MOSFET失配的研究及应用——高性能CMOS电荷泵的设计

摘要

同一个芯片上相同设计的晶体管，其器件参数之间通常都存在着失配，如阈值电压和电导常数β等。随着CMOS工艺的不断发展和晶体管尺寸的不断缩小，失配对模拟电路的影响越来越大，严重时会使电路的性能和成品率大大降低，因此在进行模拟电路设计时必须考虑工艺失配的影响。在数字电视调谐芯片中，为了提高频道的选择性，提高频率合成器的性能，需要设计电流精确匹配的电荷泵电路，为了提高电荷泵电路中电流源的匹配性能，需要选择一个失配模型并结合所采用工艺的晶体管失配参数来估算电荷泵电路的电流失配性能。本论文首先介绍了MOS晶体管电流失配的来源和失配参数的提取方法，然后对当前现有的各种MOS晶体管电流失配模型进行了比较和分析，选择了Pelgrom失配模型应用到电荷泵电路设计中去估算电荷泵的电流失配大小。本论文设计了一个高性能CMOS电荷泵电路，具体包括低压共源共栅CMOS电荷泵电路设计，偏置电路的设计，单位增益放大器的设计和测试电路的设计。在估算电荷泵电流失配时，为了将失配模型嵌入到HSPICE仿真器中，本文设计了一个等效电路模型，仿真时只需要将网表中的晶体管用这个等效电路模型来替代，就可以直接用HSPICE的MonteCarlo分析对电路的电流失配性能进行仿真估计，基于这个等效电路模型，对CP电路的失配性能进行了仿真估计。最后，基于Chartered0.25标准CMOS工艺完成了电荷泵电路设计和版图设计，给出了电荷泵电流测试方案，并完成了测试。测试结果表明，电荷泵的电流失配小于1％，完全可以满足系统的要求，并且在Pelgrom失配模型误差允许的范围内仿真结果和测试结果是比较吻合的。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章MOSFET电流失配的来源与失配参数的提取

第三章MOSFET电流失配模型的发展

第四章高性能CMOS电荷泵的设计

第五章电荷泵电路版图的设计

第六章仿真测试结果与分析

总结与展望

致谢

参考文献

附录

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