第12章模拟集成电路基础(半导体集成电路共14章)

VBS
L
VBS
g 2019/6/16 mb
gm

gm
2 2F VSB
2019/6/16
二、单级放大器
MOS 反相器
Vout
AO

VOUT VIN
∆VOUT
Vin
∆VIN
在放大电路中，一般将MOS管控制在饱和区 输入阻抗、输出阻抗、增益
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1.
(a)电阻负载
1
(VGS VTH )2

1
ID
2L
3. 考虑衬底偏置效应
衬底偏压VBS<0时，阈值电压增大
VTH VTH0 2F VSB 2F ,
MOS管的小信号模型（饱和区）
2qsiNsub
Cox
gmb ID nCox W (VGS VTH ) VTH
电流源
电流IOUT严重依赖电 源，温度和工艺！！
（忽略沟道长度调制效应）
Av (di f f )

Vout1 Vin1
Vout 2 Vin2

gm RD
Av(S.E.)
gm 2
RD
四、恒流源电路
用途：
•偏置电路 •有源负载
电流源的关键指标：
•输出电阻、电容等 •稳定性：对电源、工艺、温度的依赖性
基本形式：
镜像电流源（电流镜）
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gm gmb
(相当于忽略沟道长度调制效应）
(b)二极管负载共源放大器
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大信号特性
Ro

gm2
1 gmb2
|| ro1
av

gm1( gm2
1 gmb2
||
ro1 )

g m1
gm2
1 gmb2
根据电流相等导出
输出电压摆幅： Vout（min）=Vin-VT1=Vov
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半导体 集成电路
学校：西安理工大学 院系：自动化学院电子工程系 专业：电子、微电 时间：秋季学期
第12章 模拟电路基础
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自然界信号的处理
010 111 101
ADC
CPU DSP
大自然
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滤波器
010 ADC 111
101
计算机世界
数字通信
2019/6/16放大倍数存在非线性
Vout（max）=VDD-VT2 过驱动电压
改进：消除M2衬底调制效应
措施 二极管连接的PMOS作负载
输入输出高 线性度
特殊工艺：将M2（NMOS）放在单独的阱中
Av un (W / L)1 up (W / L)2
20高19/6增/16 益要求“强”的输入器件和“弱”的负载器件，电压摆 幅小
MOS管的小信号模型（饱和区）
I DS

1 2
Cox
W L ' (VGS
VTH )2
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2. 考虑沟道长度调制效应
MOS管的小信号模型（饱和区）
I DS2019K/6/n1(6VGS VTH )2 (1 VDS )
ro
VDS ID

1
ID / VDS

nCox W
3.
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作为作业给出求:RO、av值的过程
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高输入阻抗、低输出阻抗 增益接近于1，可作缓冲器 可作为电平级移电路和阻抗变换器
4.
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特点：M2屏蔽M1，可以削弱放大管M1的栅漏电容的影响，有利 于展宽频带；输出电阻变大，但电压摆幅减小。
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1.基本差分对
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电流源驱动的基本差分对
尾电流源
思考：管子的宽长比 及尾电流的大小如何 影响差分对的输入输
出特性曲线？
VDD-RDISS
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差分对的输入输出特性
尾电流源差分对的两个重要特性
输出端的最大电平和最小电平是完全确定的， 与输入共模电平无关
VDD~VDD-RDISS
放大倍数与共源极相近
三、差分对放大器
2019/6/16
三、差分对放大器
为什么使用差分对?
2019/6/16
三、差分对放大器
为什么使用差分对?
2019/6/16
消除电源干扰
消除时钟干扰
2019/6/16
消除时钟干扰
2019/6/16
消除时钟干扰
2019/6/16 信号以差分的方式传输
时钟以差分的方式传输
有损耗电缆
Vin Vout
t
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内容提要
MOSFET的小信号模型 模拟电路中的基本单元
单极放大器 差分对放大器 电流源 运算放大器
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一、MOSFET的小信号模型（饱和区）
1. 不考虑沟道长度调制效应和体效应
ID 非饱和区 饱和区
VG
VD MOS管的大信号特性
有源负载放大器
使用有源器件（MOS或二极管）作负载元件 •二极管型负载元件 •电流源型负载元件
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二极管负载
栅漏相接，工作在饱和区
(gm gmb)Vx Vx Ix ro
（Vbs=V1=-Vx）
等效电阻:
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Vx 1 || ro 1
Ix gm gmb
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截止区 饱和区
线性区 大信号分析
共源极放大器（小信号分析）
Ri ∞
Ro=RD||ro
av

vout vin

gmv1 (ro // RD ) v1
gm (ro
// RD )
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结论
电阻作为负载元件的缺点： •高增益要求大阻值 •电阻值存在很大偏差，不易控制
(c)电流源负载共源放大器
Av gm ro1 || ro2 （高增益）
ro ro1 || ro2
共源放大器特点：1. 输入阻抗高，输入与输出反相 2.有源负载可以获得高增益
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2.
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Vb
(g
Av
mV百度文库n
Vout Vin
g

V mb in
(gm g
小信号增益当Vin1=Vin2时达到最大，且随着 | Vin1-Vin2|的增大而减小
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常用差分对的输入输出特性
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VDD-RDISS
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差分对增益
半边等效电路增益：同共源极电路
Av1
Vout 2 Vin1
Vout1 Vin 2
gm RD
Vin Vout
ro
mb

1 ro
)(ro
)
||
RD
RD
Vout（V1=Vbs=-Vin)
) (gm gmb )(ro || RD )
Rin

1 gm
||
1 gmb
(忽略沟道长度调制效应）
特201点9/6/1：6 输入阻抗低，输出阻抗高，可作电流源
输入与输出同相，高频特性好，无电容Miller效应