精选模拟集成电路设计复习提纲讲义.(ppt)

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模拟CMOS集成电路设计复习提纲(课堂PPT)

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
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
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
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

模拟集成电路设计_复习大纲

《模拟集成电路设计》复习大纲一、概念：1. 密勒定理：如果将图（a ）的电路转换成图（b ）的电路，则Z 1=Z/(1-A V )，Z 2=Z/(1-A V -1)，其中A V =V Y /V X 。

这种现象可总结为密勒定理。

2. 沟道长度调制效应：当栅与漏之间的电压增大时，实际的反型沟道长度逐渐减小，也就是说，L 实际上是V DS 的函数，这种效应称为沟道长度调制。

3. 等效跨导Gm ：对于某种具体的电路结构，定义inDV I ∂∂为电路的等效跨导，来表示输入电压转换成输出电流的能力，跨导的表达式4. N 阱：CMOS 工艺中，PMOS 管与NMOS 管必须做在同一衬底上，若衬底为P 型，则PMOS 管要做在一个N 型的“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的N 型“局部衬底”叫做N 阱。

5. 亚阈值导电效应：实际上，V GS =V TH 时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS <V TH 时，I D 也并非是无限小，而是与V GS 呈指数关系，这种效应叫亚阈值导电效应。

6. 有源电流镜：像有源器件一样用来处理信号的电流镜结构叫做有源电流镜。

7. 输出摆幅：输出电压最大值与最小值之间的差。

8. 放大应用时，通常使MOS 管工作在饱和区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义跨导来表示电压转换电流的能力。

9. 在模拟集成电路中MOS 晶体管是四端器件 10. 源跟随器主要应用是起到什么作用？11. λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成反比，对于较长的沟道，λ值较小。

12. 饱和区NMOS 管的电压条件及其其沟道电流表达式。

13. 共源共栅放大器结构的一个重要特性就是输出阻抗很高，因此可以做成恒定电流源。

14. MOS 管的主要几何参数15. 共模输入电平的变化会引起差动输出发生改变的因素有哪些？ 16. MOS 管的电路符号17. 增益小于1的单级放大器 18. N 阱和P 阱的概念19. MOS 管的二级效应的表达式，比如沟道长度调制效应、体效应、亚阈值效应 20. 按比例缩小理论：恒定电场、恒定电压、准恒压21. 采用电阻负载的共源级单级放大器其小信号增益Av 表达式 22. 在差动放大器设计中CMRR23. 带源极负反馈的共源级其小信号增益的表达式 24. 图示电路的小信号增益表达式。

模拟CMOS集成电路设计精粹ppt1

低电流时MOST工作在弱反型区说明沟道电导率很小。实际上此时沟道已经不存在了。流过沟道的漂移电流，现在变成了扩散电流，这时的模型变得截然不同。模型的表达式是指数特性，而不是平方率特性。更重要的是，要知道在什么区域弱反型区逐渐代替强反型区。实际上这个区域很宽，也叫中等-反型区。对于设计者来说，知道两个区域转变时VGS-VT的值，特别是电流的大小很重要。
通常需要用多大的VGS值？在高端，不让器件进入大电流区或速度饱和区，要远离速度饱和区的转变点。后面将计算该转变点VGS-VT的近似值，当前的工艺大约为0.5V。在低电流端，也不想使用弱反型区。∵该区域中电流和跨导的绝对值变得特别小，这时noise很大，另外电路速度也很低。在某种情况下可能允许低信噪比和低速度，如生物学应用和生医探头。在其它大部分应用中，需要更好的信噪比，更高的速度，这时希望器件工作在接近弱反型区的地方，但不是弱反型区里面，典型值VGSVT为0.15～0.2V。下面给出这样设计的原因。
先来研究一下线性区。在很多应用场合，MOST只是用于简单的开关。VDS很小，MOST工作在线性区（也称欧姆区）。在这个区域，MOST晶体管实际上是一个小电阻，提供了线性的V-A特性。此时沟道两端即源端和漏端有相同的导电能力。接下来研究一下这个电阻的精确阻值是多少？
对于很小的VDS，看一下图中的左下角，IDS～VDS曲线是线性的，MOST工作特性表现为电阻。 KP：工艺参数，属于特定的CMOS工艺 A/V2
既然我们已知如何描述一个处在中间电流区（强反型区）的MOST管，下面重点研究低电流区（弱反型区）和大电流区（速度饱和区）的晶体管，希望找出在这些区域转变时的VGS的临界值。在低电流时得到了弱反型区，也叫低阈值区，∵大多数情况下，它的输入电压<VT。亦叫指数区，∵电流-电压特性呈指数关系，比例系数是nkT/q，很接近于双极型管的kT/q。k是玻尔兹曼常数，q是电子的电量，∴在300k（27℃），kT/q≈26mv。和双极型管的区别还是前面提得的n，n取决于偏置电压，其值不精确，这与双极型器件相比时，MOST的一个不利因素。

