模拟集成电路设计讲义CMOS (1)
CMOS 模拟集成电路课件完整
VTHN VTHN0
2qsi Na Cox
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
.op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe
*model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7
.end
Systems
Ch13 开关电容电路
Ch14 DAC/ADC
complex Ch10 运算放大器 Ch7 频率响应
Ch11 稳定性和频 率补偿
Ch8 噪声
Ch12 比较器 Ch9 反馈
Ch3 电流源电流镜 simple Ch4 基准源 Circuits
Devices
Ch5 单级放大器 ch2 MOS器件
*Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
设计
属性/规范
系统/电路1
系统/电路2 系统/电路3
……
一般产品描述、想法 系统规范要求的定义
系统设计 电路模块规范定义
电路实现 电路仿真
否
是否满足系统规范
是 物理(版图)设计
物理(版图)验证
寄生参数提取及后仿真
否
是否满足系统规范
CMOS模拟集成电路设计
CMOS模拟集成电路设计CMOS模拟集成电路是一种基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现的集成电路,主要用于设计和制造各种模拟电路,如运放、滤波器、振荡器、功率放大器等。
本文将介绍CMOS模拟集成电路设计的原理、方法和相关技术。
CMOS模拟集成电路的设计原理是基于CMOS技术中的n型和p型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS和PMOS)。
这两种晶体管互补工作在导通和截止之间,通过改变栅极电压来控制电流的流动。
此外,CMOS技术还使用了源沟道结构和金属氧化物半导体(MOS)的结构特性,以提供可靠的电流和电压增益。
CMOS模拟集成电路设计的方法涉及到几个关键的步骤。
首先,设计师需要进行电路架构设计,确定电路所需的功能和性能指标。
然后,根据电路的需求,设计师需要选择和设计适当的基本电路单元,如差分放大器、共源共极放大器等。
接下来,设计师需要利用各种仿真工具对电路进行模拟和验证,以确保电路的稳定性和可靠性。
最后,设计师需要进行版图设计和布线,生成最终的集成电路布局。
在CMOS模拟集成电路设计过程中,设计师需要考虑到多种因素。
首先,设计师需要选择适当的工艺和器件参数,以满足电路性能和功率需求。
其次,设计师需要进行功耗和噪声分析,以优化电路的能耗和信号质量。
此外,设计师还需要考虑温度和工作条件下电路的性能稳定性。
CMOS模拟集成电路设计中的一项重要任务是电路的性能评估和优化。
设计师可以使用各种技术和工具来提高电路的性能,如电流镜设计、电源抑制技术、反相器结构优化等。
此外,设计师还可以通过器件和工艺的改进来提高电路的性能。
总结起来,CMOS模拟集成电路设计是一项复杂的任务,需要设计师具备深厚的电路和器件知识,以及熟练的仿真和设计工具的使用。
通过深入理解电路原理和方法,设计师可以设计出高性能和可靠的模拟集成电路。
在未来,随着CMOS技术的不断发展和改进,CMOS模拟集成电路将在各种应用领域发挥越来越重要的作用。
模拟CMOS集成电路设计 第1章 模拟集成电路设计绪论
模拟设计困难的原因是什么?
E. 模拟电路许多效应的建模和仿真仍然存在问题 ,模拟设计需要设计者利用经验和直觉来分析 仿真结果。 F. 现代集成电路制造的主流技术是为数字电路开 发的,它不易被模拟电路设计所利用(如特征 尺寸减小导致器件迁移率下降、沟道调制效应 增大;电源电压的下降使以前的一些电路设计 技术受到限制等),为了设计高性能的模拟电 路,需不停开发新的电路和结构。
A. 模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电 源电压等多种因素间进行折衷,而数字电路只需 在速度和功耗之间折衷。 B. 模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要 敏感得多。 C. 器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要 严重得多。
模拟设计困难的原因是什么(1) ?
D. 高性能模拟电路的设计很少能自动完成,而许多 数字电路都是自动综合和布局的。
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 9
光接收机
转换为一个小电流 高速电流处理器
激光二极管
光敏二极管
光纤系统
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 10
传感器
(a) 简单的加速度表
(b) 差动加速度表
汽车触发气囊的加速度检测原理图
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 11
为什么要学模拟CMOS集成电路设计?
