模拟CMOS集成电路设计复习提纲

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Av 0
Gm Rout
gm 1 gmRS
RD
RD RS
(gmRS 1)
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 15
共漏MOSFET(源跟随器)
RS||ro
西电微电子:模拟集成 电路设计
Rout
gm
1 gmb
Av 0
1 RS || ro
gm gm gmb
Summary # 16
2020/4/5
Summary # 36
反馈的特性1:降低增益灵敏度
ACL
Y X
A
1 A
1
A 1 A
1
(if A 1)
dACL dA
1
1 A 2
dACL 1 dA
ACL 1 A A
2020/4/5
Summary # 37
反馈的特性3: 扩展带宽
Giv
en
A
1
A0 s
0
A0
1 s
A0
ACL
A
共栅管的输入电阻
V1 0 VX
Vbs 0 VX
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
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 17
共栅管的输出电阻
Rup Rdown
1 A
1
பைடு நூலகம்
1
0 A0
s
1 A0
1
0
1
s
A0
0
2020/4/5
Summary # 38
电压-电压反馈
Vout
A0
Vin 1 A0
• 前馈网络A0:V-V;反馈网络:V-V • 信号检测:前馈网络的输出,电压信号,并联
• 信号返回:前馈网络的输入,电压信号,串联
• 也称串联-并联反馈:
– “串联-并联反馈”,反馈信号与输入信号串联,检测信号与输出信号并 联
参考源极负反馈电阻的共源级
Rout
VX IX
Rup || Rdown
Rup RD
Rdown RS ro (gm gmb )ro RS
(gm gmb )ro RS
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 18
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)
线性电阻:Ron
Cox
W L
1
VGS
Vth
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #3
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
1
I D
2
I
D
Cox
W L
gmro
2
Vdsat
1
1
L
2Cox
• 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
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #6
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
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #7
第三章 单级放大器
• 共源级 • 共漏级 • 共栅级 • 共源共栅级
W L
ID
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #4
华大微电子:模拟集成电路设计
MOSFET小信号模型(1)
华大微电子:模拟集成电路设计
• 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
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #5
MOSFET小信号模型(2)
华大微电子:模拟集成电路设计
– 共源级: – 共源共栅级: – 折叠共源共栅级
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 28
关于噪声
注意:书上关于噪声的描述 vn2:噪声谱密度,其量纲为V 2 Hz in2:噪声谱密度,其量纲为 A2 Hz 更确切的描述应该是 d vn2 、d in2 df df
2020/4/5
Summary # 29
Av0 g R m1 out
gm1 ro2 || ro1
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 13
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
Summary # 21
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
Av0 gm1Rout
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 22
第四章 差分放大器
2020/4/5
Summary # 32
差分对的热噪声
为了降低这种电路的噪 声,应提高负载管的 Vdsat
2020/4/5
Summary # 33
共源共栅运放的噪声
Vie2q
2V121
gm7 gm1
其中V12
4kT
2 3gm1
2020/4/5
Summary # 34
第八章 反馈
• 反馈概述
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 19
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
Rdown ro
Rout Rup || Rdown (RD || ro )
Vout Vin
gmRout
gm (RD
|| ro )
gmRD (RD ro )
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 12
电流源负载的共源级
Rup Rdown
Rup ro2
Rdown ro1 Rout Rup || Rdown ro2 || ro1
– “电压-电压反馈”,描述了反馈网络的特性
– 两种说法角度不同,信号的顺序也不同
2020/4/5
Summary # 39
电压-电压反馈的特性
• 输入端串联,
– 输入电阻增大
• 输出端并联,
– 输出电阻减小
Rin,cl (1 A0 )Rin
Rout ,c l
