第六章模拟集成电路设计基础
电子科大微固学院专业课集成电路原理与设计课件第六章——考研专业全
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王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计 2、威尔逊电流镜 – Wilson Current Mirror
通过电流负反馈提高输出电阻,是一种改进型电流镜。
Iout I DS 2 VGS 2 VGS1 I DS1
参考电流Ir恒定
VDS1 (VGS 3 VGS 2 )
VGS3Iout并趋于原稳定值,即Iout 受Vout影响减弱,输出电阻提高。
图6.7威尔逊电流镜
王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计
Rout
ro3
ro
2
1
ro3
gm
3
(13 ) gm1
1 gm2 ro2
rds1
gm
3
ro
集成电路原理与设计
第六章 MOS模拟集成电路
§ 6.1 MOS模拟集成电路基础 6.1.1 MOS模拟集成电路中的元件
§ 6.2 MOS模拟IC子电路 6.2.1 电流源与电流沉 6.2.2 电流镜和电流放大器 6.2.3 基准源 6.2.4 MOS差分放大器 6.2.5 反相放大器 6.2.6 输出级
VDD
R2 R1 R2
VREF对VDD的灵敏度:
VREF
S
VREF
VREF
VREF VDD
1
VDD
VDD VDD
VDD VREF
(a)电阻分压器
(b)有源器件分压器
图6.9 简单分压器
王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计
2、pn结基准电压源 (1)简单的pn结基准源
模拟集成电路版图设计基础
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集成电路工艺基础
以上每道工序都是需要掩膜 版的,那掩膜版的大小怎么
定呢?如何精确呢?
P-Si N+ (e)
P-Si
N+
(f)
SiO2 (5) 淀积SiO2, 将整个结构用SiO2覆盖起来, 刻
淀积SiO2
出与源区和漏区相连的接触孔。 (6) 把铝或其它金属蒸上去, 刻出电极及互连线
铝电极引出 SiO2 (场氧)
七、如何绘制版图
1.需要的软件工具
七、如何绘制版图
2.需要做的准备
七、如何绘制版图
2.需要做的准备
七、如何绘制版图
3.打开软件
七、如何绘制版图
3.打开软件
七、如何绘制版图
3.打开软件
七、如何绘制版图
4.相关设置
七、如何绘制版图
4.相关设置
七、如何绘制版图
4.相关设置
七、如何绘制版图
划分时需考虑的因素:模块的大小,模块的数目、模块之间的连 线数。
四、版图设计的过程
2.布图规划和布局:布图规划是根据模块所包含的器件数估计其面 积,再根据该模块与其他模块的连接关系以及上一层模块或芯片的 形状估计该模块的形状和相对位置。 3.布局的任务是确定模块在芯片上的精确位置,其目标是保证在布 通的前提下使芯片面积尽可能小。 4.布线:百分之百的完成模块之间的互连,在完成布线的前提下进 一步优化布线结果,如:提高电性能、减少通孔数。
✓ PMOS管,做在N阱中,沟 道为N型,源漏为P型
2) 包括层次:
✓ NWELL,N阱 ✓ PIMP,P+注入 ✓ DIFF,有源区 ✓ Poly,栅 ✓ M1,金属 ✓ CONT,过孔
3) MOS管的宽长确定
PMOS版图
精品课件-模拟电子线路及技术基础(第二版)-第六章
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第六章 集成运算放大器电路原理 四. CMOS运放举例
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理
第六章 集成运算放大器电路原理 三.CMOS差动放大器
第六章 集成运算放大器电路原理
每一种知识都需要努力, 都需要付出,感谢支持!