组合二进制数据 DAC
传送端
多电平信号
ADC
接收端
确定所传送电平
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 7
磁盘驱动电子学的数据
模拟集成电路设计绪论 Ch.1# 8
无线接受机
无线接收天线接收到的信号(幅度只有几微伏)和噪声频谱
接收机放大低电平信号时必须具有极小噪 声、工作在高频并能抑制大的有害成分。
模拟CMOS集成电路设计课件
PPT学习交流
6
5
2、集成电路工艺
速度高, 功耗大, 集成度低
最早MOS工 艺,速度低
超高速、高频 IC
光电集成器件
主流工艺,集 成度高、功耗 低、速度快、 抗干扰性强
PPT学习交流
7
6
CMOS工艺
B
S
G
D
B
S
G
D
n+
n+
p+
p+
p 型衬底
n 型阱
n 阱CMOS工艺
B
S
G
D
20
沿沟道x点处的电荷密度为: 沟道x点的电势,以源级为参考点
电流为:
载流子为电子,电荷为负,电荷运动方向与电流 方向相反
其中: 得到:
v=μE μ为载流子的迁移率,E为电场 E=-dV(x)/dx
PPT学习交流
22
21
在整个沟道长度内积分得:
由于ID沿沟道方向是常数,因此:
电流随VGS的 增大而增加
漏极的反型层消失,出现由耗尽层
构成的夹断区。
➢电子沿沟道从源极向漏极运动,达
到夹断区边缘时,受夹断区强电场
的作用,很快漂移到漏极。 B
➢VDS的变化主要体现在夹断区上,
p+
对沟道长度和沟道内的场强影响不
大,因此可以近似认为沟道电流保
p-
持恒定。
VDS
-+
-+
VGS
G
S
D
n+
n+
夹断区
PPT学习交流
20
19
2、NMOS 管IV特性推导与分析
模拟CMOS集成电路设计复习提纲
物理验证与DRC/LVS检查
01
02
03
物理验证
检查版图是否符合工艺要 求,确保可制造性。
DRC检查
进行设计规则检查,确保 版图满足工艺要求。
LVS检查
进行电路原理图与版图一 致性检查,确保两者匹配。
03
CMOS集成电路的模拟技 术
SPICE模拟器简介
1
SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis):一种用于模拟和分析集成 电路性能的软件工具。
新工艺
新型工艺技术如纳米压印、电子束光刻等不断涌现,这些新工艺能够制造更小尺寸的集成电路,提高集成度并降 低制造成本。
集成电路的可扩展性挑战
制程节点
随着集成电路制程节点不断缩小,制 程技术面临物理极限的挑战,如量子 隧穿效应、漏电等问题,需要探索新 的物理机制和制程技术。
异构集成
为了实现更高效能、更低功耗的集成 电路,需要将不同材料、不同工艺的 芯片集成在一起,形成异构集成技术, 这需要解决不同芯片之间的互连、兼 容等问题。
功耗优化
总结词
功耗优化旨在降低CMOS集成电路的功 耗,以提高芯片的能效和延长电池寿命 。
VS
详细描述
功耗优化主要通过降低晶体管导通电阻、 减小时钟信号功耗和优化电路结构来实现 。例如,采用低阻抗材料和工艺技术来降 低导通电阻,采用时钟门控技术来减小时 钟信号功耗,优化电路逻辑和结构等。这 些措施有助于降低功耗,提高能效,延长 电池寿命。
和规范,如元件选择、布线规则、版图设计等。
设计实践
02
结合具体的设计案例,分析可靠性设计的实际应用和效果,总
结经过实验和仿真等方法,对设计的可靠性进行验证和评估,确
4CMOS模拟电路基本单元一
西安电子科技大学
MOS电流镜的非理想效应
MOS晶体管几何尺寸不匹配。
Hale Waihona Puke 集成电路光刻工艺、腐蚀及横向扩散所引入的误差会是晶体管的几何 尺寸不匹配,直接影响电流镜的比例电流关系。
MOS晶体管阈值电压不匹配。
在集成电路工艺中,MOS晶体管的栅氧化层存在线性梯度误差和随机 误差,使得相同尺寸的MOS晶体管阈值电压存在不匹配,影响电流镜 的比例电流关系。
2
9
西安电子科技大学
有源电阻分压电路及并联电阻
10
西安电子科技大学
三、电流源和电流沉
电流沉与电流源电路是两端元件,其电流值受栅电压控制,和加在 MOS源漏两端的电压无关。
一般来说,电流沉的负端电压接VSS,而电流源的正端电压接Vdd。
11
西安电子科技大学
电流沉
