17、基于FGMOS晶体管的低功耗对数域滤波技术

基于FGMOS晶体管的低功耗对数域滤波技术

1. 基本FGMOS电路

在低功耗低电压电路设计中，FGMOS（浮栅MOS）晶体管有着重要应用。首先介绍两个基本的FGMOS电路：扩展器（Expander）和压缩器（Compressor）。
- 扩展器 ：如图7.1所示，该电路块可生成状态变量，这里是电流$I_x$。它是一个FGMOS晶体管通道中的电流，其一个输入连接到电容，另一个输入连接到恒定电压$V_B$。假设晶体管工作在弱反型饱和区，且浮栅（FG）观察到的寄生电容与总电容之比可忽略不计，电流$I_x$的数学函数为：
$I_x = I_se^{w_BV_B/nU_T}e^{w_xV_x/nU_T} = k_ye^{w_xV_x/nU_T} = k_ye^y$
其中，$w_B$和$w_x$是对应输入的权重，$y$与电容$C$两端的电压成正比，$k_y$与电压$V_B$呈指数关系。由于指数函数的作用，电流“扩展”了输入电压，因此该晶体管被称为扩展器。
- 压缩器 ：输入变量通常是电流，需要将其转换为与之呈对数关系的电压。这可以通过一个FGMOS晶体管实现，其一个输入连接到漏极。当对数函数的参数大于1时，电流的大变化会转化为电压的小变化，这种“压缩”功能使得该器件被称为压缩器。如图7.2所示，电流$I_{in}$可表示为电压的函数：
$I_{in} = I_se^{w_{Bin}V_{Bin}/nU_T}e^{w_{in}V_{in}/nU_T} = k_{in}e^{w_{in}V_{in}/nU_T} = k_{in}e^u$
并且$V_{in}$与输入电流呈对数关系：
$V_{