第六章 集成运算放大器电路原理
20 lg
|
Aud Auc
| (dB)
双端输出
KCMR
单端输出
6.3.3 具有恒流源第的六差章动放集大成电运路算放大器电路原理
1.工作点 3.共模抑制比 5.输出电阻
2.差模放大倍数 4.差模输入电阻
6.3.4 差第动六放章大器集的成传运输算特放性大器电路原理
iC1,2 f uid u0 F uid
i I euBE1 UT
C1
s
i I euBE 2 UT
C2
s
公式推导:
ic1 ic2 I
第R六C 章 集成R运C UC算C 放大器电路原理
i (1 i ) I iC1 + uo - iC2
c2 c1
i +
V1
V2
c1
u-id
I
-UEE
I
I
I
ic1 1 ic 2 ic1
uBE 2 uBE 1
IC3
所以
IC3
2 2 2 2
2
Ir
Ir
第六章 集成运算放大器电路原理
6.有源负载放大器
第六章 集成运算放大器电路原理
6.3 差动放大器
第六章 集成运算放大器电路原理
6.3.1 直接耦合放大器的”零点漂移”积累现象
芯片基础--模拟集成电路设计智慧树知到课后章节答案2023年下山东工商学院
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芯片基础--模拟集成电路设计智慧树知到课后章节答案2023年下山东工商学院山东工商学院第一章测试1.跟数字集成电路设计一样,目前高性能模拟集成电路的设计已经能自动完成。
A:错 B:对答案:错2.模拟电路许多效应的建模和仿真仍然存在问题,模拟设计需要设计者利用经验和直觉来分析仿真结果A:对 B:错答案:对3.模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多种因素间进行折衷A:错 B:对答案:对4.CMOS电路已成为当今SOC设计的主流制造技术。
A:错 B:对答案:对5.MOSFET的特征尺寸越来越小,本征速度越来越快(已可与双极器件相比较),现在几GHz~几十GHz的CMOS模拟集成电路已经可批量生产。
A:错 B:对答案:对6.相对于数字电路来说,模拟集成电路的设计更加基础,更加灵活。
A:错 B:对答案:对7.片上系统,又称SOC,其英文全称是:A:System Operations CenterB:System on ChipC:Separation of concernsD:System of computer答案:System on Chip8.互补金属氧化物半导体,英文简称CMOS,其英文全称为:A:Complementary Machine Of SemiconductorB:Complementary Metal Oxide SemiconductorC:Complementary Metal Oxide SystemD:Cargo Machine Of Semiconductor答案:Complementary Metal Oxide Semiconductor9.模拟数字转换器, 英文简称ADC, 英文全称为:A:Ambulance to Digital ConverterB:Ambulance to Destination ConverterC:Analog-to-Digital ConverterD:Analog-to- Destination Converter答案:Analog-to-Digital Converter第二章测试1.MOS器件的源端和漏端不可以共用,不可以互换。
第六章集成电路计算机辅助设计
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6.1.1 计算机辅助设计(CAD)和设计自动 化(DA)
集成电路设计包括电路设计和版图设计两方面的 工作。
在集成电路发展初期.集成电路的全部设计工作 都是由人工直接进行的。但是,到20世纪70年代, 随着集成电路发展到大规模(LSI)阶段,由人工完 成全部设计任务已经很困难甚至不可能了,因此 在集成电路设计中引入了计算机术。在开始阶段, 主要利用计算机进行设计验证、图形处理和数据 处理等方面的工作。随着计算机技术的发展,目 前在集成电路设计的各方面均不同程度地采用了 计算机技术。
(d)设计校验:一般情况下,出于多种因素的影响,由人工进行的上述三 个层次设计很难做到完全正确和满足要求。为此,需要采用计算机进 行模拟分析。检验设计出的电路是否具有预定的功能,特性参数是否 满足指标要求。根据模拟对象的不同,设计校验分为逻辑模拟和电路 模拟两种类型。
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6.1.3 集成电路正向CAD过程
9
6.1.3 集成电路正向CAD过程
3.测试码生成 生成了版图数据带以后就可以直接交由集成电路生产厂家 加工成集成电路产品。为了检查生产出的产品是否满足预 定要求,并在有问题时能查找出电路内部的故障位置,需 要有能够完成这两类工作的测试码。因此,在完成逻辑和 电路设计时还需要生成测试码。
4.器件模型参数的确定 进行逻辑模拟和电路模拟时,一方面要给计算机提供电路 的拓扑结构,同时还要输入各个数字单元和元器件的参数 值。显然,模拟结果的精确程度取决于程序中采用的元器 件模型精度以及模型中的参数值是否代表了以后生产出的 集成电路中的实际情况。选用器件模型时应同时考虑需要 和可能。
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6.1.2 CAD技术的优点
(d)是VLSI设计中不可缺少的工具:随着集成电路发 展到VLSI阶段,离开CAD技术就无法完成设计任 务。以内部规则性最强的存储器电路为例,16Mb 的RAM电路含有约4500万个晶体管。显然,不用 CAD技术面完全靠人根本无法完成VLSI的设计。
