模拟CMOS集成电路设计复习提纲(课堂PPT)
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华
复习提纲
Summary #1
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
第二章 器件模型
• MOSFET的I-V特性
– 饱和区电流公式 – 线性区电流公式 – 沟道长度调制效应
• MOSFET的小信号模型
– 低频小信号模型：图2.36
• gm、ro的表达式
– 完整小信号模型：图2.38
RD
RD RS
(gmRS 1)
Summary # 15
西电微电子：模拟集成电路设计
共漏MOSFET（源跟随器）
RS||ro
Rout
gm
1 gmb
Av 0
1 RS || ro
gm gm gmb
Summary # 16
西电微电子：模拟集成电路设计
共栅管的输入电阻
V1 0 VX
Vbs 0 VX
Summary #8
西电微电子：模拟集成电路设计
共源级
• 电阻负载 • 电流源负载 • 二极管接法的MOSFET负载 • 源级负反馈
Summary #9
西电微电子：模拟集成电路设计
共源MOSFET
Vgs V1 Vin
Rout
Vout I out
|Vin 0
Vin
0时，Iout
Vout ro
Rout Rup || Rdown (RD || ro )
Vout Vin
gmRout
gm (RD
|| ro )
gmRD (RD ro )
Summary # 12
西电微电子：模拟集成电路设计
电流源负载的共源级
Rup ro2
Rdown ro1
Rup Rdown
Rout Rup || Rdown ro2 || ro1 Av0 g R m1 out
g R m1 out
gm1 gm2
Summary # 14
西电微电子：模拟集成电路设计
带源极负反馈的共源级
Rup Rdown
Gm
gm 1 gmRS
Rup RD
Rdown gm1ro1RS
Rout Rup || Rdown RD (Rdown Rup )
Av 0
Gm Rout
gm 1 gmRS
Summary # 19
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（2）
参考源极电阻负反馈的共源级电路
Rt ro1 ro2 (gm2 gmb2 )ro2ro1
Rt
(gm2 gmb2 )ro2ro1
gm2ro2ro1 （忽略衬偏效应）
Rout gm3ro3Rt
gm3ro3 gm2ro2ro1
RD I X ro I X (gm gmb )VX VX
VX
RD ro
I X 1 (gm gmb )ro
共栅管用做电流放大器 没必要计算其电压放大倍数
Summary # 17
西电微电子：模拟集成电路设计
共栅管的输出电阻
参考源极负反馈电阻的共源级
Rup Rdown
Rout
VX IX
gm1 ro2 || ro1
Summary # 13
西电微电子：模拟集成电路设计
二极管接法MOSFET负载的共源级
Rup Rdown
Rup
1 gm2
Rdown ro1
Rout
Rup
|| Rdown
1 gm2
|| ro1
ro1 1 gm2ro1
1 gm2
(
1 gm2
ro1 )
Av0
Vout Vin
MOSFET小信号模型（2）
• 考虑衬偏效应时的低频小信号模型 • 用于计算输出电阻、低频小信号增益
Summary #6
西电微电子：模拟集成电路设计
完整的MOSFET小信号模型
• 用于计算各节点的时间常数 • 找出极点
Summary #7
西电微电子：模拟集成电路设计
第三章 单级放大器
• 共源级 • 共漏级 • 共栅级 • 共源共栅级
Summary # 20
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（3）
Rup gm3ro3ro4
Rup
Rdown gm2ro2ro1
Rdown
Rout Rup || Rdown
Av0 g R m1 out
gm1 gm2ro2ro1 || gm3ro3ro4
Summary # 21
Cox
W L
VGS
Vth
VDS
线性电阻：Ron
Cox
W L
1
VGS
Vth
Summary #3
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
几个常用的表达式
饱和区：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth
2
Vdsat VGS Vth
gm
Cox
W L
Vdsat
2ID Vdsat
ro
西电微电子：模拟集成电路设计
折叠共源共栅的输出电阻与增益
Rout rI1 || gm2ro2ro1
Rout rI1 || gm2ro2 ro1 || rI2
折叠点看进去的电阻为 ro1 || rI2
Rout ro 单管增益
Vout Vin
gmro
Summary # 10
西电微电子：模拟集成电路设计
二极管接法的MOSFET
Rout
1 gm
1 ro
1 gm
(gmro 1)
Summary # 11
西电微电子：模拟集成电路设计
带电阻负载的共源级
Rup Rdown
Rup RD
Rdown ro
Rup || Rdown
Rup RD
Rdown RS ro (gm gmb )ro RS
(gm gmb )ro RS
Summary # 18
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（1）
参考源极电阻负反馈的共源级电路 Rout ro1 ro2 (gm2 gmb2 )ro2ro1 (gm2 gmb2 )ro2ro1 gm2ro2ro1 （忽略衬偏效应）
1
I D
2
I
D
Cox
W L
gmrowenku.baidu.com
2
Vdsat
1
2Cox
W L
ID
1
L
Summary #4
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET小信号模型（1）
• VBS=0时的低频小信号模型 • 用于计算输出电阻、低频小信号增益
Summary #5
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
Summary #2
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET的I-V特性
饱和区：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth 2
沟长调制：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth
