复旦大学：《模拟集成电路设计原理 Principle of Analog Integrated Circuit Design》课程教学资源（电子教案课件讲稿）Chapter 10 失调和共模抑制比（失调和CMRR：随机因素和系统因素）

版权©2014，版权所有，侵犯必究 失调和CMRR: 随机因素和系统因素 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -132- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -132- 失调和CMRR： 随机因素和系统因素

版权©2014，版权所有，侵犯必究 目录 随机失调和CMRR 系统失调和CMRR§ ·CMRR与频率的关系 ·设计规则 ·MOST与双极型晶体管的比较 Ref.:W.Sansen:Analog Design Essentials,Springer 2006 Pelgrom,JSSC Oct.1989,1433-1439 Croon,JSSC Aug.02,1056-1064 Croon,Springer,2005 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -133- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -133- Ref.: W. Sansen : Analog Design Essentials, Springer 2006 Pelgrom, JSSC Oct.1989, 1433-1439 Croon, JSSC Aug.02, 1056-1064 Croon, Springer, 2005 目录  随机失调和CMRRr  系统失调和CMRRs  CMRR与频率的关系  设计规则  MOST与双极型晶体管的比较

版权©2014，版权所有，侵犯必究 失调的定义 Vout≠0 Vout=0 失调电压Vos 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -134- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -134- 失调的定义 失调电压 vos

版权©2014，版权所有，侵犯必究 由失调引起的增益误差 RF=100k2 Rs=1 kQ ◆ +1 Vos Vout=-596 mV =4 mV Vin=10 mV Offset free Vin-Vos= Vos -Vout Rs R 增益由100倍变为59倍。 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -135- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -135- 由失调引起的增益误差    in out S F os os v v v v R R 增益由100倍变为59倍。 in out F S os

版权©2014，版权所有，侵犯必究 由失调引起的flash-ADC良率下降 VREF 1 N Yield % 100 Vos1 80 60 40 Vos2 -N-bit 20 10 bit 9 bit 8 bit 7 bit 0 Vos3 0 2 4 6 a(△V)mV Vos4 Standard deviation of random offset Ref.:Pelgrom,IEDM 1998,pp.789. 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -136- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -136- 由失调引起的flash-ADC良率下降 Ref.: Pelgrom, IEDM 1998, pp.789. 10 bit 9 bit 8 bit 7 bit T vIN vos1 vos2 vos3 vos4 VREF N-bit

版权©2014，版权所有，侵犯必究 随机失调：失配 los=KW(Vas-V,) W △V A WL AVT~tox4Ne Ref.:Keyes,JSSC Aug.1975,245-247 对于0.25μm的nM0ST Shyu,JSSC Dec 1984,948-955 Lakshmikumar,JSSC Dec 1986,1057-1066 Ar≈5mVum Pelgrom,JSSC Oct.1989,1433-1439 Croon,JSSC Aug.2002,1056-1064 pMOST.将+50% 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -137- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -137- 随机失调：失配 Ref.: Keyes, JSSC Aug. 1975, 245-247 Shyu, JSSC Dec 1984, 948-955 Lakshmikumar, JSSC Dec 1986, 1057-1066 Pelgrom, JSSC Oct.1989, 1433-1439 Croon, JSSC Aug. 2002, 1056-1064 ∆VT VT VT 2 DS GS T VT ∆VT VT ox B ' ( ) ~ 4 W I K VV L A σ WL AtN    AVT  5 mVμm 对于0.25 μm的nMOST pMOST将+50%

版权©2014，版权所有，侵犯必究 阈值电压的标准方差 o(△V-)mV 2.5 A CO7 NMOS 2 Avm=12mVμm@vDS=2.0V OANT=WL 60/0.7 0.7um的CMOS 1.5 360/0.7 WMWL=60/0.7μm ● 1 660/0.7■ o(△V)≈2mV 0.5 100/1 1050/1 layout style 336/3■ ● finger 0 interdig.finger quad 11WL -0.5 0.05 0.1 0.15 0.21/um 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -138- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -138- 阈值电压的标准方差 1/ WL 0.7 μm的CMOS W/L=60/0.7 μm VT ∆VT A σ WL  T σ(∆V ) 2 mV 

版权©2014，版权所有，侵犯必究 阈值电压的失配系数AyT mVum 40 AvT torNe 20 5 tox.(mYum/nm) 2.5 1.2 1.25 2.5 20 40 nm tox 0.06 0.130.180.250.350.50.71.2 2.4 um L 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -139- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -139- 阈值电压的失配系数AVT  4 A tN VT ox B (.scf)

版权©2014，版权所有，侵犯必究 随机失调：失配 △K WL A≈0.0056μn pMOST将+50% K △WIL WIL Aw:A -0.02 m 1 pMOST将+50% Ar-A WL A=0.016 m pMOST将-25% 如果Vg=Vs,忽略 Ref.:Pelgrom:JSSC Oct.1989,pp.1430-1440 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -1310- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -1310- 随机失调：失配 ' ' WL WL 2 2 γ γ ' ∆ 0.0056 μm ' ∆ / 11 0.02 μm / ∆ 0.016 μm K K K A A WL K W L A A WL W L γ A A γ WL       pMOST将+50% pMOST将+50% pMOST将-25% 如果VB=VS，忽略 Ref.: Pelgrom : JSSC Oct.1989, pp.1430-1440

版权©2014，版权所有，侵犯必究 nMOST的失配系数 工艺L (μm) 2.5 1.2 0.70.50.350.25 fox (nm) 50 25 15 11 8 6 AvT (mVum) 30 21137.1 6 →0 AwL (%um) 2.5 1.8 2.5 1.3 2>1.8 Syr (mV/mm) 0.3 0.3 0.4 0.2 Sm(%/mm)0.3 0.2 0.2 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -1311- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权所有，侵犯必究 -1311- nMOST的失配系数 工艺 L (μm) 2.5 1.2 0.7 0.5 0.35 0.25 tox (nm) 50 25 15 11 8 6 AVT (mVμm) 30 21 13 7.1 6 AWL (%μm) 2.5 1.8 2.5 1.3 2 SVT (mV/mm) 0.3 0.3 0.4 0.2 SWL (%/mm) 0.3 0.2 0.2 0 1.8