一种用于CIS的快速低噪声CMOS缓冲器

　　摘要：基于TSMC 0.13μm CMOS工艺，设计了一种用于CMOS图像传感器(CIS)的快速低噪声缓冲器。该缓冲器的面积相对较低，输出级采用改进式AB类输出级，不仅保证了建立速度，而且还能抑制由于电路结构不对称而带来的噪声。采用调零电阻补偿保证不同corner下的稳定性。仿真结果表明：在室温tt工艺下功耗为10μW，建立时间为8ns，低频输出噪声100dB，适用在各种高速度低功耗场合。

　　引言

　　在CIS(CMOS Image Sensor)中，由Pixel产生的模拟信号通过CDS采样储存。由于CDS直接驱动PGA需要很长的工艺线，所以导致等效负载电容会很大，增加了驱动的难度。因此，中间加一个缓冲器(Buffer驱动PGA，从而抑制、消除模拟信号中的噪声。针对此要求，本文设计了一个低功耗低面积的Buffer。　　

 

　　电路结构分析

　　Class AB输出级

　　输出级采用了AB类推挽输出，如图1所示，M6，M7，M8组成一个反相级兼确定输出级的静态电流的结构。M12，M11分别为AB类输出级的充电管和放电管。这种电路既有较小的静态电流，又有较大的驱动能力，由于整个输出级的工作电流由M8的电流决定，因此一旦偏置方式确定，M8的电流即可决定，只要知道图3中各MOS管的宽长比，就可以确定各管子的工作电流，这些管子的工作电流分别表示为：
       
       
　　其中(2)，(3)中的S=W/L，由于输出级的电流要考虑负载能力，S₁₁，S₁₂的值要远远大于其他器件的S值，当输入级的输出信号V_out1加到M6和M12时，电路具备AB类推挽工作模式，例如，当V_out1增大时，M6和M12的电流减少，而M6的电流减少导致M8的电流等量增加(因为M8的电流恒定与V_out1无关)，由于M9与M7组成电流源，所以M9的电流也将以S₉/S₇的比例增加，，从而使得M10电流增加，M11按S₁₁/S₁₂的比例增加，于是M11的电流增加了。结果在V_out1正向摆动时，M12的电流减少，M11的电流增加，起到了推挽的作用。反之，若V_out1减少即负向摆动时，M12的电流增加，M11的电流减少，两个输出管的电流增量可以表示为：
       
　　(4)式表达了电路对负载的驱动能力，(5)式则说明电路能吸收负载电流的能力。

　　但该电路有个最大的缺点，由于M7，M8，M9组成的反相级结构不对称，所以噪声比较大。