差分放大器中的不匹配效應及消除方法

同時，在對稱軸的兩邊保持相同環境也很重要。例如，在版圖中，只有一個MOS管旁邊有一條無關的金屬線通過，這會降低對稱性，增大M1和M2之間的失配。在這種情況下，也可以在另一邊放置一條相同的金屬線(見圖10)，最好的辦法就是去掉引起不對稱的金屬線。

對于大的晶體管，對稱性就變得更困難了。例如，在圖11所示的差分對中，為使輸人失調電壓較小，這兩個晶體管的寬度都比較大，但沿x軸方向的梯度會引起明顯的失配。為了減小失配，可以采用“共中心”的布局方法。這樣沿x軸和y軸方向的一階梯度效應就會互相抵消。如圖12所示，這種布局把M1和M2都分成兩個寬度為原來50％的晶體管，沿對角放置且并聯連接。然而，在版圖上布線很困難，經常會導致如圖13所示的系統不對稱，或者線對地電容及線間電容的不同而引起整體不對稱。對于規模大一點的電路，如運放，則引走線可能過于復雜而無法實現。

線性梯度效應，也可像圖12所示，通過“一維”交叉耦合的辦法得到抑制。這里，所有四個寬度為50％的晶體管一字排開，M1和M2可由相鄰兩個晶體管與相距最遠的兩個晶體管分別相連構成，也可由兩組相間隔的晶體管分別相連構成。
為分析該結構中的梯度效應，假設每兩個相鄰的半寬晶體管之間的柵氧電容變化為△Cox。將M1a和M4a并聯，得到：

因此，這種類型的交叉耦合抵消了梯度效應的影響。若用圖13所示的組合可得：

式(4)和式(5)顯示，圖13所示的方法消除誤差的能力較差。

4 結 語
針對CMOS差動放大器晶體管的不匹配，從理論上深刻分析其不匹配原因，介紹電路設計方法和版圖設計方法進行失調電壓的消除，并對所提出的電路技術進行仿真驗證，能夠達到降低失調電壓的效果。