CMOS集成电路设计拉扎维反馈
模拟cmos集成电路设计拉扎维第4章差分放大器
Rin =
RD + rO
RD
+1
1 + ( g m + g mb )rO ( g m + g mb )rO g m + g mb
R = {[1 + (g + g )r ]R + r } || R 路漫漫其修远兮,
吾将上下而求索
out
m
mb o S
o
D
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11
上一章
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5
上一章
二极管接法的MOS 管做负载的共源级
线性度好，输出摆幅小，增益不能太大（否 则摆幅小、带宽小）
Av =
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
(W / L)1 1
(W / L)2 1 +
Av =
n (W / L ) 1 p (W / L ) 2
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6
上一章
电流源做负载的共源级
增益大
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Av = m ro1 || ro2
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上一章
深线性区MOS管做负载的共源级
输出摆幅大（可以为VDD）
得到精准的Ron2比较困难；受工艺、温度变 化影响比较大，产生稳定、精确的Vb比较 难
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
=
g mR D
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1 + g mR S
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上一章
共漏级－源跟随器
Rin大，Rout小，输出摆幅 小，增益有百分之几非线性； PMOS管能消除体效应，提高 线性度，但输出阻抗大，带宽 降低；电压缓冲器、电压平移
模拟cmos集成电路设计拉扎维MOS器件物理基础PPT课件
第23页/共61页
跨导gm
VGS对IDS的控制能力 IDS对VGS变化的灵敏度
gm ID VGS VDS cons tant
• 直流关系式－I/V特性 • 交流关系式－小信号电路中的参数
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MOS管简化模型
简化模型——开关 由VG控制的一个开关
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MOS管的结构
Bulk（body）
源漏在物理结构上是完全对称的，靠什么区分开？
提供载流子的端口为源，收集载流子的端口为漏
最重要的工作区域？
受VG控制的沟道区
• 小信号模型 • 信号相对于偏置工作点而言比较小、不会显著影响偏置工作点时用该模型简化计算 • 由gm、 gmb、rO等构成低频小信号模型，高频时还需加上 CGS等寄生电容、寄生电阻（接触孔电阻、 导电层电阻等）
沟道电荷的产生
当VG大到一定 程度时，表面势 使电子从源流向 沟道区 VTH定义为表面电 子浓度等于衬底 多子浓度时的VG
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阈值电压
0 栅与衬底功函数差
COX
OX
TOX
常通过沟道注入把VTH0调节到合适值 工艺确定后，VTH0就固定了，设计者无法改变
第13页/共61页
I/V特性－沟道随VDS的变化
第3页/共61页
掌握器件物理知识的必要性
• 数字电路设计师一般不需要进入器件内部，只把它当开关用即可 • AIC设计师必须进入器件内部，具备器件物理知识
• MOS管是AIC的基本元件 • MOS管的电特性与器件内部的物理机制密切相关，设计时需将两者结
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第3章单级放大器(一)
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理
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放大器的性能参数
参数之间互相
制约，设计时
需要在这些参
数间折衷
AIC设计的
八边形法则
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本讲
放大器基础知识
共源级—电阻做负载
共源级—二极管接法的MOS 管做负载
共源级—电流源做负载
共源级－深线性区MOS管做负载 共源级－带源极负反馈
大信号特性
1
W
n COX ( )1 (Vin
2
L
VTH 1 ) 2
1
W
= C ( n OX ) 2 (VDD Vout
2
L
VTH 2 ) 2
W
W
V = ( )1 (Vin ) TH 1 ( ) 2 (VDD Vout
L
L
VTH 2 )
若VTH2随 Vout变化很 小，则有很 好线性度
