1、纳米CMOS中实现模拟精度的探索

纳米CMOS中实现模拟精度的探索

在当今的电子技术领域，纳米CMOS技术的发展为集成电路设计带来了诸多机遇与挑战。尤其是在模拟电路设计方面，如何在纳米尺度下实现高精度的模拟信号处理成为了关键问题。本文将深入探讨纳米CMOS中模拟精度的相关问题，包括MOS晶体管失配的原因、影响以及实现高精度的方法。

1. 模拟电路性能的决定因素

模拟电路的性能取决于组件参数的绝对值和不同组件参数值的匹配程度。例如，电阻、电容和跨导等组件参数的绝对值在不同芯片之间可能会有20%甚至更多的差异，并且这些参数对温度和电源电压的变化非常敏感。因此，电路设计师们创造了依赖组件匹配而非绝对值的模拟信号处理方案，如开关电容电路依赖电容比率而非电容的绝对值。

MOS晶体管的匹配对于许多CMOS模拟信号处理方案至关重要。从晶体管匹配的角度来看，模拟电路构建块可分为两类：处理电压差的电路和生成匹配或比例电流的电路。本文主要关注电压输入电路，特别是比较器及其在闪存ADC中的应用。

2. 晶体管失配的分析

过去二十年来，人们在建模和解释MOS晶体管失配方面做了大量工作。晶体管失配可分为随机失配和系统失调，系统失调的来源包括封装和金属填充引起的应力效应、温度梯度以及不匹配的金属覆盖等。

在饱和状态下，长沟道漏极电流可表示为：
[I_d = \frac{\beta}{2}(V_{GS}-V_T)^2]
其中(\beta = \mu C_{ox}W/L)。两个相同晶体管的漏极电流失配可归因于(\beta)（(\Delta\beta)）和(V_T)（(\Delta V_T)）的差异。阈值电压还会受到体效应的影响，可表示为：
[V_T =