MOS工作在饱和区。电流沉的源漏电压应大于VMIN才能正常工作。
西安电子科技大学
Analog and Mix-Signal Integrated Circuit Design --CMOS模拟集成电路基本单元(一)
微电子学院 刘帘曦
1
西安电子科技大学
CMOS模拟集成电路基本单元(一)
一、模拟开关 二、有源电阻 三、电流源和电流沉
四、电流镜
2
西安电子科技大学
一、模拟开关
13
西安电子科技大学
电流源输出电阻提高技术
14
西安电子科技大学
电流源输出电阻提高技术——Cascode技术
vout rout rds1 rds 2 rds1rds 2 (g m 2 g mbs 2 ) g m 2 rds1rds 2 iout
模拟cmos集成电路设计拉扎维第1章绪论
总结词
拉扎维模拟方法在CMOS比较器设计中 具有重要作用,可以预测比较器的性能 和行为。
VS
详细描述
CMOS比较器是模拟集成电路中的关键元 件,用于信号的阈值检测和整形。拉扎维 模拟方法可以准确地模拟CMOS比较器的 静态和动态特性,包括响应时间、失调电 压、比较精度等参数,有助于设计者优化 比较器的性能,提高整个电路的稳定性。
应用实例二:模拟CMOS滤波器设计
总结词
利用拉扎维模拟方法,可以高效地设计和优化CMOS滤波器的性能。
详细描述
CMOS滤波器在通信、音频处理等领域有广泛应用。通过拉扎维模拟方法,可以快速设计和优化 CMOS滤波器的性能,包括频率响应、群延迟、线性相位等参数,从而缩短设计周期并提高滤波器的 性能。
应用实例三:模拟CMOS比较器设计
拉扎维模拟方法的优缺点
优点
拉扎维模拟方法基于物理模型,能够精确模拟CMOS集成电路的性能,对于复杂电路和新型器件具有较高的预测 精度。此外,该方法还支持多物理效应和多尺度模拟,能够模拟电路在不同工艺、温度和电压条件下的性能。
缺点
由于拉扎维模拟方法基于物理模型,因此需要较长的计算时间和较大的计算资源,对于大规模电路的模拟可能会 面临性能瓶颈。此外,该方法需要手动设定电路元件的参数,对于不同工艺和不同设计需求需要进行相应的调整 和优化。
04
拉扎维模拟方法的应用实例
应用实例一:模拟CMOS放大器设计
总结词
通过拉扎维模拟方法,可以有效地模拟CMOS放大器的性能,包括增益、带宽、 噪声等参数。
详细描述
CMOS放大器是模拟集成电路中的基本元件,其性能对于整个电路的性能至关 重要。拉扎维模拟方法可以准确地模拟CMOS放大器的直流和交流特性,包括 增益、带宽、噪声等参数,为设计者提供可靠的参考依据。
模拟CMOS集成电路设计
作者简介
作者简介
这是《模拟CMOS集成电路设计》的读书笔记,暂无该书作者的介绍。
感谢观看
内容摘要
本书还介绍了模拟CMOS集成电路的制造工艺,包括基本的半导体制造工艺流程、CMOS集成电路 的制造过程以及各种工艺参数的控制等。通过本书的介绍,读者可以了解模拟CMOS集成电路制造 的基本原理和工艺流程,为后续的设计和制造工作提供了指导。 本书最后介绍了模拟CMOS集成电路的测试技术,包括测试的基本原理、测试环境的搭建、测试方 法的设计以及测试结果的分析等。通过本书的介绍,读者可以了解模拟CMOS集成电路测试的基本 方法和技巧,为后续的测试工作提供了指导。 《模拟CMOS集成电路设计》这本书是一本关于模拟CMOS集成电路设计的专业书籍,其内容丰富、 系统、全面,适合于从事模拟CMOS集成电路设计、制造和测试的工程技术人员和管理人员阅读。 通过阅读本书,读者可以深入了解模拟CMOS集成电路的基本原理、设计流程、制造工艺和测试技 术等方面的知识,提高模拟CMOS集成电路设计的核心技能,为后续的工作提供有力的支持和指导。
目录分析
《模拟CMOS集成电路设计》是一本由Behzad Razavi和池保勇合著的教材, 于2018年。这本书的内容主要集中在模拟CMOS集成电路设计领域,对于想要深入 了解该领域的学生和工程师来说,是一本非常有价值的参考书籍。以下是对这本 书目录的分析。
从整体结构来看,这本书的目录按照章节顺序排列,共有18章。每一章都围 绕着一个特定的主题,从基础知识到高级技术,内容逐渐深入。这种组织方式使 得读者可以根据自己的需求和兴趣选择阅读章节,也可以按照顺序逐章阅读,逐 步掌握模拟CMOS集成电路设计的各个方面。