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共源级—电阻做负载
小信号分析
饱和区时大信号关系式
小信号增益
与小信号等效电
路结果一致
增益随Vin的变化而变化，在信号摆幅较大时会引入非线性
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Av的最大化
共源级—电阻做负载
Av = m RD
Av =
2 C n ox W VRD
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31
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共源级－深线性区MOS管做负载
Vb要足够低，使M2工作在深线性区
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。
拉扎维模拟CMOS集成电路设计第三章作业答案详解完整版教程解析
拉扎维模拟CMOS集成电路设计第三章作业答案详解完整版教程解析1. 引言在拉扎维模拟CMOS集成电路设计第三章的作业中，涉及了多个内容，包括放大电路、反馈放大电路、功率放大电路等。
本文将对这些内容进行详细的解析和讲解，并给出相应的答案。
2. 放大电路放大电路是电子电路中非常常见且重要的一种电路结构。
在本章的作业中，我们需要设计一个放大电路，并回答一些相关问题。
2.1 放大电路设计根据作业要求，我们需要设计一个放大电路，输入信号为正弦波，放大倍数为10倍。
我们可以选择使用CMOS集成电路来实现这个放大电路。
首先，我们需要根据放大倍数和输入信号的幅度来确定CMOS放大电路的电路参数。
在设计过程中，我们需要考虑一些关键因素，包括电流源、负反馈电阻等。
其次，我们可以选择合适的电路拓扑结构，例如共源共栅放大电路、共源共漏放大电路等。
根据实际情况，我们可以选择合适的电路结构。
最后，我们需要进行电路参数的计算和电路的仿真。
通过计算和仿真，我们可以得到放大电路的性能指标，例如增益、截止频率等。
2.2 放大电路问题解答在作业中，还需要回答一些问题，例如输入电阻、输出电阻、频率响应等。
针对这些问题，我们需要根据放大电路的拓扑结构和电路参数做相应的计算和分析。
例如，输入电阻可以通过计算输入端的电流和电压之比得到；输出电阻可以通过计算输出端的电流和电压之比得到；频率响应可以通过对放大电路进行交流分析得到。
总的来说，放大电路的设计和问题解答需要综合考虑多个因素，包括电路参数、电路结构、输入信号的幅度、负载等。
需要进行一系列的计算和仿真，以得到满足要求的电路性能。
3. 反馈放大电路反馈放大电路是一种常见的电路结构，它可以通过引入反馈回路来改善电路性能，例如增益稳定性、线性度等。
在作业中，我们需要设计一个反馈放大电路，并回答一些相关问题。
3.1 反馈放大电路设计根据作业要求，我们需要设计一个反馈放大电路，输入信号为正弦波，放大倍数为20倍。
模拟CMOS集成电路设计(毕查德·拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社) 绪论课件
模拟CMOS集成电路设计教材n模拟CMOS集成电路设计，毕查德.拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社参考资料n半导体集成电路，朱正涌，清华大学出版杜n CMOS模拟电路设计（英文），P.E.Allen，D.R.Holberg，电子工业出版社n模拟集成电路的分析与设计，P.R.Gray等著，高等教育出版社半导体集成电路发展历史n1947年BELL实验室发明了世界上第一个点接触式晶体管（Ge NPN）半导体集成电路发展历史n1948年BELL 实验室的肖克利发明结型晶体管n1956年肖克利、布拉顿和巴丁一起荣获诺贝尔物理学奖n50年代晶体管得到大发展（材料由Ge→Si）半导体集成电路发展历史n1958年TI公司基尔比发明第一块简单IC。
n在Ge晶片上集成了12个器件。
n基尔比也因此与赫伯特·克勒默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物理学奖。
半导体集成电路发展历史n19世纪60年代美国仙童公司的诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术，从而推动了IC制造业的大发展。
半导体集成电路发展历史n60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用n1966年MOS LSI发明（集成度高，功耗低）n70年代MOS LSI得到大发展（出现集成化微处理器，存储器）n80年代VLSI出现，使IC进入了崭新的阶段。
n90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC 不断涌现，并成为IC应用的主流产品。
n21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开n展望可望突破一些先前认为的IC发展极限，对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。
