MOSFET-C 线性化

工作在三极区的 MOS 管可以充当压控电阻:改变栅电压即改变其电导,使有源 RC 滤波器得以电子调谐。困难在于晶体管电流还含有对信号电压的二次依赖,从而产生失真。

四管 MOSFET-C 积分器。交叉连接使两路差分电流相减,理想净电导取决于 \(V_{C1}-V_{C2}\)。
四管 MOSFET-C 积分器。交叉连接使两路差分电流相减,理想净电导取决于 VC1−VC2V_{C1}-V_{C2}。

差分工作提供了抵消该项的途径。考虑两只匹配晶体管,栅极加相同电压 VCV_C,输出接到等电位求和节点。在长沟道模型下,两电流相减给出

ip−in=β(VC−VT−vcm)(vp−vn). i_p-i_n=\beta(V_C-V_T-v_{cm})(v_p-v_n).

其中 vcmv_{cm} 是两个输入电压的平均值,VTV_T 是阈值电压,β\beta 综合了迁移率、氧化层电容和器件尺寸。在固定共模电压下,差分电流正比于差分输入。各支路电流仍是非线性的,但不需要的项在差值中抵消。

所得电导仍依赖共模电压和阈值电压。四管结构在理想模型下去除了这些公共项:它增加第二对匹配管,两管共用的栅电压与第一对不同,并将其输出交叉连接,使两对的差分电流相减:

ieff=β(VC1−VC2)(vp−vn). i_{eff}=\beta(V_{C1}-V_{C2})(v_p-v_n).

按此连接方式应取 VC1>VC2V_{C1}>V_{C2} 以获得正电导。有效电导现在由两个栅电压之差控制。因此该结构可用作积分器中的可调电阻:改变控制电压即改变积分速率。

抵消的前提是各支路中待抵消的项相同。四只器件都必须工作在三极区,且尺寸和工作条件必须良好匹配。实际的迁移率变化和器件失配会留下残余失真。

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