4.3.3 四晶体管MOSFET-C积分器
一种改进MOSFET-C滤波器线性度的方式是使用四晶体管MOSFET-C积分器,如下图所示[Czarnul,1986]:
对于这个四晶体管积分器的小信号分析,可以将单输入积分器处理成有着\((v_{pi}-v_{ni})\)和反相信号\((v_{ni}-v_{pi})\)两个输入信号的双输入积分器。基于这个观察,通过使用公式\((4.3.18)\),可以得到输出信号为:
\[v_{diff}=\frac{1}{sr_{DS1}C_I}(v_{pi}-v_{ni})+\frac{1}{sr_{DS2}C_I}(v_{ni}-v_{pi}) \tag{4.3.20} \]其中:
\[r_{DS1}=\frac{1}{\mu_nC_{ox}(W/L)(V_{c1}-V_x-V_{t})} \tag{4.3.21} \]而
\[r_{DS2}=\frac{1}{\mu_nC_{ox}(W/L)(V_{c2}-V_x-V_{t})} \tag{4.3.22} \]当四个晶体管全都匹配时,我们可以组合上述方程,得到:
\[v_{diff}=v_{po}-v_{no}=\frac{1}{sr_{DS}C_I}(v_{pi}-v_{ni}) \tag{4.3.23} \]其中\(r_{DS}\)为:
\[r_{DS}=\frac{1}{\mu_nC_{ox}(W/L)(V_{c1}-V_{c2})} \tag{4.3.24} \]因此我们看到有效阻抗由两个控制电压之差来决定。
对于这个积分器的失真特性,线性区长沟道晶体管的漏源电流可以很好的通过方程建模,其非线性失真项不依赖于控制栅电压。换而言之,尽管每个漏极电流的线性项由控制栅电压来设置,所有的漏极电流的失真项在晶体管对\(Q_{p1},Q_{p2}\)和晶体管对\(Q_{n1},Q_{n2}\)中保持相等。因此,漏源电压都相等。作为交叉耦合连接的结果,奇数阶和偶数阶失真项都被抵消。不幸的是,这个模型对于短沟道器件来说并不是很好,晶体管失配也限制了可以达到的失真性能。因此,在实践中,设计者一般通过这种方式相比于双晶体管MOSFET-C积分器取得大约10dB的线性度提升。
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