集成电路用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺（或这些工艺的组合），把电路的有源器件、无源元件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上，最后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。
模拟集成电路n1967年国际电工委员会（IEC）正式提出模拟集成电路的概念，它包括了除逻辑集成电路以外的所有半导体集成电路。
拉扎维_模拟CMOS集成电路设计课后答案
CORRECTIONS TO SOLUTIONS MANUALIn the new edition, some chapter problems have been reordered and equations and figure refer-ences have changed. The solutions manual is based on the preview edition and therefore must be corrected to apply to the new edition. Below is a list reflecting those changes.The “NEW” column contains the problem numbers in the new edition. If that problem was origi-nally under another number in the preview edition,that number will be listed in the“PREVIEW”column on the same line.In addition,if a reference used in that problem has changed,that change will be noted under the problem number in quotes. Chapters and problems not listed are unchanged.For example:NEW PREVIEW--------------4.18 4.5“Fig. 4.38” “Fig. 4.35”“Fig. 4.39” “Fig. 4.36”The above means that problem4.18in the new edition was problem4.5in the preview edition.To find its solution, look up problem 4.5 in the solutions manual. Also, the problem 4.5 solution referred to “Fig. 4.35” and “Fig. 4.36” and should now be “Fig. 4.38” and “Fig. 4.39,” respec-tively._____________________________________________________________________________ CHAPTER 3NEW PREVIEW--------------3.1 3.83.2 3.93.3 3.113.4 3.123.5 3.133.6 3.143.7 3.15“From 3.6” “From 3.14”3.8 3.163.9 3.173.10 3.183.11 3.193.12 3.203.13 3.213.14 3.223.15 3.13.16 3.23.17 3.2’3.18 3.33.19 3.43.20 3.53.21 3.63.22 3.73.23 3.103.24 3.233.25 3.243.26 3.253.27 3.263.28 3.273.29 3.28 CHAPTER 4NEW PREVIEW--------------4.1 4.124.2 4.134.3 4.144.4 4.154.5 4.164.6 4.174.7 4.18“p. 4.6” “p. 4.17”4.8 4.194.9 4.204.10 4.214.11 4.224.12 4.234.13 4.24“p. 4.9” “p. 4.20”4.14 4.1“(4.52)” “(4.51)”“(4.53)” “(4.52)”4.15 4.24.16 4.34.17 4.44.18 4.5“Fig. 4.38” “Fig. 4.35”“Fig. 4.39” “Fig. 4.36”4.19 4.6“Fig 4.39(c)” “Fig 4.36(c)”4.20 4.74.21 4.84.22 4.94.23 4.104.24 4.114.25 4.254.26 4.26“p. 4.9” “p. 4.20”CHAPTER 5NEW PREVIEW--------------5.1 5.165.2 5.175.3 5.185.4 5.195.5 5.205.6 5.215.7 5.225.8 5.235.9 5.15.10 5.25.11 5.35.12 5.45.13 5.55.14 5.65.15 5.75.16 5.85.17 5.95.18 5.10“Similar to 5.18(a)” “Similar to 5.10(a)”5.19 5.115.20 