15、基于弱反型区FGMOS的低功耗模拟连续时间Gm - C滤波技术

基于弱反型区FGMOS的低功耗模拟连续时间Gm - C滤波技术

1. 弱反型区FGMOS的优势

在模拟低电压微功耗连续时间滤波器的设计中，弱反型区工作的FGMOS晶体管展现出了巨大的潜力。与传统MOS器件相比，它能够缓解电压供应和频率响应方面的限制，同时增加的端子数量简化了实现特定数学功能所需的拓扑结构，降低了功耗并具有更低的噪声底限。

弱反型是MOS晶体管的一种工作模式，此时体表面电荷相对于其余部分发生反转，但主要仍由耗尽区电荷主导。不过，相应的反型层电荷仍能产生不可忽略的传导。以下是弱反型模式适用于微功耗电路设计的原因：
1. 带宽提升 ：假设功耗设定了一个非常小的固定电流值，单晶体管的最大工作频率由栅氧化层电容(C_{GB})、(C_{GS})和(C_{GD})决定。为了最大化器件带宽，需要尽量减小这些电容，这意味着较小的器件面积。在选择最小晶体管宽度的情况下，设计者需要选择合适的晶体管长度和沟道反型程度以满足电流约束。降低反型程度可以减小晶体管长度，进而减小(C_{GB})、(C_{GS})和(C_{GD})，提高带宽。
2. 降低功耗 ：弱反型区工作的器件端子间最大电压差小于强反型操作所需的值，这允许使用更低的电源电压，从而降低功耗。
3. 简化处理 ：晶体管的行为遵循指数定律，其导数也是指数函数。这使得可以在内部使用非线性处理以简单形式实现线性状态空间方程，减少内部节点电压摆幅，降低节点充放电所需的功率。

2. FGMOS跨线性原理

跨线性原理（TP）是一种利用FGMOS电流实现非线性函数的理想技术。考