基于无衬偏效应二极管的高速环形放大器设计

摘要

为了提高传统环形放大器的速率以及工艺、电压和温度（Process, Voltage, and Temperature, PVT）稳定性，提出一种基于无衬偏效应二极管的高速环形放大器结构。该结构使用二极管接法的PMOS代替无源电阻，并将PMOS的衬底与源极短接，从而有效消除衬偏效应，提升初始斜坡阶段的速度。由于采用全MOS器件设计，显著增强了放大时间的PVT变化下的稳定性。该环形放大器基于0.18μm互补金属-氧化物-半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）工艺进行设计。在电源电压为1.8 V、TT工艺角、温度27℃的条件下，仿真结果表明，与并联串联二极管偏置环形放大器在相同的设计尺寸下，改进后的环形放大器的放大时间减小了20%,输出信号的压摆率提高了55%,开环增益为58.8 dB,增益带宽积（GBW）为4.71 GHz,等效输入噪声为1.214×10e^-8 V²/Hz。基于500次蒙特卡洛仿真分析，改进后的环形放大器放大时间的平均值为3.2 ns,方差为0.5 ns,该电路的版图面积仅为0.002 91 mm²。与现有结构相比，所提出的设计在性能上表现出更显著的优势。

关键词

环形放大器 / 二极管接法PMOS / 衬偏效应 / 初始斜坡阶段 / 稳定性分析