集成电路模拟版图设计基础ppt课件
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4. LVS文件
4.3 Environment
setting:
1) 将决定你用几层的 金属,选择一些你 所需要的验证检查。
2) 选择用命令界面运 行LVS,定义查看 LVS报告文件及LVS 报错个数。
定义金 属层数
关闭ERC 检查
2.2互连
2.2.1金属(第一层金属,第二层金属……) 2.2.2通孔
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2.1 器件
2.1.1 MOS管
NMOS
PMOS
MOS管剖面图
2.1 器件
2.1.1 MOS管
NMOS工艺层立体图
ppt课件
NMOS版图
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2.1 器件
2.1.1 MOS管 1) NMOS管
以TSMC,CMOS,N单阱工艺 为例
ppt课件
26
3. 版图编辑器 6) virtuoso编辑器 --版图编辑菜单
ppt课件
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3. 版图编辑器 7) virtuoso编辑器 --显示窗口
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3. 版图编辑器 8) virtuoso编辑器 --版图显示
ppt课件
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3. 版图编辑器 9) virtuoso编辑器--数据流格式版图输出
ppt课件
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1. 必要文件
PDK
*.tf display.drf
DRC LVS cds.lib .cdsenv .cdsinit
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2. 设计规则
2.1 版图设计规则——工艺技术要求 2.2 0.35um,0.25um,0.18um,0.13um,不同的
《模拟电子技术基础》第6章 集成运算放大器
![《模拟电子技术基础》第6章 集成运算放大器](https://img.taocdn.com/s3/m/d69c434a793e0912a21614791711cc7931b778b5.png)
RF R RF [ R1 (R2 // R ')uI1 R2 (R1 // R ')uI2 ] RF R R1 R1 (R2 // R ') R2 R2 (R1 // R ')
RF Rn
( RP R1
uI1
RP R2
uI2 )
当 R1 R2 R Rp Rn
uO
RF R
(uI1
uI2 )
t /ms
-2
0
-2
12 34 5
t /ms
uO /V
uO /V
12345 0 -1
t /ms
12345
0
t /ms
-2
-1
-2
输入方波不完全对称,导致输出偏移,以致饱和。 旁路电阻只对直流信号起作用,对交流信号影响要尽量小。
积分电路应采用失调电压、偏置电流和失调电流较小的运放,并在同相输 入端接入可调平衡电阻;选用泄漏电流小的电容,可以减少积分电容的漏电流 产生的积分误差。
iR
iD
uI R
uO uD
由二极管的伏安特性方程:
uo
iD
ISexp
uD UT
对数运算电路
uO
UTln
iD IS
U T ln
uI RI S
只有uI>0时,此对数函数关系才成立。
6.6 对数和指数运算电路
6.6.2 指数运算电路
将对数运算电路中的二极管VD和电阻R互换,可得指数运算电路。
uP
A
uN
uO
UoM 非线性区
uo
+Uom
uO
O
uId =uP -uN
非线性区 uId
非线性区 0
山东大学《集成电路设计基础》课件6
![山东大学《集成电路设计基础》课件6](https://img.taocdn.com/s3/m/1131c05b844769eae109ed3f.png)
2020/7/29
《集成电路设计基础》
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互连 线设计中应注意的事项
对于各种互连线设计,应该注意以下方面:
为减少信号或电源引起的损耗及减少芯片面积, 连线尽量短。
为提高集成度,在传输电流非常微弱时(如 MOS栅极),大多数互连线应以制造工艺提供的 最小宽度来布线。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
有源电阻 将晶体管进行适当的连接和偏置,利用晶体管的
不同的工作区所表现出来的不同的电阻特性来做电阻。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
6
薄层集成电阻器
合金薄膜电阻
采用一些合金材料沉积在二氧化硅或其它介电材 料表面,通过光刻形成电阻条。常用的合金材料有: (1)钽(Ta); (2)镍铬(Ni-Cr); (3)氧化锌SnO2;(4)铬硅氧CrSiO。 多晶硅薄膜电阻
交流电阻: rds
VDS I DS
VGS V
VGS I DS
VGS V
1 gm
tox
n ox
L 1 W (V VTN )
2020/7/29
《集成电路设计基础》
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有源电阻
饱和区的NMOS有源电阻示意图:
IDS I
Ron
o
rds
VGS >VTN