精彩摘录
《模拟CMOS集成电路设计》是一本全面介绍模拟CMOS集成电路设计的书籍, 全书从直观和严密的角度阐述了各种模拟电路的基本原理和概念,同时还介绍了 在SOC中模拟电路设计遇到的新问题及电路技术的新发展。本书由浅入深,理论 与实际结合,提供了大量现代工业中的设计实例。
CMOS模拟集成电路设计
《CMOS模拟集成电路设计》一书是一本非常优秀的集成电路设计著作。它不 仅全面介绍了CMOS模拟集成电路设计的原理和方法,还提供了大量的实例和案例 分析,使读者能够更好地理解和掌握这一领域的知识。本书还具有很高的实用价 值,对于从事集成电路设计的工程师和技术人员来说,是一本非常值得一读的著 作。
阅读感受
《CMOS模拟集成电路设计》这本书的目录结构合理、清晰,有助于读者理解 和掌握CMOS模拟集成电路设计的基本原理和方法。本书的作者在介绍这些原理和 方法时,也充分考虑了读者的背景和需求,使得无论是初学者还是专业人士都能 从中受益。
作者简介
这是《CMOS模拟集成电路设计》的读书笔记,暂无该书作者的介绍。
在书中,作者艾伦博士以其深厚的学术功底和丰富的实践经验,将复杂的 CMOS模拟集成电路设计问题化繁为简,使读者能够更好地理解和掌握这一领域的 知识。同时,书中还提供了大量的实例和案例分析,使读者能够更好地将理论知 识应用到实际工程中去。
本书还具有很高的实用价值。书中不仅对CMOS模拟集成电路的设计和实现进 行了全面的介绍,还对CMOS工艺、CMOS器件模型、电路仿真工具等进行了详细的 介绍。这些内容对于从事集成电路设计的工程师和技术人员来说,都是非常宝贵 的资源。
目录分析
《CMOS模拟集成电路设计》是一本由艾伦所著,于2007年8月由电子工业社 的书籍。本书主要介绍了关于CMOS模拟集成电路设计的特点、原理和方法。为了 更好地理解这本书的内容,我们可以首先通过分析其目录来了解其结构和主题。
我们可以看到这本书的目录非常清晰,分为三个主要部分:引言、主体和结 论。这种结构使得读者可以很容易地了解这本书的整体框架和主要内容。
《CMOS模拟集成电路设计》这本书是一本内容丰富、结构严谨、深入浅出的 专业书籍。无论大家是初入此领域的学子,还是已在此领域有所建树的专业人士, 我相信大家都能从中获得有价值的启示和帮助。这本书对于我来说,不仅仅是一 本书,更是一座知识的宝库,它将持续地指引我在CMOS模拟集成电路设计的道路 上不断前行。
CMOS模拟集成电路设计--电流镜 ppt课件
– 当Vin1=Vin2时,电路的输出电压 Vout=VF=VDD-|VGS3|
13
ppt课件
• 3.2 小信号分析
(忽略衬偏效应)
– 方法一
利用 • 计算Gm
得到,
gm1Vin/2
gm1Vin/2 gm2Vin/2
14
ppt课件
• 计算Rout
M1和M2用一个RXY=2rO1,2代替,RXY 从VX抽取的电流以单位增益(近似), 由M3镜像到M4。则,
若2rO1,2>>(1
I ss
15
ppt课件
• 3.3 共模特性
– 电路不存在器件失配时
忽略rO1,2,并假设1/(2gm3,4)<<rO3,4,
则,
17
ppt课件
– 电路存在器件失配时
忽略rO1和rO2的影响, 考虑到结点F和X的变化相对较小,
对源跟P点随的器影结响构等效为18
ppt课件
ΔID1乘上M3的输出电阻得到vgs3, vgs3=vgs4,可以得到ID4的变化量为
20
• 共源共栅电流镜
– 共源共栅电流镜 确定共源共栅电流源的偏置电压Vb,采
用共源共栅电流镜结构。
8
ppt课件
– 共源共栅电流镜消耗了电压余度 忽略衬偏效应且假设所有晶体管都是相同的,则P点所允许的最 小电压值等于
VP =
比较于
余度损耗的共源共栅电流镜
最小余度损耗的共源共栅电流源
9
模拟CMOS集成电路设计精粹1PPT课件
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
Contents
