的一些效能數據。例如，共模排斥比(common-mode rejection ratio) 、電源排斥比 (power supply rejection ratio)、第三諧波失真(third-order harmonic distortion)、總諧總諧總諧總諧 波失真
波失真 波失真
波失真(third-order intermodulation)、三階互調(Third-order intermodulation)功率等功率等功率等功率等 等
它的分子會是電路從輸出到輸出的差動增益，而分子是從電源到輸出的增益，
( ) ( )
a A(
ωt)
成。而第四項表式著兩個離輸入訊號非常近的互調失真項。因此輸出的主要訊號
a >> 。而三階互調定義為(5.12)與(5.13)式的比例，可寫
為 斥比與電源排斥比。而濾波器則包含了頻率響應、諧波失真與群延遲(group delay) 的模擬結果。而後則會有這兩電路的佈局圖以及他們的晶片照片。而最後則會有 他們的第三諧波失真的量測結果，以及濾波器的頻率響應量測結果。
5.2.1 5.2.1 5.2.1
5.2.1 轉導式運算放大器模擬結果轉導式運算放大器模擬結果轉導式運算放大器模擬結果轉導式運算放大器模擬結果
圖 5.1 為此轉導式運算放大器在不同調整電壓下的轉導值。將調整電壓從 0.1V 改變到 0.9V 時，可以從圖看出在VNOP!NOP為 400mv 時，轉導值仍保持平坦 而此時轉導式運算放大器的轉導值可以從 60us 調整到 180us。
圖 5.1 轉導式運算放大器在不同調整電壓下的轉導值
圖 5.2 轉導式運算放大器頻率響應
而此時的相位安全邊限為 84o。
圖 5.3 轉導式運算放大器相位的頻率響應
圖 5.4 為此轉導式運算放大器在輸入訊號頻率為 15MHz，大小為 0.4-VPP時 FFT 的模擬圖。在布局過後的模擬下，第三諧波失真的大小為-73.1dB。
圖 5.4 轉導式運算放大器在 0.4-VPP、15MHz 的 FFT 分析
而共模排斥比與電源排斥比的頻率響應已分別表示在圖 5.5 和圖 5.6，而共 模排斥比在 DC 時有 80dB，一個非常不錯的數值。而電源排斥比在 DC 時也有 83.2dB。
圖 5.5 共模排斥比的頻率響應
圖 5.6 電源排斥比的頻率響應
們所設計的轉導值調整機制可以使-3dB 點的位置由 5MHz~15MHz。
圖 5.7 四階濾波器的頻率響應
圖 5.8 為四階濾波器的在輸入訊號頻率為 5MHz，大小為 0.4-VPP時 FFT 的模擬圖。
在布局過後的模擬下，第三諧波失真的大小為-61.3dB。
圖 5.8 四階濾波器在 0.4-VPP、5MHz 的 FFT 分析
5555.2.3 .2.3 .2.3 .2.3 佈局與量測結果佈局與量測結果佈局與量測結果 佈局與量測結果
圖 5.9 為此顆晶片的佈局圖。而圖 5.10 為此顆晶片的下線回來後用顯微鏡 所照的晶片圖。在這顆晶片包含了一個單獨的轉導式運算放大器的電路和一個此 轉導式運算放大器成的四階運算放大器電路。而此顆晶片包含 pad 的面積為 0.811 x 0.8210 mm2。
圖 5.9 佈局圖
圖 5.10 晶片圖
圖 5.11 轉導式放大器晶片圖
圖 5.12 四階低通濾波器晶片圖
在轉導式放大器的效能中，最被看重的就是線性度，而我們已經在前面論過 差動電路的線性度往往使用總諧波失真或者是第三諧波失真來表示。而圖 5.13 是此顆晶片中轉導式放大器的第三諧波失真的測量結果。他在輸入訊號為 0.4-VPP、15MHz 時，第三諧波失真為-68.94dB，但第二諧波失真約為-62dB，而 理想上在差動電路中第二諧波失真應為零。造成此現象發生原因可能是，在製程 跟佈局時所造成元件不匹配有關。
圖 5.13 轉導式運算放大器在 0.4-VPP、15MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
而圖 5.14、圖 5.15、圖 5.16 分別為我們所實現的四階低通濾波器的在不同 截止頻率的頻率響應圖，三張圖的截止頻率分別為 6MHz、10MHz、15MHz。而圖 5.17 第三諧波失真的量測結果。從圖 5.14 到圖 5.16 可得知，此四階低通濾波 器可藉由調整轉導值來改變截止頻率的值(範圍為 6MHz~15MHz)。而圖 5.15 所顯 示的 HD3 值為-53.11dB、HD2 約為-45dB。而此濾波器在模擬時，HD3 值為-61.3dB。
造成 HD2 如此大與 HD3 誤差的原因，我們可從圖 5.13 觀察得知。在測量單一顆
不匹配效應將會被放大到下一級，因此使的最後整體濾波器的不匹配效應遠大於 單個轉導式運算放大器。所以造成一個極大的 HD2 在圖 5.17 中，而此效應也影 響到 HD3 的效能。
圖 5.14 濾波器截止頻率為 6MHz 的頻率響應圖
圖 5.15 濾波器截止頻率為 10MHz 的頻率響應圖
圖 5.16 濾波器截止頻率為 15MHz 的頻率響應圖
圖 5.17 四階濾波器在 0.4-VPP、5MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
式運算放大器與其他一些已經發表過的論文作效能比較後，可以發現這次設計的
Parameter Value
Power supply Power dissipation
DC gain GM value
HD3 Vin (peak-peak)
@Frequency CMRR
PSRR Phase margin
1.8V
Parameter Value
Power supply -3dB Frequency Power dissipation
HD3 Vin (peak-peak)
@Frequency
表 5.3 與其它論文比較