5.125.21 5.135.22 5.145.23 5.15CHAPTER 6NEW PREVIEW--------------6.1 6.76.2 6.86.3 6.9“from eq(6.23)” “from eq(6.20)”6.4 6.106.5 6.11“eq (6.52)” “eq (6.49)”6.6 6.16.7 6.26.8 6.36.9 6.46.10 6.56.11 6.66.13 6.13“eq (6.56)” “eq (6.53)”“problem 3” “problem 9”6.16 6.16“to (6.23) & (6.80)” “to (6.20) & (6.76)”6.17 6.17“equation (6.23)” “equation (6.20)”CHAPTER 7NEW PREVIEW--------------7.27.2“eqn. (7.59)” “eqn. (7.57)”7.177.17“eqn. (7.59)” “eqn. (7.57)7.197.19“eqns 7.66 and 7.67” “eqns 7.60 and 7.61”7.217.21“eqn. 7.66” “eqn. 7.60”7.227.22“eqns 7.70 and 7.71” “eqns. 7.64 and 7.65”7.237.23“eqn. 7.71” “eqn. 7.65”7.247.24“eqn 7.79” “eqn 7.73”CHAPTER 8NEW PREVIEW--------------8.18.58.28.68.38.78.48.88.58.98.68.108.78.118.88.18.98.28.108.38.118.48.138.13“problem 8.5” “problem 8.9”CHAPTER 13NEW PREVIEW--------------3.17 3.17“Eq. (3.123)” “Eq. (3.119)”CHAPTER 14 - New Chapter, “Oscillators”CHAPTER 15 - New Chapter, “Phase-Locked Loops”CHAPTER 16 - Was Chapter 14 in Preview Ed.Change all chapter references in solutions manual from 14 to 16. CHAPTER 17 - Was Chapter 15 in Preview Ed.Change all chapter references in solutions manual from 15 to 17. CHAPTER 18 - Was Chapter 16 in Preview Ed.NEW PREVIEW--------------18.316.3“Fig. 18.12(c)” “Fig. 16.13(c)”18.816.8“Fig. 18.33(a,b,c,d)” “Fig. 16.34(a,b,c,d)”Also, change all chapter references from 16 to 18.。
CMOS模拟集成电路设计 拉扎维课件
1st 代：MOS1，MOS2，MOS3； 2nd代：BSIM，HSPICE level＝28，BSIM2 3rd代：BSIM3，MOS model9，EKV(Enz-Krummenacher-Vittoz)
目前工艺厂家最常提供的MOS SPICE模型为BSIM3v3 （UC Berkeley）
CMOS模拟集成电路设计
绪论、MOS器件物理基础
王永生 Harbin Institute of Technology Microelectronics Center
2009-1-16
提纲
2
提纲
1、绪论 2、MOS器件物理基础
HIT Microelectronics
王永生
2009-1-16
2.3.1体效应
对于NMOS，当VB<VS时，随VB下降，在没反型前， 耗尽区的电荷Qd增加，造成VTH增加，也称为“背栅 效应”
其中，γ为体效应系数
HIT Microelectronics
VTH 0
VTH
王永生
2009-1-16
MOS器件物理基础
15
2.3.2 沟道长度调制效应
当沟道夹断后，当VDS增大时，沟道长度逐渐减小， 即有效沟道长度L’是VDS的函数。
定义L’=L-ΔL， ΔL/L=λVDS
λ为沟道长度调制系数。
HIT Microelectronics
王永生
2009-1-16
MOS器件物理基础
16
2.3.3亚阈值导电性
当VGS≈VTH时和略小于VTH ，“弱”反型层依然存在， 与VGS呈现指数关系。当VDS大于200mV时，
这里ζ>1，VT＝kT/q
CMOS集成电路设计-拉扎维第八章-反馈
即 : VF Vt
C2 C1 C2
g r m1 O1
（a） （b）
反馈电路的特性
3.输入阻抗变化
考虑图（a）的电路，他是一个共栅级 电路。两电容构成反馈回路。如图（b） 那样，断开反馈回路，可写出：
(a) 对图（c）的闭环电路，我们可写出：
(c)
反馈电路的特性
3.输入阻抗变化
将M2和M1的漏电流相加，可得出：
反馈提供了一种增加电路带宽的方法，如果同时要求高的 增益，可以采用多个高带宽放大器级连
电路模型：
2 放大器的种类
一个检测电压的电路必须具有高的输入阻抗（像一个电压表），而一个检测电流信号 的电路必须具有低的输入阻抗（像一个电流表）。
