卢锦川 詹小英

摘 要： 提出了一种新的低电压低功耗CMOS电流型模拟多功能运算电路，该电路能够运行乘法器、求平方器、除法器以及不同类型的可控增益放大器。该设计基于跨导线性原则，使用场效晶体管（MOSFET）且运行在亚阈值区，其由6个相匹配的晶体管组成，并形成两个重叠的跨导线性回路，电路设计采用0.18 μm CMOS技术，使用±0.6 V低压直流电源供电。通过Tanner TSpice软件进行了仿真验证，仿真结果表明，当将其配置为一个放大器时，-3 dB频率约为1.5 MHz，线性误差为0.63%，总谐波失真为0.08%，最大功耗为1.16 μW。

关键词： 模拟运算电路； 电流型电路； CMOS； 亚阈值

中图分类号： TN43?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）05?0135?05

0 引 言

随着CMOS技术的进步，低功率和低电压电流型模拟计算电路已经成为研究热点。与电压型电路相比较，使用电流型电路，许多功能的设计上所需组件更少。如今，在电池供电的应用中，低电压和超低功率的模拟电路开始变为必须设备。在亚阈值区运作的CMOS电路可以用来实现低电压和低功耗的电路。

乘法和除法是重要的模拟信号处理功能[1]。目前已经有很多方法可以用来设计运算电路。文献[2]提出了一种基于OTA的乘法器/除法器，与晶体管级别的方法相比，此方法消耗的功率更高。文献[3]提出使用了切换电流的技术，这种方法存在由于切换引起的噪声。文献[4?5]中， 饱和区域的MOSFETs被用来设计一些运算电路。文献[6]使用浮栅MOS晶体管执行四象限乘法器。在饱和区域使用MOSFET的电路消耗的功率更高。文献[7?8]提出了在亚阈值区使用MOSFET的电压型乘数器。然而这些电路的动态范围是有限的。有文献利用漏极电流和栅电压到体电压之间的关系来实施乘法器，这种方法存在着与体效应相关的误差。文献[9]利用对数和指数电路的一个近似值来实现分数幂函数。一个非常有新意的方法是文献[10]中提及的方法：基于跨导线性的原则，使用MOSFET运行在亚阈值区。这种方法非常引人注目，因为跨导线性回路一旦形成，乘法和除法过程就会固化。

本文提出了一种基于跨导线性的新型电流型电路模拟运算电路，使用CMOS晶体管运行在亚阈值区，并可以实现5种运算功能，分别是乘法器、除法器、可控的电流增益放大器、电流型差分放大器以及差分输入单输出的电流放大器。仿真结果验证了提出电路作为放大器时的可行性和低功耗性。

3 不匹配分析

使用统计模型进行蒙特卡罗分析，查看如果晶体管的各项参数之间存在一些不匹配性，提出的电路表现如何。蒙特卡罗分析运行20次迭代产生乘法器的直流传输曲线如图13所示。从此图可以明显看到不匹配造成的误差（基于过程统计）相对较小，并且可以接受。

乘法器的直流传输曲线

本文提出电路的设计性能与之前发表过的作品做比较，并且在表2中进行了总结。

从表2可以明显看到本文的设计与大多数发表过的作品相比，在以下几方面有着更好的性能：能耗、线性误差、总谐波失真以及它可以实现的函数数量。同时，它的带宽比两个发表过的作品更有优势。值得一提的是，与其他设计相比，本文提出的电路应用数量更少的晶体管执行了更多函数。

4 结 论

本文提出了一种低电压低功耗CMOS电流型模拟多功能运算电路。该电路能够运行乘法器、除法器、可控增益电流放大器、电流型差分放大器以及差分输入单输出的电流放大器。当将其配置为一个放大器时，-3 dB频率约为1.5 MHz，线性误差为0.63%，总谐波失真为0.08%，最大功耗为1.16，可以作为一种有用的构建块应用于模拟信号处理。

参考文献

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