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模拟技术相关技术文章CMOS差动放大器晶体管的不匹配特性变化和解决方法研究
随着微电子制造业的发展，制作高速、高集成度的CMOS电路已迫在眉睫，从而促使模拟集成电路的工艺水平达到深亚微米级。因为诸如沟道长度、沟道宽度、阈值电压和衬底掺杂浓度都未随器件尺寸的减小按比例变化，所以器件的不匹配性随着器件尺寸的减小越加明显。在短沟道CMOS电路中由于不匹配性引起的特性变化可能会限制器件尺寸的减小而影响工艺水平的发展，这样不匹配性的消除就显得更重要。
1 差分放大器性能
差分放大器的目的是抑制共模输出，增大差模输出。期望差模输出电压随差模输入电压的变化而成比例变化。任意信号中的共模输入部分在电路中必须受到抑制。在理想对称的差分放大器中，每边的输出值都等于另外一边的输出值。当Vi1=－Vi2时，有Vo1=-Vo2，此时放大器是理想对称的。换言之，当输入是理想的差模电压（Vic=0）时，输出也是纯粹的差模形式的电压（Voc=0），因此Adm-cm=0。类似的，当只输入共模电压（Vid=0）时，Acm-dm=0。但是，即使在理想对称的差分放大器中，也不可能做到Acm=0。何况，即使标称相同的器件也会因为制造工艺的原因，存在有限的不匹配（失配）。因此非理想差分放大器本身还存在不匹配现象。
差分放大器性能的一个重要方面就是所能检测到的最小直流和交流差模电压。放大器的不匹配效应和温漂都在输出端产生了难以区分的直流差模电压。同样，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一共模输出增益增大。非零的Acm-dm对于放大器尤其重要，因为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，且完全对称，Vout=0，但在失配存在的情况下，Vout≠0。对于差分放大器来说，不匹配效应对直流性能的影响主要在两个方面：输人失调电压和输入失调电流，这两个参量描述了差分放大器中直流性能的一些输入参考效应。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理想放大器的直流特性完全一致。只有当这两个参量都存在的情况下，失调模型才是正确的。