跟着微电子制作业的开展，制作高速、高集成度的CMOS电路已火烧眉毛，然后促进模仿集成电路的工艺水平到达深亚微米级。由于比如沟道长度、沟道宽度、阈值电压和衬底掺杂浓度都未随器材尺度的减小按份额改变，所以器材的不匹配性跟着器材尺度的减小越加显着。在短沟道CMOS电路中由于不匹配性引起的特性改变或许会约束器材尺度的减小而影响工艺水平的开展，这样不匹配性的消除就显得更重要。
1 差分放大器功能
差分放大器的意图是按捺共模输出，增大差模输出。希望差模输出电压随差模输入电压的改变而成份额改变。恣意信号中的共模输入部分在电路中有必要遭到按捺。在抱负对称的差分放大器中，每边的输出值都等于别的一边的输出值。当Vi1=－Vi2时，有Vo1=-Vo2，此刻放大器是抱负对称的。换言之，当输入是抱负的差模电压（Vic=0）时，输出也是朴实的差模方式的电压（Voc=0），因而Adm-cm=0。相似的，当只输入共模电压（Vid=0）时，Acm-dm=0。可是，即便在抱负对称的差分放大器中，也不或许做到Acm=0。况且，即便标称相同的器材也会由于制作工艺的原因，存在有限的不匹配（失配）。因而非抱负差分放大器自身还存在不匹配现象。
差分放大器功能的一个重要方面便是所能检测到的最小直流和沟通差模电压。放大器的不匹配效应和温漂都在输出端发生了难以区别的直流差模电压。相同，不匹配效应和温漂会使非零的共模输入一差模输出增益非零的差模输入总共模输出增益增大。非零的Acm-dm关于放大器特别重要，由于它将共模输入电压转换为差模输出电压，但在下一级输入时，却被当作差模电压信号。
如图1所示，当Vin=0，且彻底对称，Vout=0，但在失配存在的状况下，Vout≠0。关于差分放大器来说，不匹配效应对直流功能的影响主要在两个方面：输人失调电压和输入失调电流，这两个参量描绘了差分放大器中直流功能的一些输入参阅效应。如图2所示，一个匹配的放大器的直流特性和一个失调电压源串联在输入端、失调电流源并联在输入端的时抱负放大器的直流特性彻底一致。只要当这两个参量都存在的状况下，失调模型才是正确的。
2 工艺消除失配
将处在饱满区的MOS管的特性表述为：
1/2μCoxW/L（VGS-VTH）2。关于两个标称相同的晶体管，μ，Cox，W，L以及VTH之间的失配导致了漏极电流的失配（VGS固定）或栅源电压的失配（漏极电流固定）。直观上可以以为，跟着W与L的添加，他们的相对失配，△W／W与△L／L会别离减小，也便是越大的器材表现出越小的失配。一个更重要的调查成果是，跟着晶体管面积（W／L）的添加，一切的失配都减小。例如，增大W会使△W／W与△L／L都减小。这是由于跟着WL，的添加，随机改变阅历更大的“求均匀”进程，因而其幅值下降了。关于图3所示的状况，有△L2《△L1。这是由于，假如该器材被当作许多小晶体管的并联，如图3所示，若每一个宽度为W0，那么可以得出等效长度为：
式中：△L0是宽为W0的晶体管长度改变的计算值。等式标明，关于给定的W0，跟着n的添加，Leq的改变减小，如图4所示。
上述定论也可以扩展到其他器材参数。例如，假定：器材面积添加，μCox与VTH有更小的失配。如图5所示，理由是，大尺度晶体管可以分解为宽长别离为W0和L0小单元晶体管的串并联。其间，每个单元都呈现出（μCox）j与VTHj。关于给定的W0与L0，μCox与VTH阅历更大的均匀进程，致使大尺度晶体管之间的失配更小。
3 地图办法削减失配
针对电路规划中，特别是全差动电路中的不对称而发生的电路失调，虽然有些失配是不可防止的，可是在地图规划中，可经过器材对称规划，使晶体管方面优化，对所关怀的器材及周围环境进行对称性规划，尽量削减因工艺制作原理而引起的失配。
如图6（a）所示，假如两个MOS管按图6（b）那样沿不同办法放置，由于在光刻及圆片加工的许多过程中沿不同轴向的特性大不一样，就会发生很大失配。因而图6（c）和（d）的计划更合理一些。这两者的挑选是由一种称作“栅暗影”的纤细效应决议的。
如图7（b）所示，为了防止沟道效应，通常在源一漏离子注入时把注入方向（或圆片方向）歪斜7°左右，这样栅极多晶硅就会阻挠一部份离子，构成暗影区。成果，在源区或漏区就有一条窄区，它接纳的注入较小，因而在注入退火之后，使源区和漏区边际的分散发生了纤细的不对称。
图7（a）给出考虑有栅暗影存在时的结构图，在图中，假如暗影区出现在源区（或漏区），那么这两个器材不会因暗影导致不对称。在图中，即便标出了这两个管子在暗影区的源（或漏）极，这两个MOS管也不一样，这是由于M1管源区的右边是M2管，而M2管源区的右边是场氧。相同，M1和M2左面的结构也不一样。便是说在制作进程中，M1和M2周围的工艺过程不一致。因而图8所示的结构更好。
图8所示结构固有的不对称性可以经过在晶体管两头加两个虚拟MOS管的办法加以改进，由于这可以使M1和M2管周围的环境简直相同，如图9所示。
一起，在对称轴的两头坚持相同环境也很重要。例如，在地图中，只要一个MOS管周围有一条无关的金属线经过，这会下降对称性，增大M1和M2之间的失配。在这种状况下，也可以在另一边放置一条相同的金属线（见图10），最好的办法便是去掉引起不对称的金属线。
关于大的晶体管，对称性就变得更困难了。例如，在图11所示的差分对中，为使输人失调电压较小，这两个晶体管的宽度都比较大，但沿x轴方向的梯度会引起显着的失配。为了减小失配，可以选用“共中心”的布局办法。这样沿x轴和y轴方向的一阶梯度效应就会相互抵消。如图12所示，这种布局把M1和M2都分红两个宽度为本来50％的晶体管，沿对角放置且并联衔接。但是，在地图上布线很困难，经常会导致如图13所示的体系不对称，或许线对地电容及线间电容的不同而引起全体不对称。关于规划大一点的电路，如运放，则引走线或许过于杂乱而无法完成。
线性梯度效应，也可像图12所示，经过“一维”穿插耦合的办法得到按捺。这儿，一切四个宽度为50％的晶体管一字排开，M1和M2可由相邻两个晶体管与相距最远的两个晶体管别离相连构成，也可由两组相距离的晶体管别离相连构成。
为剖析该结构中的梯度效应，假定每两个相邻的半宽晶体管之间的栅氧电容改变为△Cox。将M1a和M4a并联，得到：
因而，这种类型的穿插耦合抵消了梯度效应的影响。若用图13所示的组合可得：
式（4）和式（5）显现，图13所示的办法消除差错的才能较差。
4 结 语
针对CMOS差动放大器晶体管的不匹配，从理论上深入剖析其不匹配原因，介绍电路规划办法和地图规划办法进行失调电压的消除，并对所提出的电路技能进行仿真验证，可以到达下降失调电压的作用。
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