当前模式计算模拟信号处理电路

Amanpreet考尔¹圣地Pandey²

PG学生(VLSI)、ECE、ThaparUniversity,邦,印度旁遮普¹
塔帕尔大学助理教授、ECE邦,印度旁遮普²

文摘

提出了当前加法器和减法器电路基于共源共栅电流镜和改进的线性和线性范围宽。该电路可用于模拟信号处理应用,如放大器、运算跨导放大器(OTA) Gm-C过滤器,等等。在该电路,共源共栅电流镜拓扑是用来改善当前镜像操作。提出了电路模拟使用0.18台积电μm CMOS工艺技术与电源电压1.8 V。该电路的电流范围内有效运作0到80μa与允许误差的比例不到2.5%。SPICE模拟结果验证了该电路的有效性

关键字

自适应偏置、共源共栅电流镜,电流模式电路、加法器、减法器。

介绍

在低压、低功耗模拟系统中,电流型信号处理一直是通常被认为是一个有吸引力的策略由于其潜在的高速运算和低压兼容性[1]- [4]。电路的行为总是电压和电流之间的相互作用的结果。在电流模式电路(cmc),电流确定完整的电路响应。确定的电压信号是不相关的电路性能。电流型电路(CMC)技术处理活跃信号在当前域有简单的架构。cmc是适用于CMOS集成技术,因为他们不需要专门加工电容器或电阻,因此,他们更兼容数字CMOS技术使混合信号集成电路更可行。在电流模式电路,改变当前水平不一定是伴随着电压水平的变化。因此,寄生参数不影响电路的操作速度大量[5]。因此许多取代了传统的电压模式电路拓扑新的和创新的电流模式设计因为电流模式的方法证明了一个更好的选择低压高性能模拟电路设计师的circuitdesign更关心的是当前水平的操作电路。

背景

当前的镜子(CMs)是一个电流模式电路的基本构建块用于模拟信号处理细胞[3],[6],[10]。这些都是作为偏置结构或恒流源作为一个有功负载放大器阶段以后,它提供高阻抗[11][12]。它是用来生成一个给定的参考电流的复制品。它还可以增强或减弱的参考电流。理想情况下,电流源的输出阻抗/水槽应该无限,能产生或画一个恒流的范围广泛的电压。然而,有限值所需的输出电阻和有限的输出电压保持在饱和最终限制电流镜的性能[13]- [16]。基于电流镜拓扑模拟电路结构简单,导致容易实现的操作,比如加法和减法。

一些作者提出了当前模式计算电路在文献[19]。费里等。[17]提出了基于简单的电流镜的电流减法器。在[18],电流减法器使用办公室的宽摆共源共栅电流镜。林等。[19]提出了当前基于翻转电压跟随器细胞减数。在本文中,我们提出了电流模式计算电路,如电流减法器和当前加法器基于NMOS共源共栅电流镜(CCM)和改进的线性拓扑。

本文组织如下:在第二部分中,提出了当前减法器的原理和体系结构和基于CCM的加法器拓扑描述。第三章给出了仿真结果。本文在第四部分得出的结论。

提出当前加法器和当前减法器电路基于NMOS共源共栅电流镜

目前的镜子是最重要的和广泛使用的模拟架构的构建块。传统电流镜操作原则,如果gate-source电压的两个相同的金属氧化物半导体晶体管是平等的,那么消耗电流应等于[13]。传统的电流镜是如图1所示。

漏电流的晶体管ID1和ID2 M1和M2,分别给出

whereμis电荷载体有效流动,是单位面积上的栅氧化层电容,纵横比,,是gate-source电压,阈值电压,是漏源极电压和晶体管的沟道长度调制参数M1和M2,分别。

晶体管M1二极管连接,晶体管的漏源极电压M1 (VDS1)等于其gate-source电压(VGS1)。同时,门码头的晶体管M1和M2是联系在一起,因此gate-source M1和M2的电压是相等的(i.e.VGS1 = VGS2)。使用方程(1)和(2),漏电流的比值ID1和ID2给出

以来,VDS公司1≠VDS2,晶体管的漏电流M1和M2是不平等的。同时,通道长度的影响在复制电流调制介绍了重大错误。删除沟道长度调制效应的缺点在传统电流镜,采用共源共栅结构的概念。抑制沟道长度调制效应的能力共源共栅电流镜(CCM)是通过使漏源电压M1和M2equal,使输出电流(Iout)总是遵循参考电流(Iref)。此外,共源共栅结构增加输出电阻gmro 2,通用晶体管的跨导。实现共源共栅电流镜结构,共源共栅电流源采用NMOS晶体管M3,如图2所示。

晶体管的偏置电压(Vb)选择M3,电压在节点X (VX)等于电压节点Y (v)。通过应用在任一瞬间组成的循环中的晶体管M3和M2,考虑各自门电压和电压节点Y w.r。t地面,v的电压