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

模拟集成电路设计.ppt

1.物理图
§3-3: 其他MOS管大信号模型的参数
17
二、MOS电容
2. 耗尽结电容：CBD, CBS
P65 上式S→D 则 CBS→ CBD
18
§3-3: 其他MOS管大信号模型的参数
3.电荷存储电容： CGD, DGS ,CGB
交叠电容： C1、C3 、C5 珊-源/漏 C1 C3 LD Weff Cox CGXO Weff
25
§3-4: MOS管的小信号模型
1. gm,gmbs , gds 在饱和区：
gm (2K'W / L) ID (1 VDS ) (2K'W / L) ID
gmbs
iD vBS
iD vSB
( iD VT
)( VT ) vSB
iD iD VT vGS
gmbs gm 2(2 F
VSB )1/ 2
（a) （b)
多个器件的表示，从匹配角度看更好。
37
§3-7: MOS电路的SPICE模拟
三、MOS模型描述
.MODEL < 模型名> <模型类型> <模型参数>
例如： .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 VT0=1 KP=50U GAMMA=0.5 +LAMBDA=0.01
四、分析实例
vGS
VT
n
kT q
（简化模型，适合手工计算）
第3章第7节
35
3.7 MOS电路的SPICE模拟
36
§3-7: MOS电路的SPICE模拟
一、SPICE 模拟文件的一般格式
● 标题 ● 电路描述 (器件描述和模型描述) ● 分析类型描述 ● 输出描述

第六章模拟集成电路设计1PPT课件

推得 T3~T6的电流分别 1、 2、为 4、 8毫：安
T1电流放大，以减少从参考电流中分出的基极电流。使一个参考电流较准确地控制多个电流源
2020/8/2
专用集成电路设计实验室
20
四川大学物理科学与技术学院
3、微电流恒流源（Widlar源）
V B1 E V B2 EIE2R e2
Re2
VBE1VBE2 IE2
16
四川大学物理科学与技术学院
基本型恒流源 r
1. 镜像电流源
基准电流：
IREF=Ir
VCCVBE R
V CC R
因为：VB E2=VB E1 IE2 = IE1
所以：IC2 =IC1 IREF
最后得到公式6-29
R上 r 电流I的 r T 变管 2化基极 I变 2 r 化
增加了双极型晶体管工作点的稳定性
四川大学物理科学与技术学院
模拟集成电路
2020/8/2
专用集成电路设计实验室
1
四川大学物理科学与技术学院
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
专用集成电路设计实验室
2
四川大学物理科学与技术学院
集成电路概述
• 模拟IC就是能对模拟量进行运算和处理的一种IC，直接对连续可变的模拟量进行计算与处理
• 模拟集成电路的种类
– 根据输入、输出电压的变化关系分类
• 线性IC：输出信号随输入信号的变化成线性关系 • 非线性IC：具有非线性的传输特点 • 接口电路：AD/DA转换器
– 按工作频率分类
• 低频、高频、射频、微波、毫米波

模拟CMOS集成电路设计精粹1PPT课件

Analog Design-Current Mode
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.ppt

采用差分式放大电路
6.2.0 概述
4. 差分式放大电路中的一般概念
vi d=vi 1vi 2 差模信号两个输入信号的差值
1 vic =2(vi1vi2)
共模信号
两个输入信号的算术平均值
根据以上两式可以得到
vi1 = vic
vi2 = vic
AVD AVC
= =
vod vviodc v ic
vid
+
ro
Io
-
+
ro v
_
6.1.1.1 镜像电流源（P258）
一、电路组成
三极管T1、T2对称
二、恒流特性
当较大(>>2)时：
VB E2=VB E1 IE2 = IE1
IC2 =IC1IREF2IREF
= VCC VBE V CC
R
R
结论：
无论Rc值如何, IC2电流值保持不变（前提：电源要稳定）
概述
一、集成电路(integrated circuit)：在半导体制造工艺基础上，把整个电
路中的器件（电阻、电容、三极管等）制造在一块Si 基片上，并引出相应的引线，构成特定功能的电子电路。如：运放、各种芯片等。
二、按功能分类：
模拟集成电路
数字集成电路
三、集成度：
小规模集成电路（SSI）<102
可以放大直流信号
# 为什么一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式？
2.直接耦合放大电路的零点漂移
零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。
主要原因：主要由温度变化引起，也称温漂。
温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。

