一種低壓高線性CMOS模擬乘法器設計

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構，并采用減法電路來實現。它采用0．18μm CMOS工藝，使用HSPICE軟件仿真。仿真結果顯示，該乘法器電路在1．8 V的電源電壓下工作時，靜態功耗可低至80μW，其線性輸入范圍達到0．3 V，-3 dB帶寬可達到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處理系統中的重要組成單元，它被廣泛地應用于鎖相環、頻率變換、調制與解調、自適應濾波等許多模擬信號處理電路中。目前，適應于低壓工作的CMOS四象限模擬乘法器由6個級聯的兩輸入組合結構單元(Combiner)組成，這種結構已廣泛應用于射頻電路中，它的NMOS管分別對源漏相接，且通過負載電阻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柵源電壓與負載電阻上的壓降之和。但是這種乘法器結構含有較多的電流支路，電阻也相對較多，一定程度上增加了版圖的面積和功耗，最重要的是該結構對MOS管的匹配有嚴格要求，否則線性度很難保證，這樣也就對制造工藝提出了較高的要求。針對這一缺點，本文提出了一種新型模擬乘法器結構，它采用減法電路來提高電路的線性度。

1 電路工作原理
1．1 設計思路
圖1給出適應于低壓工作的CMOS四象限模擬乘法器結構(Cornbiner)。它的輸出電壓為：
輸出電壓：

這樣最終就實現了乘法運算功能。