线性可调全差分OTA电路设计与实现

"这篇研究论文探讨了线性可调全差分OTA（Operational Transconductance Amplifier，操作跨导放大器）的实现方法。作者通过采用AB电流镜对NMOS和PMOS差分对管的基本OTA进行电流偏置，设计出一种能够实现宽幅线性调节跨导增益的全差分CMOS OTA电路。该电路通过外部电流Iadj的调节，可实现跨导增益的线性变化，误差小于2%，Iadj的调节范围为-40μA到40μA。OTA的差分输入电压摆幅为200mVp-p，输出电流的非线性度小于1.2%。论文强调了OTA在数模混合集成电路中的应用，如FPAA和ANN，并指出OTA应具备低电源电压、低功耗、高线性度和跨导线性可调等特性。" OTA是一种重要的电流模式器件，因其线性度高、电调节功能强、结构简洁而被广泛应用于各种信号处理系统。在数模混合集成电路领域，例如FPAA和ANN，OTA起着关键作用。FPAA中的基本单元需要有宽幅电调节能力，以简化互连网络，而ANN中的神经元电路则需根据学习信号自动调整权重。 然而，传统的三极管实现的OTA虽然可以线性调节跨导，但电源电压较高，不适用于VLSI（Very Large Scale Integration，超大规模集成电路）技术。相比之下，CMOS实现的通用OTA虽然具有低电源电压和高线性度，但由于其跨导与偏置电流的平方根关系，无法实现线性调节。 为解决这个问题，论文提出了一种新的设计方案，即利用AB电流镜对基本的NMOS和PMOS差分对管OTA进行电流偏置。这种改进使得跨导增益可以通过外部控制电流Iadj进行线性调整，而且误差极小。此外，该OTA在保持良好线性度的同时，还具有较大的输入电压摆幅和较低的输出电流非线性度，满足了低功耗和高性能的需求。 通过PSPICE仿真，论文中设计的OTA电路性能得到了验证，证明了其在实际应用中的可行性和优越性。这一成果对于推动OTA在数模混合集成电路中的应用，尤其是满足FPAA和ANN等系统的特定需求，具有重要意义。