1. Comparison of MOST and Bipolar transistor models 2. Amplifiers,Source followers & Cascodes 3. Differential Voltage & Current amplifer 4. Stability of Operational amplifier 5. Systematic Design of Operational Amplifier 6. Important opamp configerations 7. Fully-differential amplifiers 8. Current-input Operational Amplifers 9. Rail-to-rail input and output amplifers 10. Class AB and driver amplifier 11. Feedback Voltage & Transconductance Amplifier 12. Feedback Transmpedance & Current Amplifier 13. Bandgap and current reference circuits 14. Switched-capacitor filters 15 Continuous-time filter
3
模拟电路设计是艺术性与科学性的结合。 之所以称之为艺术,是因为设计时要在必须的规范和可以忽略的规范间寻求适当的折中,而这需 要创造力。 之所以称为科学,是因为需要一定的设计水平和设计方法来指导设计,就必然需要更深入地研究 设计时的折中。 本课程指引学生进入这个崭新的艺术与科学的世界,它将指导学生学习模拟电路设计的各个方面 ,这是了解电路设计艺术性与科学性的基础。 所有的设计都是关于电路的,而所有的电路都包括晶体管,器件的各种模型又是分析电路特性所 必需的。本课程不断地采用实际中所采用的反馈闭环形式设计。
模拟集成电路课件 第2章CMOS技术
栅电压相对背栅为负时,多子被向上抽取积累在栅氧化层下。 (沟道没形成积累型)
开始正偏时,多数载流子被排斥,形成耗尽区,随着偏压增 大,耗尽区加宽,电容减小。(耗尽区电阻大)
一旦偏压等于阈值电压,沟道弱反型(沟道电阻大)
适中(沟道电阻逐渐减小)
正偏压进一步加大,沟道强反型,Cj和Cox并联
这种电容器在低电压时,电容值很小。
2. MOS器件的工作原理
nMOS管沟道的形成 MOS晶体管的分类 MOS管的阈值电压 MOS管的版图和结构
nMOS管沟道的形成
反型层和n型硅都依靠自由电子
导电,但电子产生的方法不同。
n型硅自由电子是在制造过程中由 扩散掺杂工艺产生 反型层自由电子则由栅极电压感应 产生
故MOS管又称场效应晶体管
0 vDS 2 iD (vGS VT )vDS 2 (vGS VT ) 2 2
Vi Vss V o Vdd
N+
N+
P+
P+
P+
T2
P-Well
RW 压降
p-
T1
压降
RS
Vss Vss
n-si
Vdd
③采用保护环 保护环可以有效地降低横向电阻和横向电流密 度。同时,由于加大了 P-N-P 管的基区宽度使 βpnp下降。
Vi Vss Vdd
Vo
P+
N+
N+
P+
N+
P+
P+
N+
T2
SOI/CMOS电路
下图示出理想的SOI/CMOS结构。业已应用兰宝石衬底外延硅结构 (SOS-Silicon on Sapphire结构)。 SOI结构是针对亚微米CMOS器件提出的,以取代不适应要求的常规 结构,SOI结构在高压集成电路和三维集成电路中也有广泛应用。
模拟CMOS集成电路设计
模拟CMOS集成电路设计CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)是一种常用的集成电路技术,它集成了互补式MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管。
CMOS集成电路在现代电子设备中广泛应用,包括微处理器、存储器、传感器等。
在CMOS集成电路设计中,主要包括电路设计、布局设计和物理设计三个步骤。
首先是电路设计阶段。
在这个阶段,设计师需要根据需求,设计出满足功能要求的电路。
在CMOS集成电路中,常用的电路包括放大器、逻辑门、时钟电路等。
设计师需要选择适当的元件和电阻、电容等被动元件,并根据以往的经验和电路模拟工具进行电路仿真和优化,以确保电路功能的正确性和稳定性。
接下来是布局设计阶段。
