CMOS集成电路设计中电阻设计方法的研究

　　在设计中有时要用到交流电阻，这时其直流电流应为零。图1所示的有源电阻不能满足此条 件，因为这时要求其阻值为无穷大。显然这是不可能的。这时可以利用MOS管的开关特性来实现，如图3（a）所示。MOS开关的特性近似为直线，没有直流失调。这时通过控制栅源之间的电压值就可以得到ΔV为1 V的线性交流电阻。

　　为了尽可能夸大线性区并抵消体效应，电阻往往以差动方式成对出现，如图3（b）所示的一 对差动结构的交流电阻。注意，加到电阻器左边的是差动信号（V1）；右边则处于相同电位。

　　3电容电阻

　　交流电阻还可以采用开关和电容器来实现。经验表明，如果时钟频率足够高，开关和电容的组合就可以当作电阻来使用。其阻值取决于时钟频率和电容值。

　　图4是一种电阻模拟方法，称为“并联开关电容结构”。在特定的条件下，按照采样系统理论，可以近似为图4(b)所示的电阻。其中V1和V2为两个独立的直流电压源，其按照足够高的速率采样，在周期内的变化可忽略不计。通过计算可得：

　　其中，fc=1/T是信号Φ1和Φ2的频率。

　　这种方法可以在面积很小的硅片上得到很大的电阻。例如，设电容器为多晶硅多晶硅型，时钟频率100 kHz，要求实现1 MΩ的电阻，求其面积。根据式(3)可知电容为10 pF。假设单位面积的电容为0.2 pF/mil2,则面积为50 mil2。如果用多晶硅，取最大可能值100 Ω，并取其最小宽度，那么需要900 mil2。当然在开关电容电阻中除了电容面积外还需要两个面积极小的MOS管做开关。可以看出，电容电阻比多晶硅电阻的面积少了很多。而在集成电路设计中这是十分重要的，虽然增加了2个MOS管，但与所减少的面积相比是可忽略的。实际上所节省的面积远不止此，因为多晶硅条的电阻率很难达到100 Ω/□。当然，利用电容实现电阻还有其他的方法，在此不再赘述。

　　4结语

　　本文集中讨论了怎样在物理层上实现电阻。实际上，MOS工艺在这方面提供了不少方便。这些电阻器可以与其他的元器件一起使用。使用开关和电容模拟电阻，可以减轻漏极电流受漏—源电压的影响。对于电容电阻器，由于其电阻值与电容大小成反比，因此有效的RC时间常数就与电容之比成正比，从而可以用电容和开关电容电阻准确的实现电路中要求的时间常数；而使用有源器件的电阻，可以使电阻尺寸最小。多晶硅电阻则是最简单的。在设计中要灵活运用这三种不同的方式。

　　参考文献

　　［1］谢嘉奎，宣月清，冯军.电子线路［M］.北京：高等教育出版社,2 000

　　［2］汪庆宝，宿昌厚.超大规模集成电路设计技术［M］.北京：电子工业出版社,1996

　　［3］刘昌孝.专用集成电路设计［M］.北京：国防工业出版社,1995