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摘要：基于TSMC 0.13μm CMOS工艺，设计了一种用于CMOS图像传感器（CIS）的快速低噪声缓冲器。该缓冲器的面积相对较低，输出级采用改进式AB类输出级，不仅保证了建立速度，而且还能抑制由于电路结构不对称而带来的噪声。采用调零电阻补偿保证不同corner下的稳定性。仿真结果表明：在室温tt工艺下功耗为10μW，建立时间为8ns，低频输出噪声100dB，适用在各种高速度低功耗场合。
关键词：CIS；低噪声；AB类；缓冲器
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.012
输出级采用了AB类推挽输出，如图1所示，M6，M7，M8组成一个反相级兼确定输出级的静态电流的结构。M12，M11分别为AB类输出级的充电管和放电管。这种电路既有较小的静态电流，又有较大的驱动能力，由于整个输出级的工作电流由M8的电流决定，因此一旦偏置方式确定，M8的电流即可决定，只要知道图3中各MOS管的宽长比，就可以确定各管子的工作电流，这些管子的工作电流分别表示为：(3)
其中(2)，(3)中的S=W/L，由于输出级的电流要考虑负载能力，S11，S12的值要远远大于其他器件的S值，当输入级的输出信号Vout1加到M6和M12时，电路具备AB类推挽工作模式，例如，当Vout1增大时，M6和M12的电流减少，而M6的电流减少导致M8的电流等量增加(因为M8的电流恒定与Vout1无关)，由于M9与M7组成电流源，所以M9的电流也将以S9/S7的比例增加，，从而使得M10电流增加，M11按S11/S12的比例增加，于是M11的电流增加了。结果在Vout1正向摆动时，M12的电流减少，M11的电流增加，起到了推挽的作用。反之，若Vout1减少即负向摆动时，M12的电流增加，M11的电流减少，两个输出管的电流增量可以表示为：
如图7 所示， 仿真表明，在低频时，输出噪声能达到100dB左右。
本文设计了一种低功耗高速带AB类输出级的CMOS Buffer。输出级采用了AB类推挽输出，这种电路既有较小的静态电流，又有较大的驱动能力，而且噪声性能良好，能有效节省芯片面积。Spectre的仿真结果表明，该电路性能良好，适用于CIS中数据缓存和驱动。
[1] 易清明,张静,石敏.低功耗CMOS集成运算放大器的研究与设计[J].微电子学,2007,37,(3):414-417
[2] P K Chan, N L Siek, H.C. Tay, J.H. Su. A Low-offset Class AB CMOS Operational Amplifier[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems, May 28-31, 2000
[3] Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS Analog Circuit Design[M].Second Edition. Oxford University Press, USA, 2002-02-07
[4] Ferri G, Sans en W. A Rail-to-rail Constant-gm Lowvoltage CMOS Operational Transconductance Amplifier [J]. Solid-State Circuits, 1997, 32, (10):1563-1567
[5] LLOYD J, LEE Hae-Seung. A CMOS Op Amp with Full Differential Gain-Enhancement[J]. IEEE Analog and Digital Signal Processing, 1994, 41,(3):241-243
关键词：CIS；低噪声；AB类；缓冲器
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.012
输出级采用了AB类推挽输出，如图1所示，M6，M7，M8组成一个反相级兼确定输出级的静态电流的结构。M12，M11分别为AB类输出级的充电管和放电管。这种电路既有较小的静态电流，又有较大的驱动能力，由于整个输出级的工作电流由M8的电流决定，因此一旦偏置方式确定，M8的电流即可决定，只要知道图3中各MOS管的宽长比，就可以确定各管子的工作电流，这些管子的工作电流分别表示为：(3)
其中(2)，(3)中的S=W/L，由于输出级的电流要考虑负载能力，S11，S12的值要远远大于其他器件的S值，当输入级的输出信号Vout1加到M6和M12时，电路具备AB类推挽工作模式，例如，当Vout1增大时，M6和M12的电流减少，而M6的电流减少导致M8的电流等量增加(因为M8的电流恒定与Vout1无关)，由于M9与M7组成电流源，所以M9的电流也将以S9/S7的比例增加，，从而使得M10电流增加，M11按S11/S12的比例增加，于是M11的电流增加了。结果在Vout1正向摆动时，M12的电流减少，M11的电流增加，起到了推挽的作用。反之，若Vout1减少即负向摆动时，M12的电流增加，M11的电流减少，两个输出管的电流增量可以表示为：
如图7 所示， 仿真表明，在低频时，输出噪声能达到100dB左右。
本文设计了一种低功耗高速带AB类输出级的CMOS Buffer。输出级采用了AB类推挽输出，这种电路既有较小的静态电流，又有较大的驱动能力，而且噪声性能良好，能有效节省芯片面积。Spectre的仿真结果表明，该电路性能良好，适用于CIS中数据缓存和驱动。
[1] 易清明,张静,石敏.低功耗CMOS集成运算放大器的研究与设计[J].微电子学,2007,37,(3):414-417
[2] P K Chan, N L Siek, H.C. Tay, J.H. Su. A Low-offset Class AB CMOS Operational Amplifier[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems, May 28-31, 2000
[3] Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS Analog Circuit Design[M].Second Edition. Oxford University Press, USA, 2002-02-07
[4] Ferri G, Sans en W. A Rail-to-rail Constant-gm Lowvoltage CMOS Operational Transconductance Amplifier [J]. Solid-State Circuits, 1997, 32, (10):1563-1567
[5] LLOYD J, LEE Hae-Seung. A CMOS Op Amp with Full Differential Gain-Enhancement[J]. IEEE Analog and Digital Signal Processing, 1994, 41,(3):241-243