在这个阶段,设计师需要将电路的不同元件绘制在芯片的平面图上,并确定它们之间的连接。
设计师需要考虑到元件之间的距离、尺寸和位置,以最大程度地优化电路的性能和布局的紧凑性。
此外,还需要考虑到电路的供电和接地网络的布局,以确保信号的良好传输和降低噪音干扰。
布局设计要求设计师具有创造性和良好的空间意识。
最后是物理设计阶段。
在这个阶段,设计师需要将布局转化为制造可行的物理布局。
设计师需要考虑到工艺工程的要求,如晶圆的尺寸和掩膜的制造。
设计师需要通过使用CAD工具进行器件的布局、连线规划和优化,以确保电路的可制造性和可靠性。
此外,还需要考虑到电路的功耗和散热问题,以确保电路的长期稳定性。
总的来说,CMOS集成电路设计涉及多个阶段,包括电路设计、布局设计和物理设计。
设计师需要通过使用电路仿真工具和CAD工具进行电路的仿真和优化,并考虑到电路功能、布局紧凑性和制造可行性等因素,以设计出满足要求的CMOS 集成电路。
模拟CMOS集成电路分析与设计总复习
描述电路响应速度和稳定性的参数。
03
CMOS集成电路设计
电路设计流程
确定设计目标
明确电路的功能、性能指标和限制条件,如 功耗、面积、速度等。
电路设计
根据设计目标,选择合适的电路结构和元件 参数,进行电路设计和仿真验证。
版图绘制
将电路设计转换为版图,确保电路元件和互 连符合工艺要求。
物理验证
对版图进行物理验证,检查版图的正确性和 工艺兼容性。
01
新材料和新器件结构
探索新型半导体材料(如硅基氮化镓 、碳化硅等)和新型器件结构(如 FinFET、GAAFET等),以提高性能 、降低功耗和解决制程技术瓶颈。
02
异构集成和系统级封 装
发展异构集成技术,将不同工艺的芯 片高效集成在同一封装内,实现更强 大的系统功能。同时,研究系统级封 装技术,以提高集成度和降低成本。
形成。
优点
低功耗、高集成度、低成本、低噪 声等。
应用领域
计算机、通信、消费电子等领域。
CMOS集成电路的工作原理
工作原理
开关状态转换
CMOS集成电路利用N型和P型半导体 的特性,通过正负电压的交替作用, 实现逻辑门的开关状态转换。
当输入端接收到信号时,反相器中的 N型和P型半导体材料会交替导通和截 止,从而实现开关状态转换。
电源管理应用
电源管理芯片
CMOS集成电路在电源管理领域中扮演着重要角色,如电源管理芯片等。这些芯片能够实现电压调节、电流控制等功 能,从而保证电子设备正常工作和延长电池寿命。
电源转换
CMOS集成电路还可以用于实现各种电源转换,如DC-DC转换、AC-DC转换等。这些转换电路能够将电源转换为电 子设备所需的电压和电流等级,以满足不同设备的电源需求。
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1 ω 3dB = ------RC
C
H ( ω ) dB
0dB 20dB/Decade -10dB -20dB 0
log ( ω ) 0.1 ω 3dB ω 3dB 10 ω 3dB
θ
-π/4 -π/2
1 ∝ --ω
ω 3dB
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
Convert H( ω) to polar coordinates, |H(ω)| < θ
H ( ω ) = [ H ( ω ) ( H∗ ( ω ) ) ] Im{H(ω) } θ = atan ------------------------ R { H ( ω ) } e
1/2
1/2 1 = -------------------------2 ω - 1 + ------- ω 3dB
Bode Plot Magnitude
H ( ω ) d B = 20 ⋅ log H ( ω )
-3dB 20dB/Decade 6dB/Octave
θ
θ
-π/4 -π/2 -3π/4 -π
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.)
R1 ν IN C1 1 C2 R2 ν OUT
FR-10
If we have 180 degree phase shift we have a problem. (+)
Bode Plots (Cont.)