模拟电路复习提纲PPT课件

5.对于电压放大器来说，( )越小，电路的带负载能力越强。
A、输入电阻 B、输出电阻 C、电压增益
D、电流增益
6.在共射、共集和共基三种基本放大电路中，输出电阻最小的是( )放大电路。
A、共射极
B、共集电极 C、共基极
D、共射-共基
第2章自测题（三）
7.为了提高输入电阻，对于结型场效应管，栅源极之间的PN结【】。 A、必须正偏 B、必须反偏 C、可以任意偏置 D、与漏源电压极性一致 8.某场效应管的转移特性如下图所示，则该管是【】场效应管。 A、增强型NMOS B、耗尽型NMOS C、增强型PMOS D、耗尽型PMOS
则电流ID约为( )。
A、11mA
B、20mA
C、10.1mA
D、20.1mA
6.如右图所示电路中，已知电源电压 E=4V 时,I=1mA。那么当电源电压 E=8V 时,
电流I的大小将是( )。
A、I =1mA B、I >1mA C、1mA <I <2mA D、I >2mA
7.二极管整流电路是利用（
PCM,最大集电极电流ICM和极间反向击穿电压UCBO、UCEO、UEBO
第2章三极管及其放大电路基础
放大电路：放大电路放大的本质是能量的控制与转换，是在输入信号的作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量。放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。能够控制能量的元件称为有源器件。
8.场效应管按结构可分
、
料可分为
、
。
；从工作性能可分、
；从基片材
9.结型场效应管利用栅源极间所加的 (反偏电压、反向电流、正偏电压)来改变导电沟道的电阻；P沟道结型场效应管的夹断电压UGS为 (正值、负值、零) 。

第六章模拟集成电路 59页PPT

( Rc
//
1 2
RL
)
rbe (1)Re
Rid 2[rbe(1)Re]
单端输出共模增益
AVC1

Rc // RL 2ro Re
6.4 集成运算放大器
一. 集成运放的总体结构
二. 简单的集成运放
集成运算放大器符号
国内符号：
反相输入端 u－同相输入端 u+
－
＋

∞
＋
输出端 uo
算到输入端的等效输入漂移电压值。
例如
漂移 10 mV+100 μV
假设 AV1=100,
AV2=100AV ,3=1。
若第一级漂移了100μ V，
则输出漂移1v。
漂了 100 μV
若第二级也漂了100μ V，
则输出漂移 10mV。 3. 减小零漂的措施
第一级是关键
漂移 1 V+ 10 mV
漂移 1 V+ 10 mV
Rb rbe
可以看出：加大Re，可以提
高共模抑制比。为此可用恒流源
T3来代替Re 。
恒流源相当于阻值很大的电阻。
恒流源使共模放大倍数减小,从而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。
恒流源的直流电流数值为
IE3 =(VZ - VBE3 )/ Re
1. 差动放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：
E 1 ES
U T
ES
iE1iE2(ie1IE1)(IE2ie2)
vB2 E
vB2 E IE1IE2IO
iE 2IE(S e U T1 )IEeS U T

模拟CMOS集成电路设计精粹ppt 第二章

只要L和C串联损耗阻抗为0，L和C就不产生noise，在无源器件中，只有电阻产生额外的noise。电路中加入了L就会使得gm和输出电阻都与f有关。如果不含串联的R or L，输入阻抗ZinL是容性的，现在则变成了纯阻性的，其值为gmLS/CGS,或LSω T，原因是输入CGS被电感抵消了。这样输入电阻可以很容易地被设计成50 ，从而与50传输线（同轴电缆，天线等）相匹配。这种方法可设计出一个超高f低 noise放大器。
采用两种相同的电流偏置，但右边电路（2）中M2和M1并联，哪一种更好呢？（2）放大器中，输出电阻较大，∴增益相对较高，相应的带宽窄一些。可用另一个晶体管构成电流源，这个晶体管是PMOST 器件，它的栅极与参考电压相连，产生直流偏置电流。还存在下面两种电路形式。
第一种放大器有一个恒定的直流偏置电流，∵作为电流源的M2的栅极与一个直流参考电压相连。低f 情况下，负载CL不起作用，此时，M1和M2的直流电流不随信号电平而变化。被定义为A类放大器。第二种，连接并同时驱动两个管的栅极，结果完全不同。根据所输入信号电平的不同，流过两个管的电流变化非常大。这就是AB类放大器。实际上，在数字输入信号和模拟输入信号中都有可能采用第二种放大器。
实现这样一种串联反馈电阻的一个简单方法是采用一个nMOST管，让其工作在线性区。但只有当VDS2很小，在100mV～200mV之间才有可能。两个晶体管的VGS也不同。 MOST M1工作在饱和区，包含一个参数 K‘，而M2是作为一个电阻使用，包含参数KP，它们的参数n不同，n本身也是一个不确定的值
在增益表达式中，保留输出电阻，能较好地理解同样的输出电阻是怎样来决定输出极点或者带宽的。在计算GBW时，这个输出电阻被消去，这和单管情况一样。但GBW变成了2倍，∵单管的跨导增大了2倍， ∴这是电流复用的一个简单例子。GBW是最重要的技术指标，它表明在任意f下，可以获得多大的电压增益。它通过gm取决于电流。