锂离子电池管理芯片的研究及其低功耗设计 — 数模混合电路的低功耗设计方法(二)

储器中。这将降低电路工作速度、增加额外的芯片面积以提供校准（Calibration）和复制（replica）电路。在许多高速低功耗电路中，系统通常不允许被中断，或者所需的连续工作时间太长，不能保证失调能及时被纠正。因此，通常认为精度完全是由工艺的匹配性能所决定，典型地，如在高速AD或在DA转换器中，位的精度和晶体管的匹配成正比。

通常，两个理想晶体管间的失配用两个参数来表征，一个是阈值电压失配V T₀≡V_T01 -V_T02，用标准偏差σ_VT来表示；另一个是电流增益系数β失配△β/β=（β₁ -β₂）/β，用标准偏差σβ来表示。它们普遍满足下式：



式中，A_VT0、A_β是与工艺相关的常数。

当晶体管为电压偏置时，器件的栅压相同而电流是变量；对于具有相同电流偏置的两个器件（如差分对），电压将相关变化。根据独立的失调分布，可以推出这种相关变化的分布：

MOS管工作在强反型时，式（2.2.16）变为



由式（2.2.17）可以看出，当变量为电流时，增加栅驱动电压可以提高精度。

这也证明了在电流模式电路中，为了达到最佳精度，必须将器件偏置在深饱和区。

与之相反的是，在电压模式电路中，为减小失调电压，必须尽可能地降低V_ov的值（令V_ov =V_GS-V_TH），通常可将此值设置在强反型边缘。

式（2.2.17）还可以看出，要提高电路精度，就需要大尺寸的器件，但与此同时，电路节点的负载电容也增加，为维持给定的速度，就需要更大的功耗。对于单端输入，工作在强反型饱和区的器件，增益带宽由下式决定



对于给定的V ov，定义式（2.2.17）中的电流精度为1/Acurracy²=[σ(△I_D)/I_D]^₂，电路所消耗的功率为P=IV_DD，则结合式（2.2.18），得到



式（2.2.20）给出的功耗-速度-精度的关系式，它表明在给定的电源电压下，功耗与电路精度的平方成正比，即意味着提高精度和提高速度相比，要付出更大的功耗代价。对于许多更加复杂的电路，如电流信号处理电路、差分对和运放等电压信号处理电路，甚至是多级电路中，式（2.2.20）仍然适用。