Rout
1 A0
Vout A0
Vin 1 A0
2020/4/5
Summary # 43
电压-电流反馈的应用:光纤接收器
• 左图,输入阻抗R1
– 时间常数大,带宽小
• 右图,输入阻抗为R1/(1+A)
– 时间常数小,带宽大
2020/4/5
Summary # 44
电压-电流反馈的特性
• 输入端并联,
– 输入电阻减小
• 输出端并联,
– 输出电阻减小
Rout=
1 gm3
|| ro1
1 gm3
Av0
g R m1 out
g m1 gm3
( ro1
1 gm3
)
Summary # 24
差分放大器的输出阻抗与增益(2)
西电微电子:模拟集成 电路设计
Rout ro1 || ro3
Av0 gm1 ro1 || ro3
Summary # 25
共源共栅差分对
ro1 )
Av0
Vout Vin
g R m1 out
gm1 gm2
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 14
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 )
Rin,cl
1
Rin R0GmF
Rout ,c l
Rout 1 R0GmF
Vout
R0
Iin 1 R0GmF
2020/4/5
Summary # 45
电流-电流反馈
Iout
AI
Iin 1 AI
• 前馈网络AI:I-I;反馈网络:I-I • 信号检测:前馈网络的输出,电流信号,串联 • 信号返回:前馈网络的输入,电流信号,并联 • 也称并联-串联反馈
Summary #2
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
Cox
W L
VGS
Vth
VDS
2020/4/5
Summary # 40
电流-电压反馈
Iout
Gm
Vin 1 Gm RF
• 前馈网络Gm:V-I;反馈网络RF:I-V • 信号检测:前馈网络的输出,电流信号,串联 • 信号返回:前馈网络的输入,电压信号,串联 • 也称串联-串联反馈 • Gm:前馈网络增益,导纳的量纲 • RF:反馈网络增益,电阻的量纲 • Gm×RF:无量纲
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #8
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
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary #9
共源MOSFET
西电微电子:模拟集成 电路设计
Vgs V1 Vin
Rout
Vout I out
|Vin 0
• 差分放大器的输出电阻 • 差分放大器的增益 • 输入共模电平Vin,CM的范围
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 23
差分放大器的输出阻抗与增益(1)
Rout=RD || ro1
Av0
g R m1 out
g r m1 o1RD RD ro1
gm1RD (ro1 RD )
西电微电子:模拟集成 电路设计
2020/4/5
Summary # 41
电流-电压反馈的特性
• 输入端串联,
– 输入电阻增大
• 输出端串联,
– 输出电阻增大
Rin,cl (1 Gm RF )Rin Rout,cl (1 Gm RF )Rout Iout Gm Vin 1 Gm RF
2020/4/5
Summary # 42
电流源负载的共源电路的热噪声
为了降低这种电路的噪 声,应提高 Vdsat2
2020/4/5
Summary # 30
why ?
gm2
2ID Vdat
共源共栅电路的热噪声
低频情况下,共栅管几乎不贡献噪声!!!
2020/4/5
Summary # 31
折叠共源共栅电路的热噪声
为了降低这种电路的噪声,应提高Vdsat3
电压-电流反馈
Vout
R0
Iin 1 R0 GmF
• 前馈网络R0:I-V;反馈网络gmF:V-I • 信号检测:前馈网络的输出,电压信号,并联 • 信号返回:前馈网络的输入,电流信号,并联 • 也称并联-并联反馈 • R0:前馈网络增益,电阻的量纲 • GmF:反馈网络增益,导纳的量纲 • R0×GmF :无量纲
复习提纲
2020/4/5
Summary #1
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
华大微电子:模拟集成电路设计
西电微电子:模拟集成 电路设计
– 降低增益灵敏度 – 扩展带宽 – 环路增益、开环增益、闭环增益等概念
• 四种反馈结构 • 负载的影响
– 四种二端口网络模型
2020/4/5
Summary # 35
反馈
X(s):输入信号 Y(s):输出信号 Y(s)/ X(s):闭环传输函数,闭环增益 H(s):前馈网络;开环传输函数,开环增益 G(s):反馈网络;若与频率无关,可用代替 H(s)× G(s):环路增益 :反馈系数
Rout gm3ro3ro1 || gm5ro5ro7
Av0 g R m1 out
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 26
第六章 频率特性
• Miller效应 • 极点与结点的关联
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 27
第七章 噪声
• 噪声类型:热噪声、闪烁噪声 • 总输出噪声 • 输入参考噪声 • 单级放大器的噪声
Vin
0时,Iout
Vout ro
Rout ro 单管增益
Vout Vin
gmro
Summary # 10
二极管接法的MOSFET
西电微电子:模拟集成 电路设计
Rout
1 gm
1 ro
1 gm
(gmro 1)
Summary # 11
带电阻负载的共源级
Rup Rdown
Rup RD
西电微电子:模拟集成 电路设计
Summary # 20
共源共栅级的输出阻抗(3)
Rup gm3ro3ro4
Rup
Rdown gm2ro2ro1
Rdow
n
Rout Rup || Rdown
Av0 g R m1 out
gm1 gm2ro2ro1 || gm3ro3ro4
西电微电子:模拟集成 电路设计
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