一个产生电压的电路必须具有低输出阻抗（像一个电压源）,而一个产生电流信号的电 路必须具有高的输出阻抗（像一个电流源）.
2）电流-电压反馈
1.反馈网络以串联形式与输出相联 以检测输出电流,并以串联形式与 输入相联反馈一个电压,它是串联串联反馈. • 前馈网络Gm：V-I；反馈网络RF：I-V Gm：前馈网络增益，跨导的量纲 RF：反馈网络增益，电阻的量纲 串联-串联反馈
VF RF Iout ,Ve Vin RF Iout
1 gm1ro1
C1 C2
, for large gm1ro1
反馈电路的特性
1. 增益灵敏度降低:
一个实例（右边共源级电路）:
无反馈时: AV g r m1 o1
由于gm1和rO1 都随工艺和温度而 变,电路的增益不稳定. 带反馈时: 如果 gm1ro1 >>1,
Vout
1
C1
Vin
4）电流-电流反馈
Iout AI
模拟CMOS集成电路设计 拉扎维 ——复旦大学课件
参杂半导体
• 掺入三家获五价原子，提供一个载流子。
• N型：掺入五价元素，如磷（P)、砷（As），
提供一个电子，电子导电。
若：ND 是参杂浓度，D代表施主浓度 多子（电子）浓度： nn = ND
少子（空穴）浓度：
Pn
=
n
2 i
/
ND
• P型：掺入三价元素，如硼（B)，
提供一个空穴，空穴导电。
若：NA 是参杂浓度，A代表施主浓度 多子（空穴）浓度： Pp = NA
参数化模块/单元 layout
宏模型 Matlab…
器件
器件特性
版图描述 design rule
器件模型 spice model
模拟集成电路的应用
• 模拟电路本质上是不可替代的
– 自然界是“模拟”的
• 集成传感器、显示驱动 • 模数和数模转换
– 数字信号经过传输后à模拟信号
• 无线和有线通讯 • 磁盘驱动
单极点低通Gm-C滤波器
Gm由偏置电流或电压确定，易受工艺、温度和电源 电压变化的影响
磁盘驱动器中的模块电路（2)
• 模数转换器(ADC)
– 6位ADC， – 由VCO提供采样时钟。采样频率由数字时钟恢复电路控
制。 – 偏移控制：采集63个比较器的失调电压，反馈到输入
端，抵消由此引起的失真。
• 数字信号处理
dQn dVR
=
ε 0ε si 2 ΦB
qN D + VR
1
2
=
Cj0
1
1
+
VR ΦB
2
C j0
=
ε
0ε si qN 2Φ B
D
2
= ε0εsi xn
模拟CMOS集成电路设计拉扎维第10章(部分)
第10章 稳定性与频率补偿
PM 45
H ( ) 135 1 H (1 ) 1
பைடு நூலகம்
第10章 稳定性与频率补偿
增益无穷大，噪声振荡。（巴克豪判据） o H ( jw1 ) 180
H ( jw1 ) 1
第10章 稳定性与频率补偿
不稳定系统和稳定系统的环路增益的波特图：
第10章 稳定性与频率补偿
增益交点用GX表示，相位交点用PX表示。
相位裕度：
phase margin，PM。电路设计中非常重要的指标，主要用来衡量负 反馈系统的稳定性。可以看作是系统进入不稳定状态之前可以增加的相位变 化，相位裕度越大，系统越稳定，但同时时间响应速度减慢了，因此必须要 有一个比较合适的相位裕度。
第10章 稳定性与频率补偿
10 稳定性与频率补偿
反馈： • 通过抑制开环性能的变化而精确地工作 • 不稳定，可能产生振荡 稳定性判别 相位裕度
第10章 稳定性与频率补偿
基本负反馈系统：
闭环传输函数：
Y H ( s) s X 1 H (s)
X s Y s H (s) Y s
PM 180o H ( 1 ), 1 是增益交点频率。
第10章 稳定性与频率补偿
第10章 稳定性与频率补偿
对于图（a），在GX处，
H ( j1 ) 1 exp( j175o ) H ( j1 ) Y 11.5 ( j1 ) X 1 H ( j1 )
对于图（b），GX超前PX有更大的间距。GX与PX间距越大（同时GX 保持小于PX）,反馈系统越稳定。另一方面，在增益交点频率下的 H 的相位可以作为稳定性的度量：该处的 H 越小，系统越稳定。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第3章单级放大器(一)资料
二极管接法的MOS管、电流源、线性区MOS管
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理
18
本讲
放大器基础知识 共源级—电阻做负载 共源级—二极管接法的MOS 管做负载 共源级—电流源做负载 共源级－深线性区MOS管做负载 共源级－带源极负反馈
若VTH2随 Vout变化很 小，则有很 好线性度
进入线性区
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理
的转换点
25
共源级—二极管接法的MOS 管做负载
用PMOS管做负载时
PMOS管无体效应 忽略rO时
n (W / L)1 Av = p (W / L) 2
优点：增益只于尺寸有关，线性度好
缺点1：大增益需要极大的器件尺寸
考虑rO后的增益
r O1 Av = g m (
1 || RD) RD = // rO2 gm2
1 rO1 rO 2 g m2
Av = g m1 (
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理
