华中科技大学CMOS拉扎维第二章课后作业答案中文版

CMOS Analog Design Home work 1 Solution

By: 涛（tomjerry126.） 2007年3月18日

作业容：

一、书本上的习题 2.2

2.5 (a)、(b)、(c) 2.6 (a)、(b) 2.7 2.15 2.8 2.18 2.24

参考解答过程

2.2.

（1）对于NMOS ，工作在饱和区时，有：

21

()(1)2D OX GS TH DS W I nC V V V L u λ=

-+ D

GS

I Gm V ∂=

∂ =()(1)OX GS TH DS W

nC V V V L u λ-+

≈

=3.66mA V

1

D

ro I λ=

=20k Ω A=Gm ro =73.3 （2）对于PMOS ，公式基本同上

21

()(1)2D p OX GS TH DS W I C V V V L

u λ=

-+ D

GS

I Gm V ∂=

∂ =

()(1)p OX GS TH DS W C V V V L

u λ-+

≈

=1.96mA

V

1

D

ro I λ=

=10k Ω A=Gm ro =19.6

2.5

a.若不考虑二级效应，则

21

()2X D OX GS TH W I I nC V V L

u ==

- = 21()2X D OX

GS TH W

I I nC V V L

u ==- 实际情况下，由于衬偏效应会影响TH V GS DD X V V V -= DS DD X V V V -= SB X V V =

0TH TH V V γ=+

21

()2X OX GS TH W I nC V V L u =

- 201((22)2OX GS TH F X F W

nC V V V L

u γ-=-∅+-∅

IX~VX 曲线图

b.

（1）当0〈X V 〈1时，

S 、D 反向 1.9GS X V V =- 1DS X V V =-

VGS-VTH=1.2-VX 〉VDS

此时，NMOS 处于S 、D 方向的三极管区

X I =2

12(1.2)(1)(1)2n OX W C Vx Vx Vx L

u ⎡⎤-

----⎣⎦ （2）当1〈X V 〈1.2时，

VGS-VTH=0.2>VDS=VX-1 （未考虑衬偏效应） 此时，NMOS 处于正向导通的三极管区

IX=

21

2*0.2(1)(1)2n OX W C Vx Vx L

u ⎡⎤---⎣⎦ （3）当VX ≥1.2时

NMOS 处于饱和区

21

()2X OX GS TH W I nC V V L u =

- = 21(0.2)2OX

W

nC L u

IX~VX 曲线图

未考虑衬偏效应时的曲线

若考虑衬偏效应，则VTH 增大，当衬偏效应比较小，反向后仍有VGS>VTH ， 曲线同上，当衬偏效应比较大时，VGS

IX~VX 曲线图

考虑衬偏效应时的曲线

（c ）

（1）0

VGS-VTH=0.3-VX

21

(0.3)2OX W nC Vx L

u （2）当VX >0.3 时，MOS 管截止

IX~VX 曲线图

考虑衬偏效应后，曲线与X 轴的交点会该变位置

2.6 |VGS|=

()

112

VDD VX R R R -+

|VDS|=()VDD VX - 所以|VDS|>|VGS|-|VTH| PMOS 处于饱区 21

(||||)2p OX GS THp W Ix C V V L

u =

- =2

1()1||212DD X OX

THp W

V V pC R V L

R R u -⎡⎤

-⎢⎥+⎣⎦

Gm=2D W

UpCox

I L

=()1||12DD X p OX

THp W V V C R V L R R u -⎡⎤

-⎢⎥+⎣⎦

ID~VX 曲线图

Gm 与VX 曲线图

|VGS|=

()

212

VDD VX R R R -+

|VDS|=()VDD VX - 所以VDS>VGS-VTH PMOS 处于饱区 21

(||||)2OX GS THn W Ix nC V V L

u =

- =2

1()2212DD X OX

THN

W

V V nC R V L

R R u -⎡⎤

-⎢⎥+⎣⎦

Gm=2D W UpCox

I L

=()212DD X OX

THN W V V nC R V L R R u -⎡⎤

-⎢⎥+⎣⎦

ID~VX 曲线图