21
VDS
线性区：I D
Cox
W L
VGS
Vth VDS
1 2
VD2S
深线性区：I D
复习提纲
Summary #1
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
第二章 器件模型
• MOSFET的I-V特性
– 饱和区电流公式 – 线性区电流公式 – 沟道长度调制效应
• MOSFET的小信号模型
– 低频小信号模型：图2.36
• gm、ro的表达式
– 完整小信号模型：图2.38
RD
RD RS
(gmRS 1)
Summary # 15
西电微电子：模拟集成电路设计
共漏MOSFET（源跟随器）
RS||ro
Rout
gm
1 gmb
Av 0
1 RS || ro
gm gm gmb
Summary # 16
西电微电子：模拟集成电路设计
共栅管的输入电阻
V1 0 VX
Vbs 0 VX
Summary #8
西电微电子：模拟集成电路设计
共源级
• 电阻负载 • 电流源负载 • 二极管接法的MOSFET负载 • 源级负反馈
Summary #9
西电微电子：模拟集成电路设计
共源MOSFET
Vgs V1 Vin
Rout
Vout I out
|Vin 0
Vin
0时，Iout
Vout ro
Rout Rup || Rdown (RD || ro )
Vout Vin
gmRout
gm (RD
|| ro )
gmRD (RD ro )
Summary # 12
西电微电子：模拟集成电路设计
电流源负载的共源级
Rup ro2
Rdown ro1
Rup Rdown
Rout Rup || Rdown ro2 || ro1 Av0 g R m1 out
g R m1 out
gm1 gm2
Summary # 14
西电微电子：模拟集成电路设计
带源极负反馈的共源级
Rup Rdown
Gm
gm 1 gmRS
Rup RD
Rdown gm1ro1RS
Rout Rup || Rdown RD (Rdown Rup )
Av 0
Gm Rout
gm 1 gmRS
Summary # 19
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（2）
参考源极电阻负反馈的共源级电路
Rt ro1 ro2 (gm2 gmb2 )ro2ro1
Rt
(gm2 gmb2 )ro2ro1
gm2ro2ro1 （忽略衬偏效应）
Rout gm3ro3Rt
gm3ro3 gm2ro2ro1
RD I X ro I X (gm gmb )VX VX
VX
RD ro
I X 1 (gm gmb )ro
共栅管用做电流放大器 没必要计算其电压放大倍数
Summary # 17
西电微电子：模拟集成电路设计
共栅管的输出电阻
参考源极负反馈电阻的共源级
Rup Rdown
Rout
VX IX
gm1 ro2 || ro1
Summary # 13
西电微电子：模拟集成电路设计
二极管接法MOSFET负载的共源级
Rup Rdown
Rup
1 gm2
Rdown ro1
Rout
Rup
|| Rdown
1 gm2
|| ro1
ro1 1 gm2ro1
1 gm2
(
1 gm2
ro1 )
Av0
Vout Vin
MOSFET小信号模型（2）
• 考虑衬偏效应时的低频小信号模型 • 用于计算输出电阻、低频小信号增益
Summary #6
西电微电子：模拟集成电路设计
完整的MOSFET小信号模型
• 用于计算各节点的时间常数 • 找出极点
Summary #7
西电微电子：模拟集成电路设计
第三章 单级放大器
• 共源级 • 共漏级 • 共栅级 • 共源共栅级
Summary # 20
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（3）
Rup gm3ro3ro4
Rup
Rdown gm2ro2ro1
Rdown
Rout Rup || Rdown
Av0 g R m1 out
gm1 gm2ro2ro1 || gm3ro3ro4
Summary # 21
Cox
W L
VGS
Vth
VDS
线性电阻：Ron
Cox
W L
1
VGS
Vth
Summary #3
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
几个常用的表达式
饱和区：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth
2
Vdsat VGS Vth
gm
Cox
W L
Vdsat
2ID Vdsat
ro
西电微电子：模拟集成电路设计
折叠共源共栅的输出电阻与增益
Rout rI1 || gm2ro2ro1
Rout rI1 || gm2ro2 ro1 || rI2
折叠点看进去的电阻为 ro1 || rI2
Rout ro 单管增益
Vout Vin
gmro
Summary # 10
西电微电子：模拟集成电路设计
二极管接法的MOSFET
Rout
1 gm
1 ro
1 gm
(gmro 1)
Summary # 11
西电微电子：模拟集成电路设计
带电阻负载的共源级
Rup Rdown
Rup RD
Rdown ro
Rup || Rdown
Rup RD
Rdown RS ro (gm gmb )ro RS
(gm gmb )ro RS
Summary # 18
西电微电子：模拟集成电路设计
共源共栅级的输出阻抗（1）
参考源极电阻负反馈的共源级电路 Rout ro1 ro2 (gm2 gmb2 )ro2ro1 (gm2 gmb2 )ro2ro1 gm2ro2ro1 （忽略衬偏效应）
1
I D
2
I
D
Cox
W L
gmrowenku.baidu.com
2
Vdsat
1
2Cox
W L
ID
1
L
Summary #4
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET小信号模型（1）
• VBS=0时的低频小信号模型 • 用于计算输出电阻、低频小信号增益
Summary #5
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
Summary #2
西电微电子：模拟集成电路设计 华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET的I-V特性
饱和区：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth 2
沟长调制：I D
1 2
Cox
W L
VGS
Vth
21
VDS
线性区：I D
Cox
W L
VGS
Vth VDS
1 2
VD2S
深线性区：I D