基于无衬偏效应二极管的高速环形放大器设计

辛昕, 何海亮, 李雨晨

西安邮电大学学报 ›› 2025, Vol. 30 ›› Issue (03) : 68-76. DOI: 10.13682/j.issn.2095-6533.2025.03.008

基于无衬偏效应二极管的高速环形放大器设计

  • 辛昕, 何海亮, 李雨晨
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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

中图分类号

TN722 / TN792

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辛昕, 何海亮, 李雨晨. 基于无衬偏效应二极管的高速环形放大器设计. 西安邮电大学学报. 2025, 30(03): 68-76 https://doi.org/10.13682/j.issn.2095-6533.2025.03.008

基金

陕西省教育厅科学研究计划重点项目(23JY073)

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