)
28
如何获得单级更高增益？
本讲
放大器基础知识 共源级—电阻做负载 共源级—二极管接法的MOS 管做负载 共源级—电流源做负载 共源级－深线性区MOS管做负载 共源级－带源极负反馈
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理
3
跨导gm
VGS对IDS的控制能力 IDS对VGS变化的灵敏度
gm =
ID VGS VDS cons tan t
W ox L
gm = 2nC
W ox D L
I
= nC
2ID (VGS VTH ), 饱和区时 = VGS V TH
拉扎维模拟CMOS集成电路设计第三章作业答案详解完整版教程解析 (2)
拉扎维模拟CMOS集成电路设计第三章作业答案详解完整版教程解析第一题题目：请解释拉扎维模拟CMOS集成电路设计的主要目标。
拉扎维模拟CMOS集成电路设计的主要目标是通过集成电路设计技术来实现高性能、低功耗、低噪声、高稳定性的模拟电路。
具体目标包括：1.高性能：通过优化电路结构和参数，提高电路的增益、带宽和速度，以满足高性能模拟信号处理需求。
2.低功耗：采用低功耗设计技术，减少功耗和电源电压，提高电路的能效比，延长电池寿命。
3.低噪声：通过降低噪声源和优化电路设计，减少电路的噪声，并提高信号与噪声比，以提高电路的信号处理能力。
4.高稳定性：通过减小电路参数的变化范围、提高电路对温度、工艺和电源电压的抵抗能力，提高电路的稳定性和可靠性。
综合上述目标，拉扎维模拟CMOS集成电路设计致力于设计出符合实际需求，并具有良好性能、可靠性和可实施性的模拟电路。
第二题题目：什么是负载效应？在拉扎维模拟CMOS集成电路中如何考虑负载效应？负载效应是指当负载改变时，电路的工作条件和性能表现发生变化的现象。
在拉扎维模拟CMOS集成电路中，考虑负载效应是非常重要的。
拉扎维模拟CMOS集成电路中，电路的输入和输出之间会存在阻抗差异，从而导致在连接电路之间引入额外的电容和电阻负载。
这些负载对电路的工作状态产生影响，可能导致增益降低、频率响应偏移、功耗增加等问题。
为了考虑负载效应，在拉扎维模拟CMOS集成电路设计中，需要进行以下步骤：1.电路参数分析：通过计算和仿真，分析电路的输入和输出阻抗，确定电路的负载情况。
2.负载效应补偿：根据负载效应分析结果，采取一系列补偿措施来消除或减小负载效应对电路性能的影响。
例如，可以通过优化电路的结构或参数来改变电路的负载特性，使其更符合设计要求。
3.电路稳定性分析：在设计过程中，还需要对电路的稳定性进行分析。
如果负载效应较大，可能会导致电路的振荡或不稳定现象。
通过稳定性分析，可以预测和避免这些问题的发生。
拉扎维的《AnalogCMOS集成电路设计》学习感受
拉扎维的《AnalogCMOS集成电路设计》学习感受从学校微电子专业毕业，工作已经五年了。
最近终于完完整整地看完一遍拉扎维的《Design of Analog CMOS integrated circuits》。
在此记一下学习本书的感受和心得。
1、《Analog CMOS集成电路设计》是一本很好的集成电路设计入门的书籍。
其中涉及到许多的背景知识，随着读者的水平不一，看到的层次不一。
有些第一次看没感受，多看几次会有感受；有些在经历相关工作前看没觉得，但有工作经验之后看有新的体会；还有一些，你看了之后会去查找相关的专业知识来进行补充。
第一章《绪论》讲述了模拟设计的应用场合，设计挑战及要求(如鲁棒性、PVT)。
第二章《MOS器件物理基础》是全书的基础，推导出器件的电流公式Id及跨导公式gm，后面的设计都紧紧围绕着两个公式展开。
后面的习题对了解MOS管的行为，提升设计的直觉有很大的帮助。
第三章《单级放大器》基于MOS的三个端子讲述了三种单级放大器：共源级、共栅极、共漏级(源跟随)；和一种组合：共源共栅。
其中例3.10涉及到50ohm高速传输线知识和实际的相关设计比较。
第四章《差动放大器》,描述了差动对信号具有抗噪声的优点（还有EMI降低），及差动对的分析、共模抑制比、吉尔伯特单元等。
第五章《电流镜》，分析了电流镜的特点和在差动电路中的应用。
第六章《放大器的频率特性》，介绍了密勒效应，每一级的极点的计算和评估。
这章开始涉及频率响应。
第七章《噪声》，介绍了IC中的各种噪声：热噪声4kTR(4kTrgm)、闪烁噪声(1/f噪声)K/(CoxWLf).给出了多种电路的主要噪声的谱和RMS计算，相应的低噪声的要求和特征。
第八章《反馈》，系统地描叙了反馈的结构，种类(V-V,V-I,I-I,I-I)，环路增益计算，负反馈对电路性能带来的改变(增益灵敏度降低、阻抗有益改变、带宽增加，非线性减少)。
第九章《运算放大器》介绍运放中的一系列技术，最主要的事套筒式和折叠式；单级和多级运放，共模反馈，Rail-Rail介绍，大信号的转换速率slewing rate响应，电源抑制，注意Vdd至Vout约为1。
模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第九章运算放大器
合理安排元件的位置，使它们在版图上相对集中， 以减小连线误差和寄生效应。
方向匹配
确保同一类型的元件具有相同的旋转方向，以减 小失配误差。
防止噪声干扰
01
02
03
隔离噪声源
将噪声源与敏感电路隔离， 以减小噪声干扰。
滤波器设计
在版图中加入适当的滤波 器，以减小信号中的噪声 成分。
接地措施
