CMOS模拟集成电路设计_ch3单级放大器(一)

二极管连接的阻抗为
考虑体效应时
二极管连接的阻抗为
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共源级放大器
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增益
NMOS二极管连接做负载
其中
PMOS二极管连接做负载
没有体效应
增益与偏置 电流、电压 无关！线性 度好！
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讨论
增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。 高增益要求会造成集体管的尺寸不均衡。
Gm? Rout?
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共源级放大器
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计算Gm（考虑沟道长度调制及体效应)
由于 因此，
，所以
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共源级放大器
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计算Rout
流经ro的电流： 得到 所以，
ROUT ro' ro [1 (gm gmb )RS ]
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计算Av
Av=-Gm(Rout||RD)
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考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模 型为
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共源级放大器
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小信号等效分析
辅助定理：在线性电路中，电压增益等于-GmRout，其中Gm表示输出 与地短接时电路的跨导；Rout表示当输入电压为零时电路的输出电阻。
线性电路的输出端口可用诺顿定理来等效，输出电压为-IoutRout，定 义Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。
2I D
1
(1 1)I D
1 ID
长沟器件可以产生高的电压增益 同时增加W、L将引入更大的节点电容
ID↓→ AV↑
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输出摆幅
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共源级放大器
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1.4 带源级负反馈的共源级放大器
小信号直接分析方法
讨论
增加源级负反馈电阻，使增益是gm的弱函数，实现线性的提高。 线性化的获得是以牺牲增益为代价的
Av
gm RD 1 gm RS
RD 1/ gm RS
Av=“在漏极节点看到的电阻”/“在源 极通路上看到的电阻” 可以极大地简化更复杂电路的分析
MOS管工作在饱和区时
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共源级放大器
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小信号分析
考虑沟道长度调制时，
源自文库性区时
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共源级放大器
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增益随Vin的变化而变化，在信号摆幅较大时会引入非线性
ID随Vin的变化关系
gm随Vin的变化关系
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输入电压范围： 输出电压范围（摆幅）：
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输入输出电阻的求解：
输入电阻 无穷大 输出电阻
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练习
Av的最大化
Av gmRD
Av
2nCox
W L
VRD ID
增大W/L；寄生电容增大，带宽减小 增大VRD；输出摆幅减小 减小ID；RD会很大，输出节点时间常数增大
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电阻做负载的共源级放大器的缺点？
优点？
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共源级放大器
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1.2 MOS二极管连接做负载的共源级
MOS二极管连接
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输出电阻？ 您能直观观察出来吗？
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二极管连接的其他用途：电压偏置
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同样大小的交流小信号电阻，用饱和区MOS管实现不仅 容易，而且消耗的电压余度要小得多
电流源负载的共源级放大器 广泛的使用在CMOS集成电路中
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1.3 电流源负载的共源级放大器
讨论
AV
例：为了达到10倍增益，
，则(W/L)1=50(W/L)2
允许的输出电压摆幅减小。
在这个例子中，M2的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的10倍。 若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，严重制约输出电压 摆幅。
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输入电压范围： 输出电压范围（摆幅）：
书中图3.10 解释亚阈值导电的影响
模拟CMOS集成电路设计
3. 单级放大器（一）
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提纲
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提纲
1、共源级放大器 2、源级跟随器（共漏级放大器） 3、共栅级放大器 4、共源共栅级放大器
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共源级放大器
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1、共源级放大器
1.1 电阻做负载的共源级放大器
大信号分析
cutoff active triode