一种基于动态阈值NMOS的1.2VCMOS模拟乘法器20110711.docVIP

一种基于动态阈值NMOS的1.2V CMOS模拟乘法器 1程卫东 2朱樟明（西安，西安 ）（西安电子科技大学微电子 ，西安 710071）Zhu Zhangming Wang Lei (1 Xi’an Microelectronics Technology Institute, Xi’an 710054, China) (2School of Microelectronics, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract：This paper analysis an analog multiplier based on dynamic threshold voltage NMOS transistor for two input transistor。With four dynamic threshold voltage NMOS transistor and two active resisitor design and achieve a novel 1.2V low power CMOS analog multiplier. The number of input transistor has been decreased and the biased transistor and circuits have been saved, while the performance is appropriate. The main characteristics is the margin between the first order harmonious wave and the third order harmonious wave of the output wave is about 40dB, the output frequency bandwidth is 375MHz, and the average power supply current is 30μA. The novel analog multiplier can be applied for the design of low power communication integrated circuits. Keywords: Analog multiplier, Dynamic threshold voltage, Low voltage, Low power, CMOS 引言 随着便携式电子产品的不断发展，以及各国对节能的严格要求，低功耗集成电路及电子系统已经成为技术发展的方向之一，而低电源电压是实现低功耗的最直接有效的方法，其中CMOS模拟集成电路的低压低功耗设计是实现低压低功耗集成电路的难点。模拟乘法器作为模拟电路中最基本的电路之一，在自适应滤波器、频率倍增器、各种调制解调器等电子系统中具有广泛的应用[1-5]。传统的模拟乘法器一般采用Gilbert结构实现[4,5]，由于电源到地的通路上至少有3～4个晶体管，没有办法实现低压低功耗，必须采用新的电路结构实现。 本文采用动态阈值NMOS晶体管作为两路输入信号的输入晶体管，节省了输入晶体管和偏置晶体管的数目，实现了低压低功耗的目的。论文首先对动态阈值NMOS晶体管的特性进行了系统分析，包括跨导、频率特性等，再提出了一种基于动态阈值NMOS晶体管的1.2V CMOS模拟乘法器，并进行了性能分析，采用Hspice进行了各种参数的仿真，对仿真结果进行了比较分析和讨论。 2 动态阈值NMOS晶体管 本文所提出的动态阈值NMOS晶体管的工艺基础是传统标准双阱CMOS工艺或P阱CMOS工艺，其特点是两个输入信号同时加到NMOS的栅极（G）和衬底（B）端，即输入电压为VGS和VBS，不需要引入特殊的工艺步骤。当NMOS的VBS=0时，就是常用的准恒定阈值电压增强型NMOS晶体管，如果VGS和VBS同时在变化，而VBS的变化直接会影响VTH（N）变化。式（1）是当VGS一定时，NMOS阈值电压VTH（N）与VBS的关系，表明当VBS增大时，VTH（N）会随之减小，所以动态阈值是实现CMOS模拟电路低压化的理想技术之一。 （1） 其中VTH0(N)是VBS=0时的NMOS阈值电压，ФF为表面电动势，γ为体效应因子。 当动态阈值NMOS晶体管满足VDS≥VGS-VTH（N）时，即晶体管工作在饱和区，IDS与VGS、VBS之间的关系如式（2）所示。 （2） 基于CSMC 0.6μm DPDM CMOS工艺的BSIM3V3 Spice模型，采用Hspice进行仿真，以验证动态阈值NMOS晶体管的V-I特性。图1