一种低压高线性CMOS模拟乘法器设计

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1、2011年1月15日现代电子技术Jan．2011第34卷第2期ModernElectronicsTechniqueVol_34NO．2一种低压高线性CMOS模拟乘法器设计陆晓俊，李富华(苏州大学电子信息学院微电子学系，江苏苏州215021)摘要：提出了一种新颖的CMOS四象限模拟乘法器电路．该乘法器基于交叉耦合平方电路结构，并采用减法电路来实现。它采用0．18／*mCMOS工艺，使用HSPICE软件仿真。仿真结果显示，该乘法器电路在1．8V的电源电压下工作时，静态功耗可低至8Ow，其线性输入范围达到±0．3V，一3dB带宽可达到1GHz，而且与

2、先前低电压乘法器电路相比，在同样的功耗和电源电压下，具有更好的线性度。关键词：CMOS模拟乘法器；低压；高线性；减法电路中图分类号：TN919—34文献标识码：A文章编号：1004—373x(2Ol1)02—0139一O3Low—voltage，High—linearityCMOSAnalogMultiplierLUXiaojun，IIFu—hua(DepartmentofM1croelectronlcs，SchoolofElectronicsandInformation，SoochowUniversity，Suzhou，21502l，Chin

3、a)Abstract：Anovelfour-quadrantanalogmultipliercircuitbasedonacross-coupledsquarertopologycombiningwithsubtractioncircuitsispresented．Thecircuitisimplementedin0．18／,mtechniqueofCM()S．TheresultsofHSPICEsimulationshowthattheproposedmultiplierhasastatic~statepowerdissipationof80

4、／aw，itslinearrangewithrespecttobothdifferentialinputvoltagesis-+-0．3Vanditsbandwidthisabout1GHzwhenitworksat1．8V．Underthesamepowerconsumptionandpowervoltagelevel，theproposedmultipliershowsbetterlinearitycomparingwithpreviouslowpowermultiplier．Keywords：CM()Sanalogmultiplier；l

5、ow—voltage；high—linearity；subtractioncircuit四象限模拟乘法器是模拟信号处理系统中的重要法器结构(Combiner)[2j。它的输出电压为：组成单元，它被广泛地应用于锁相环、频率变换、调制与输出电压L2：解调、自适应滤波等许多模拟信号处理电路中l_1]。目V。一V。l—V。2一前，适应于低压工作的CMOS四象限模拟乘法器由[一32R。K(一V)(一VT)]I2(1)6个级联的两输入组合结构单元(Combiner)组成，这式中：Vl—V+Vl；V2=：=V一1；V3一V+2；V，l—种结构已广泛应用于射频

6、电路中j，它的NMOS管分V一；V，V是共模电平，，，u。是差模电平；K是别对源漏相接，且通过负载电阻R直接到电源。因它晶体管的跨导参数；V是NMOS的阈值电压。的输入电压可直接控制晶体管电流，因而该乘法器工作所需要的电源电压很小，其最小的电源电压是NMoS栅源电压与负载电阻上的压降之和。但是这种乘法器结构含有较多的电流支路，电阻也相对较多，一定程度上增加了版图的面积和功耗l_3J，最重要的是该结构对MOS管的匹配有严格要求，否则线性度很难保证-5]，这样也就对制造工艺提出了较高的要求。针对这一缺点，本文提出了一种新型模拟乘法器结构，它采用减法

7、电路来提高电路的线性度。图1一般低压CMOS模拟乘法器1电路工作原理本文提出的新型模拟乘法器结构基于MOS管工1．1设计思路作在饱和区的平方律特性实现了乘法运算，不仅省去图1所示乘法器电路中的多个电阻，也减少了电路的面图1给出适应于低压工作的CMOS四象限模拟乘积和功耗，最重要的是降低了晶体管对匹配的严格要收稿日期：2010-07—26求，因此可以提高电路的线性度。基金项目：2007年姑苏创新创业领军人才项目(ZXGO719)图2所示为该乘法器电路的设计框图。由图可知，140现代电子技术2011年第34卷Z一K(V一Vl+A1)+K(一V2+A

8、3)(2)利用式(7)，输出端V。的输出电压：Z2=K(一V1+A)+K(。一V+A)(3)V。l—VDD—KNR[(31一V，h)。+(2一Vh)。