C ν IN ν OUT R R j ω RC j ω RC -------------------= ----------------------- = ------------------1 1 + j ω RC ω 1 + j -------R + ---------jωC 1 ------RC
Robert W. Brodersen
Analog Circuit Design
EECS140
Lectures on FREQUENCY RESPONSE
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
University of California Berkeley
College of Engineering Department of Electrical Engineering and Computer Science
VOUT ( ω ) 1 ⁄ jωC V OUT ( ω ) 1 ⁄ jωC H ( ω ) = -----------------= --------------------------V IN ( ω ) R + 1 ⁄ jωC 1 ⁄ jωC ----------------------H( ω) = 1 + j ω RC
FR-12
Zero at zero frequency, pole at 1/RC
H ( ω ) dB
1
1 ω p = ------RC log ( ω )
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
ω » ω3dB
1/2
ωp = 1/RC = ω3dB
ROBERT W. BRODERSEN
ω
1 H ( ω ) ≈ ---------------2 ω ------- ω 3 dB
ω3dB = -------ω
6dB/Octave - drops by 2 every time frequency doubles
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.)
( H ( ω ) ⋅ H∗ ( ω ) )
1 /2
FR-2
1 1 ⋅ ---------------------- ----------------------= 1 + j ω RC 1 – j ω RC 1 = ----------------------------2 1 + ( ω RC)
+
ν OUT
The negative feedback will turn into positive feedback. Can’t have positive feedback in a loop with gain > 1
ν IN
(-)
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.) 2 Poles
FR-7
R1 ν IN
Ideal Unity gain Buffer R2 1 C1 C2 νOUT
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.)
0
FR-11 3 poles on top of each other
ω p1 = ω p2 = ω p3 = ω p 10 ω p 0.1 ω p ωp log ( ω )
θ
-π/4 -π/2 -3π/4 -π -5π/4 -3π/2
0
FR-4
0.1 ω 3 dB θ
-π/4 -π/2
log ( ω ) ω 3dB 10 ω 3dB
Linear Approximation
ROBERT W. BRODERSEN
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.)
ROBERT W. BRODERSEN
FR-3
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.)
1 Re { H ( ω ) } = -------------------------2 ω 1 + ------- ω 3 dB ω – -------- ω 3dB Im { H ( ω ) } = -------------------------2 ω 1 + ------- ω 3 dB ω - θ ( ω ) = arcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtan – ------- ω 3d B ω = – arc tan -------- ω3dB
p1 p2 p1 p2
FR-8
20 ⋅ log H ( ω ) = 20 ⋅ log ( H ω ( ω ) ⋅ H ω ( ω ) ) = 20 ⋅ log H ω ( ω ) + 20 ⋅ log H ω ( ω ) ω p1 ω p2
p1 p2
1 --ω 1 -----2 ω
ROBERT W. BRODERSEN
0 Phase Magnitude
FR-5
90 Phase difference Magnitude Change
t = 0 R 1 ----------------------H(ω) = 1 + j ω RC C
t = 0
H ( ω ) = ( H ( ω ) ⋅ H∗ ( ω ) )
1/2
ROBERT W. BRODERSEN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Two Poles:
1 H ( ω ) = ------------------ ω 1 + j ------ ω p1
Bode Plots (Cont.)
1 ⋅ ------------------ = H ω ( ω ) ⋅ H ω ( ω ) ω 1 + j ------ ω p2
ROBERT W. BRODERSEN
1 2
N(ω) IF H ( ω ) = ------------- then D(ω) R e ⋅ { H ( ω ) } = R e ⋅ { N ( ω ) ⋅ D∗ ( ω ) } I M ⋅ { H ( ω ) } = I M ⋅ { N ( ω ) ⋅ D∗ ( ω ) }
EECS140 ANALOG CIRCUIT DESIGN
LECTURES ON FREQUENCY RESPONSE
Bode Plots (Cont.) 1 Pole Summary R
1 H ( ω ) = -------------------ω 1 + j -------ω 3d B
FR-6
= H ω ⋅ H ω ⋅ exp ( j [ θ ω + θω ] )
p1 p2 p1 p2
= H ( ω ) ⋅ exp ( j θ ( ω ) ) θ ( ω ) = θ ω + θω