合理接地，减小地线阻抗 和电位差，以减小噪声干 扰。
在数字电路中的应用
模拟数字转换器（ADC）
运算放大器在ADC中用于放大模拟信号并将其转换为数字信 号。
数字模拟转换器（DAC）
运算放大器在DAC中用于将数字信号转换为模拟信号，实现 数字控制和调节。
在信号处理中的应用
信号调理
运算放大器用于信号的放大、缩小、隔离和缓冲，以适应后续的 信号处理或测量设备。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第九章
运算放大器
$number {01}
目 录
• 运算放大器概述 • 运算放大器的基本结构和工作原
理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的设计流程 • 运算放大器的版图设计技巧 • 运算放大器的实际应用案例分析
01
运算放大器概述
定义与功能
定义
运算放大器是一种具有高放大倍数、 高输入电阻和低输出电阻的直接耦合 放大电路，通常由两个晶体管组成。
运算放大器的主要参数
增益
01 运算放大器的放大倍数，通常
用开环增益表示。
带宽
02 运算放大器能够处理的信号频
率范围，通常用单位Hz表示。
输入电阻
03 运算放大器的输入端电阻，通
常用MΩ表示。
输出电阻
模拟cmos集成电路设计拉扎维第4章差分放大器ppt课件
16
差分放大器
优点
抗干扰能力强，高线性度等 和单端电路相比，差分电路规模加倍
与获得的性能提高相比，这个不算做缺点
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
17
本讲
差分放大器简介 简单差分放大器 基本差分对放大器
大信号差分特性 大信号共模特性 小信号差分特性 小信号共模特性
MOS管做负载的基本差分对放大器 差分放大器的应用－Gilbert单元
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
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本讲
差分放大器简介 简单差分放大器 基本差分对放大器
大信号差分特性 大信号共模特性 小信号差分特性 小信号共模特性
MOS管做负载的基本差分对放大器 差分放大器的应用－Gilbert单元
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
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差分放大器简介
AIC中非常重要的电路模块 对两个信号的差值进行放大
(V X V )Y Vin 2引起的 = g m RDVin 2
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小信号差分特性－用叠加法求全差分时的 差模增益
(VX V ) = Y Vin1引起的 gm RDVin1 (VX VY )Vin 2引起的 = gm RDVin2
(VX V ) = Y Vin1和Vin2共同引起的 gmRD (Vin1 Vin2 )
Rout
=
g
1 m+ g
mb
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10
上一章
共栅级
Rin小，Rout大
Av = gm(1+ )RD
Rin = 1/[gm (1+ )]
Rin =
RD + rO
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馈变化。
可见，3dB带宽增加了βA0倍，但是以增益的减小为代价的
扩展带宽的使用实例
反馈提供了一种增加电路带宽的方法，如果同时要求高的 增益，可以采用多个高带宽放大器级连
电路模型：
2 放大器的种类
一个检测电压的电路必须具有高的输入阻抗（像一个电压表），而一个检测电流信号 的电路必须具有低的输入阻抗（像一个电流表）。
检测和输出 电流信号。
放大器的种类
改进性能的四种放大器:
改变了输出阻抗，或者提高了增益
例題 : 计算图中跨导放大器的增益。
答：
在此情況下的增益被定义为 Gm=Iout/Vin，也就是
Gm
VX Vin
Iout VX
gm1(rO1 || RD ) gm2
3 检测和返回机制
信号的检测和返回
VOUT
1
VIN
1
1 gm1ro1
C2 C1
1 g r m1 o1
C1 C2
, for large gm1ro1
反馈电路的特性
1. 增益灵敏度降低:
一个实例（右边共源级电路）:
无反馈时: AV g r m1 o1
由于gm1和 rO1 都随工艺和温度而 变,电路的增益不稳定. 带反馈时: 如果 gm1ro1 >>1,
负反馈会使系统趋于稳定
反馈：闭环传输函数
前馈网络
反馈网络
H(s)
开环传输函数，开环增益
Y(s)/ X(s)
闭环传输函数，闭环增益
G(s)
若与频率无关，可用 反馈系数代替
H(s)× G(s)
环路增益LG
反馈特性1：降低增益灵敏度
Xe Xf
ACL
Y X
A
1 A
1
A 1 A
1
Vout
1
C1
VinΒιβλιοθήκη 11 gm1ro1
C2 C1
1 gm1ro1
C2
1/gm1ro1可忽略
简单共源级
带反馈的共源级
结论: 负反馈使增益灵敏度 降低.即,闭环增益对器件参 数极不灵敏.
