一種低壓高線性CMOS模擬乘法器設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種新穎的CMOS四象限模擬乘法器電路，該乘法器基于交叉耦合平方電路結(jié)構(gòu)，并采用減法電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。它采用0．18μm CMOS工藝，使用HSPICE軟件仿真。仿真結(jié)果顯示，該乘法器電路在1．8 V的電源電壓下工作時(shí)，靜態(tài)功耗可低至80μW，其線性輸入范圍達(dá)到0．3 V，-3 dB帶寬可達(dá)到1 GHz，而且與先前低電壓乘法器電路相比，在同樣的功耗和電源電壓下，具有更好的線性度。
關(guān)鍵詞：CMOS模擬乘法器；低壓；高線性；減法電路

四象限模擬乘法器是模擬信號(hào)處理系統(tǒng)中的重要組成單元，它被廣泛地應(yīng)用于鎖相環(huán)、頻率變換、調(diào)制與解調(diào)、自適應(yīng)濾波等許多模擬信號(hào)處理電路中。目前，適應(yīng)于低壓工作的CMOS四象限模擬乘法器由6個(gè)級(jí)聯(lián)的兩輸入組合結(jié)構(gòu)單元(Combiner)組成，這種結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于射頻電路中，它的NMOS管分別對(duì)源漏相接，且通過(guò)負(fù)載電阻R直接到電源。因它的輸入電壓可直接控制晶體管電流，因而該乘法器工作所需要的電源電壓很小，其最小的電源電壓是NMOS柵源電壓與負(fù)載電阻上的壓降之和。但是這種乘法器結(jié)構(gòu)含有較多的電流支路，電阻也相對(duì)較多，一定程度上增加了版圖的面積和功耗，最重要的是該結(jié)構(gòu)對(duì)MOS管的匹配有嚴(yán)格要求，否則線性度很難保證，這樣也就對(duì)制造工藝提出了較高的要求。針對(duì)這一缺點(diǎn)，本文提出了一種新型模擬乘法器結(jié)構(gòu)，它采用減法電路來(lái)提高電路的線性度。

1 電路工作原理
1．1 設(shè)計(jì)思路
圖1給出適應(yīng)于低壓工作的CMOS四象限模擬乘法器結(jié)構(gòu)(Cornbiner)。它的輸出電壓為：
輸出電壓：

這樣最終就實(shí)現(xiàn)了乘法運(yùn)算功能。