从方程(4)可以看出,如果门电压-电压源添加到节点X (VX),然后可以获得所需的值的Vb。因此,另一个二极管连接设备M4放在系列M1如图3所示,从而产生一个电压在节点N (VN)是给定的

连接节点N的门晶体管M3,如图4所示,在节点N是给定的电压,

从方程(6),是观察到的VX等于等于v, VGS3和VGS4相等。漏电流的晶体管的比率M1, M2和M3, M4给出

自从VGS1 = VGS2,方程(7)被修改

现在方程(8)减少

使用方程(6)和(9),给出v的电压

因此,晶体管的漏电流M1and M2成为平等(即ID2 = ID1或Iout = Iref)。

(一)提出了当前基于CCM的加法器电路

提出当前加法器使用NMOS类型共源共栅电流镜图5所示。饱和区域中的所有晶体管偏见和晶体管M1-M2 M3-M4, M5-6, M7-M8完全匹配。共源共栅电流镜使用晶体管M1-M4和M5-M8开发的功能是精确复制输入电流AIin1 AIin2,分别在晶体管M4和M8。

当前AIin1and Ain2is复制在晶体管M2, M4和M8, M9的共源共栅电流镜由晶体管M1-M4和M5-M8。实现适当的偏置电压的共源共栅结构,选择晶体管的纵横比,

应用氯化钾在节点X,给出了输出电流的Io

从方程(12)可以看出,输出电流的两个输入电流AIin1 AIin2,其中一个是增益系数。

(B)提出了当前基于CCM的减法器电路

使用相同的拓扑的CCM,当前减法器也提出了图6所示。共源共栅电流镜实现通过使用NMOS晶体管作为活跃的元素。晶体管都是有偏见的饱和状态和晶体管对M1-M2 M3-M4, M5-6, M7-M8完全匹配。晶体管M1-M4和M5-M8被安排在共源共栅电流镜拓扑晶体管对M1、M3、M6 M8被配置为二极管连接到运行在饱和区域。

当前在晶体管M2和M4 Iin1复制M1-M4共源共栅电流镜由晶体管。另一个共源共栅电流镜是由晶体管M5-M8这反映了两个电流的输出电流即减法。适当的偏置电压的共源共栅结构选择晶体管的长宽比,

从图6中,可以看出当前Iin1通过晶体管M1, M2, M3准确复制在晶体管M4(即我(M4, M2) = Iin1)。

通过应用氯化钾在节点X,给出当前第九

因此,给出了输出电流Io

从方程(15),可以看出,两个输入电流的输出电流是减法AI1 AI2,其中一个是增益系数。提出当前减法器电路的自适应偏置放大器得到广泛应用。

仿真结果和讨论

该电路已在台积电模拟0.18μm CMOS工艺技术。提出了计算电路设计在当前操作μa范围从0到80。的直流特性提出了当前加法器(图5)显示在图7中,输出电流的变化从90年10μAμA w.r。t输入电流的变化从80年0μAμA并保持当前固定在10μA来源之一。表我显示的比较理论和模拟输出电流的值。从表中,可以看出理论和模拟输出电流之间的误差百分比是0.025%。

从Figure7可以观察到该流加法器电路显示了良好的线性响应在一个广泛的电流。改进的线性特征是归因于使用共源共栅电流镜拓扑提供精确复制的电流通过消除沟道长度调制效应在传统电流镜。表我显示的比较理论和模拟输出电流的值。

电流的直流特性减法器(图6)如图8所示,输出电流的变化从80年μA 0μA w.r。t输入电流的变化从80年0μAμA并保持当前固定在80μA来源之一。表IIshows的比较理论和模拟输出电流的值。从表2,可以看出%理论和模拟输出电流误差是2.50%

从图8中,可以观察到直流的特点提出当前减法器在明显的线性范围的输入电流,因此两个电流输出的减法实现具有良好的精度。因此当前减法器设计共源共栅电流镜拓扑可以使用自适应偏置放大器。表2显示了输出电流的理论和模拟值的比较,其中一个输入电流是固定的值,而其他电流源是不同的,输出电流是减法的两个输入电流。

结论

拟议的加法和减法运算电路操作已经开发使用台积电0.18μm CMOS工艺技术。提出当前减法器和加法器电路有电流操作范围宽(0)80μa。SPICE模拟结果表明,该电路具有良好的线性响应在一个广泛的电流。这些电路是有用asamplifiers等各种模拟信号处理应用程序运算跨导放大器(OTA) Gm-C过滤器等。

确认

我们真诚的感谢ECE塔帕尔大学,帕蒂亚拉的持续支持和指导过程中这项工作。

数据乍一看


图1	图2	图3	图4


图5	图6	图7	图8

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