反馈电路的特性
2. 环路增益的计算方法：
如图（a）所示，将主输入设为零，在某点断 开环路，在“顺时针方向”注入一个测试信号， 使信号沿环路绕，直到回到这个断点，我们可 得到一个电压值。这样导出的传输函数的负值 就是环路增益。它是一个无量纲的量。
VF
即 : VF Vt
C2 C1 C2
g r m1 O1
（a） （b）
反馈电路的特性
3.输入阻抗变化
考虑图（a）的电路，他是一个共栅级 电路。两电容构成反馈回路。如图（b） 那样，断开反馈回路，可写出：
(a) 对图（c）的闭环电路，我们可写出：
(c)
反馈电路的特性
3.输入阻抗变化
检测：
电压的检测: 要检测一个电压，在检测处并联一个电压表， 如图（a）。在反馈系统中，这种检测类型叫“并联反馈”。 电流的检测:要检测一个电流，在检测处串入一个电流表， 如图（b）。在反馈系统中，这种检测类型叫“串联反馈”。
• (a)：检测电压，并联电压表 (b)：检测电流，串联电流表 • (c)：检测电流的实际电路，测Rs的压降
检测和返回机制
返回：信号相加
电压相加：串联(反馈信号 与输入信号不同节点)
电流相加：并联(反馈信号 与输入信号同一节点)
电压相加
电流相加
9.2 反馈结构
• 电压电压反馈: 是并-串反馈（反馈网络和输出并联，和输入串联） 采样输出电压并且以电压形式返回反馈信号。
• 电流电压反馈: 是串-串反馈（反馈网络和输出串联，和输入串联） 采样输出电流,并且以电压形式返回反馈信号.
Step1：输入置为0，并断开环路
Step2：加测试信号Vt，求VF
将上述方法应用于上页图（b）所示的带反 馈的共源级电路，则得到右下图（b）所示 的电路。由（a）图可写出：
Vt (1) A VF 则有：VF/Vt -A
由图(b)可写出:
Vt
C2 C1 C2
( g r m1 O1 )
一个产生电压的电路必须具有低输出阻抗（像一个电压源）,而一个产生电流信号的电 路必须具有高的输出阻抗（像一个电流源）.
放大器的种类
每种放大器的简单实现电路:
共源级
检测和输出电压 信号。
共栅级
共源级
共栅器件
作为跨阻放大器，把 源极电流信号转换为 漏极电压信号。
作为跨导放大器，检测 输入电压信号并输出电 流信号。
第八章
反馈
什么是反馈？
反馈：系统的输出反过来影响系统的输入
负反馈：输出对输入的影响与原输入相反。 正反馈：输出变动时，系统
即：系统在一个条件变化时，系统会作出 会放大原来的输出变动，无
抵抗该变化的行为。
法达到平衡的效果
在自然界有许多系统有负反馈的特性， 例如人的体温上升时会流汗，流汗会散热 使体温下降
• 电压电流反馈: 并-并反馈（shunt-shunt feedback） 采样输出电压并且一部分电流被返回到输入端的相加点.
将M2和M1的漏电流相加，可得出：
可求出： 可证明，此为环路增益
输入电阻减小的倍数
4.输出阻抗变化
反馈电路的特性
对右图（a）所示 的电路，它是用反 馈改变输出阻抗的 实例。图（b）是此 电路输入端短路后 计算输出阻抗的图。
(a)带反馈的共源级；(b) 输出电阻的计算。
由图（b）可得：
I D1
VX
AS A0
1 S
0
A0是低频增益, 是3dB带宽。 0
则闭环系统的传输函数是:
此表明，对单极点系统：
A0
Y X
S
( A0 1 S
0
)
/1
A0 1 S
0
1
1 A0
S
1 A0
0
—— 3dB 带宽增加了 (1+ A0) 倍。
C1 C1 C2
gm2
RS
RS 1
gm1 gmb1
因为： I X
所以：
VX
RD
I X 1 gm2 RS (gm1 gmb1)RD C1
(gm1 gmb1)RS 1 C1 C2
VX R D I D1
输出电阻减小
5.带宽变化
反馈电路的特性
假定前馈放大器的传输函数只有一个极点,是:
(1
1 )
A
1
(if A 1)
βA，环路增益（Loop Gain），βA越大，闭环增益就越精确
灵敏度降低即是：闭环增益对器件参数的变化没有开环敏感
增益灵敏度降低的例子
Vout VX
g r m1 o1
Vin VX sC1 VX Vout sC2
无源器件组成的 固定值