Referance 2004 TCAS-II [9] 2008 ISCAS[10] 2003 JSSC[11] This work Technology 0.35-µm CMOS 0.35-µm CMOS 0.35-µm CMOS 0.18-µm CMOS
Harmonic distortion IM3 =-65dB HD3=-53.3B HD3 =-66.5dB HD3 =-68.94dB
@Frequency 20MHz 10MHz 100kHz 15MHz
Input swing Range 1.3 Vpp 0.5Vpp 2Vpp 0.4Vpp
Trans-Conductance 140µs 64.5µs 90µs 180µs
Supply 3.3V 3V 2.6V 1.8V
Power consumption 10.5mW 0.76mW 1.7mW 1.21mW
FoM 87.8 77.9 73.5 89.2
為了去比較不同的的 OTA 的完成度，我們定義 FoM 如下式，其中包括了轉導、
線性度、速度、輸入範圍、所耗功率。
101 (Gm Vid IM3linear fo) FoM og
power
× × ×
=
對的高速轉導運算放大器的模擬以及測量結果。
5.3.1 5.3.1 5.3.1
5.3.1 模擬結果模擬結果模擬結果模擬結果
圖 5.18 為此轉導式運算放大器在的轉導值，在VNOP!NOP為 400mV 時，其大 小為 1.38ms。
圖 5.18 轉導值
圖 5.19 轉導式運算放大器頻率響應
圖 5.19 和圖 5.20 分別為轉導式運算放大器頻率響應與相位響應圖。從模擬 結果可知而此轉導式運算放大器有 30.7dB 的 DC 增益，而他的單位頻寬為 190MHz，
而此時的相位安全邊限為 75.1o
圖 5.20 轉導式運算放大器相位的頻率響應
圖 5.21 為此轉導式運算放大器在輸入訊號頻率為 105MHz，大小為 0.4-VPP 時 FFT 的模擬圖。在布局過後的模擬下，第三諧波失真的大小為-61.2dB
圖 5.21 轉導式運算放大器在 0.4-VPP、15MHz 的 FFT 分析
共模排斥比在 DC 時提升到 61.9dB。而電源排斥比在 DC 時則有 44.3dB。
圖 5.22 共模排斥比的頻率響應
圖 5.23 電源排斥比的頻率響應
5.3.2 5.3.2 5.3.2
5.3.2 佈局與量測結果佈局與量測結果佈局與量測結果佈局與量測結果
圖 5.20 為此顆晶片的佈局圖。而圖 5.21 為此顆晶片的下線回來後用顯微鏡 所照的晶片圖。而此顆晶片包含 pad 的面積為 0.444*0.401mm2。
圖 5.24 佈局圖
圖 5.25 晶片圖
將先測量尚未加入移動補償電路時的線性度。圖 5.26、5.27、5.28 分別此顆晶 片的第三諧波失真在 10MHz、50MHz、90MHz 的測量結果。在輸入訊號為 0.4-VPP 時，第三諧波失真分別為-54.31dB、-52.46dB、-52.53dB。而在加入移動補償電 路後，同樣在輸入訊號為 0.4-VPP時，第三諧波失真在 10MHz、50MHz、90MHz 的 測量結果分別提升為-62.87dB、-58.1dB、-59.2dB，此量測結果分別展示在圖 5.29、5.30、5.31。這些結果顯現出不管是操操操操作在飽和區且固定 Vds 之差動輸入 對或移動補償這兩種架構都能有效的提升轉導式運算放大器的線性度。
圖 5.26 無移動補償在 0.4-VPP、10MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
圖 5.27 無移動補償在 0.4-VPP、50MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
圖 5.28 無移動補償在 0.4-VPP、90MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
圖 5.29 有移動補償在 0.4-VPP、10MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
圖 5.30 有移動補償在 0.4-VPP、50MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
圖 5.31 有移動補償在 0.4-VPP、90MHz 輸入訊號下第三諧波失真測量結果
5.3.3 5.3.3 5.3.3
5.3.3 效能總結效能總結效能總結效能總結
表 5.4 為此次實現的轉導式運算放大器的效能表，在表中所列的效能為尚未 加入移動補償電路的情況下所測得的，在加入移動補償電路後，能將第三諧波失 真提升到-59.2dB。而表 5.5 則是與其他一些已經發表過的論文作效能比較。我 們可以發現操作在飽和區且固定 Vds 之差動輸入對的架構的確較傳統運作在三 極區的架構更適合應用在較高速的頻率，經過計算飽和區且固定 Vds 之差動輸入 對的架構相較於傳統的架構有著更大的 FoM 值。而若在移動補償電路的情況下，
將使本次所設計的轉導式運算放大器擁有更好的效能，此時所計算出的 FoM 值將 提升到至 98.1，這是一個非常棒的數值。
Parameter Value Power supply
Power dissipation DC gain GM value
HD3 Vin (peak-peak)
@Frequency CMRR
PSRR Phase margin
1.5V
Referance 2010 ISCAS
[12]
2008 ISCAS [13] Harmonic distortion HD3 =-67dB IM3=-71.9B HD3 =-75dB HD3=-52.5dB HD3=-59.2dB
@Frequency 1MHz 2MHz 20kHz 90MHz 90MHz