一種用于CIS的快速低噪聲CMOS緩沖器

摘要：基于TSMC 0.13μm CMOS工藝，設計了一種用于CMOS圖像傳感器（CIS）的快速低噪聲緩沖器。該緩沖器的面積相對較低，輸出級采用改進式AB類輸出級，不僅保證了建立速度，而且還能抑制由于電路結構不對稱而帶來的噪聲。采用調零電阻補償保證不同corner下的穩定性。仿真結果表明：在室溫tt工藝下功耗為10μW，建立時間為8ns，低頻輸出噪聲100dB，適用在各種高速度低功耗場合。

關鍵詞：CIS；低噪聲；AB類；緩沖器

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.012

輸出級采用了AB類推挽輸出，如圖1所示，M6，M7，M8組成一個反相級兼確定輸出級的靜態電流的結構。M12，M11分別為AB類輸出級的充電管和放電管。這種電路既有較小的靜態電流，又有較大的驅動能力，由于整個輸出級的工作電流由M8的電流決定，因此一旦偏置方式確定，M8的電流即可決定，只要知道圖3中各MOS管的寬長比，就可以確定各管子的工作電流，這些管子的工作電流分別表示為：(3)

其中(2)，(3)中的S=W/L，由于輸出級的電流要考慮負載能力，S11，S12的值要遠遠大于其他器件的S值，當輸入級的輸出信號Vout1加到M6和M12時，電路具備AB類推挽工作模式，例如，當Vout1增大時，M6和M12的電流減少，而M6的電流減少導致M8的電流等量增加(因為M8的電流恒定與Vout1無關)，由于M9與M7組成電流源，所以M9的電流也將以S9/S7的比例增加，，從而使得M10電流增加，M11按S11/S12的比例增加，于是M11的電流增加了。結果在Vout1正向擺動時，M12的電流減少，M11的電流增加，起到了推挽的作用。反之，若Vout1減少即負向擺動時，M12的電流增加，M11的電流減少，兩個輸出管的電流增量可以表示為：

如圖7 所示， 仿真表明，在低頻時，輸出噪聲能達到100dB左右。

本文設計了一種低功耗高速帶AB類輸出級的CMOS Buffer。輸出級采用了AB類推挽輸出，這種電路既有較小的靜態電流，又有較大的驅動能力，而且噪聲性能良好，能有效節省芯片面積。Spectre的仿真結果表明，該電路性能良好，適用于CIS中數據緩存和驅動。

[1] 易清明，張靜，石敏.低功耗CMOS集成運算放大器的研究與設計[J].微電子學，2007，37，(3):414-417

[2] P K Chan， N L Siek， H.C. Tay， J.H. Su. A Low-offset Class AB CMOS Operational Amplifier[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems， May 28-31， 2000

[3] Phillip E. Allen， Douglas R. Holberg. CMOS Analog Circuit Design[M].Second Edition. Oxford University Press， USA， 2002-02-07

[4] Ferri G， Sans en W. A Rail-to-rail Constant-gm Lowvoltage CMOS Operational Transconductance Amplifier [J]. Solid-State Circuits， 1997， 32， (10):1563-1567

[5] LLOYD J， LEE Hae-Seung. A CMOS Op Amp with Full Differential Gain-Enhancement[J]. IEEE Analog and Digital Signal Processing， 1994， 41，(3):241-243