乘法器已经见于报道。文献提到的电路由2个AB类的电流模单元相互交叉连接组成。它的改进型电路使用了电流传输器(CCII),在文献中提到了,这种改进型电路进一步减小了输入阻抗。该电路允许提供更大的栅源电压,同时电路的精度很大地提高了。但是在他们的设计中,输出电流不会是真正的乘法实现。另外,由于PMOS管的载流子的低移动性,电路的频率响应大大地受到了限制。
一种不依赖于MOS管参数的电流乘法器在文献中被提到了。这种电流乘法器的优点是尽管输入电流在变化,输入电阻仍然保持常数。然而这种电路要求提供5 V的供电电压,限制了其在高供电电压系统中的应用。而且该电路的工作频率相当低,功耗高。文献中提到了一种CMOS电流乘法器。该电路是由所有MOS管都工作在饱和区的2个电流镜背对背连接组成。虽然这种背对背的电流镜结构,组合在一起,增加了带宽,但由于PMOS管的速度低,这种电路仍然不能工作在电路中。文献中提到了一种高频电流乘法器。该电路是由4个二次单元电路组成。这种二次单元是由3个偏置工作在饱和区的NMOS管组成的。这种对称结构带来了较低的谐波失真。但是这种电路存在衬底效应,因此不能工作在特别高的频率,它的-3dB带宽只有41 MHz。
本文提出了一种高频四象限电流乘法器。该乘法器电路结构对称。提出的乘法器电路工作在±1.18 V的电源电压下。由于从输人端到地的低寄生电容,该电路可以工作在高频条件下,实验测得它的-3 dB带宽可以达到1.741GHz。

1 电路工作原理
本文提出的这种电流乘法器是基于图1所示的基本的单元电路而设计成的。图1所示的电路,输出电流Iout和输入电流Iin是二次函数的关系。这种二次单元电路是由MN、MP和MC组成的。其中MN和MP是偏置工作在三极管区,MC是工作在饱和区。如果MN和MP有相同的跨导因子(kP=μPCOXWP/LP=kN=μNCOXWN/LN=k),从图1可以很容易得到输入电压Vin和输出电流的Iout的表达式如下:
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本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/186822.htm

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