o
V
VDS
有源电阻的几种形式:
D VB
S (a)
CMOS工艺发展到深亚微米阶段后,互 连线的延迟已经超过逻辑门的延迟,成 为时序分析的重要组成部分。
这时应采用链状RC网络、RLC网络或进 一步采用传输线来模拟互连线。
2020/7/29
《集成电路设计基础》
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互连线
集成电路模拟版图设计基础106页PPT
![集成电路模拟版图设计基础106页PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/5370e32ff7ec4afe05a1df1d.png)
1. 模拟版图和数字版图的首要目标 2. 首先考虑的三个问题 3. 匹配 4. 寄生效应 5. 噪声 6. 布局规划 7. ESD 8. 封装
IC模拟版图设计
第一部分:了解版图
1. 版图的定义 2. 版图的意义 3. 版图的工具 4. 版图的设计流程
第一部分:了解版图
PMOS版图
第二部分:版图设计基础
2.1 器件
反向器
器件剖面图及俯视图
器件版 图
第二部分:版图设计基础
2.1 器件
2.1.1 MOS管 1)反向器
VDD
3u/0.18u
IN
OUT
1u/0.18u
2)NMOS,PMOS
3)金属连线
GND
4)关于Butting Contact部分
第二部分:版图设计基础
2)它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造方面的基 本知识,设计出一套符合设计规则的“正确”版图也 许并不困难,但是设计出最大程度体现高性能、低功 耗、低成本、能实际可靠工作的芯片版图缺不是一朝 一夕能学会的本事。
第一部分:了解版图
3. 版图的工具:
– Cadence
Virtuoso Dracula Assura Diva
IC模拟版图设计
目录
第一部分:了解版图
1. 版图的定义 2. 版图的意义 3. 版图的工具 4. 版图的设计流程
第二部分:版图设计基础
1. 认识版图 2. 版图组成两大部件 3. 版图编辑器 4. 电路图编辑器 5. 了解工艺厂商
目录
第三部分:版图的准备
1. 必要文件 2. 设计规则 3. DRC文件 4. LVS文件
第二部分:版图设计基础
eda 模拟集成电路设计自动化基础
![eda 模拟集成电路设计自动化基础](https://img.taocdn.com/s3/m/531f8555cd7931b765ce0508763231126edb77fb.png)
eda 模拟集成电路设计自动化基础EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)是指在电子系统设计的各个阶段中,利用计算机及相关软件工具来辅助实现电路设计、电子系统设计和芯片设计的过程。
EDA在集成电路设计中起到了关键的作用。
模拟集成电路设计自动化是EDA中的一个重要分支,主要涉及到模拟电路的设计和仿真。
模拟电路是指通过连续变化的电压和电流来表示和处理信息的电路。
模拟集成电路设计自动化的目标是通过计算机辅助设计工具,提高模拟电路设计的效率和准确性。
模拟集成电路设计自动化的基础包括以下几个方面:1. 电路建模:模拟电路的设计需要通过建立电路模型来描述电路的行为和性能。
在EDA中,利用数学模型和电路元件的参数来建模,以实现对电路行为的仿真和分析。
2. 仿真工具:模拟集成电路设计自动化中,需要使用仿真工具来对设计的电路进行验证和优化。
仿真工具能够模拟电路的动态行为和性能,帮助设计师发现潜在的问题并进行设计改进。
3. 优化算法:在模拟集成电路设计中,常常需要对电路进行优化,以满足指定的性能要求。
优化算法可以帮助设计师找到最佳的电路参数组合,以实现最优的性能。
4. 参数提取:在模拟电路设计中,需要通过对电路进行参数提取,获取电路的关键参数,以便进行后续的仿真和分析。
参数提取工具能够自动提取电路的参数,并生成电路的等效模型。
5. 物理设计:模拟集成电路设计自动化还涉及到电路的物理设计,包括布局设计和布线设计。
布局设计是指将电路元件在芯片上的位置进行规划,布线设计是指将电路元件之间的连线进行规划。
物理设计工具可以帮助设计师实现电路的高效布局和布线。
通过以上的基础工具和技术,模拟集成电路设计自动化能够提高电路设计的效率和准确性,缩短设计周期,降低设计成本,为电子系统设计提供有力的支持。
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∆U = 1LSB =
Vref 2N
9 D/A转换器的位数越高,输 出电压分辨率越高,转换误差 越小。
速度指标—转换速率
9 建立时间:从数字信号输入D/A转换 器到输出电压稳定所需要的时间。
误差 主要有三种:失调误差、增益误差、非线性误 差。
模拟集成电路的重要性
¾ 典型的信号处理系统的构成框图
MOS电流源和CMOS运算放大器
MOS电流源
¾ 基本电流镜及比例电流源
• V0支路为参考支路,为整个电路提供UGS1和参考电流Ir; • V1支路为镜像支路,V1管与V0管的沟道宽长比相同; • V2支路为比例电流支路,V2管与V0管得沟道宽长比为A, 即:
¾CMOS运算放大器 共源—共栅两级运算放大器
放大管 负载管
有源负载管
MOS电流源和CMOS运算放大器
¾CMOS运算放大器 低阻输出型运算放大器——带负载能力强
互补跟随输出级
数/模(D/A)转换器
——数/模转换器(Digital-to-Analog Converter)的 作用是将数字量转换成模拟量。 ¾ D/A转换器的电路结构
数/模(D/A)转换器
D/A转换器原理
输出比例因子
N位输入数字量
U 0 = KDVref
N b1 b2 b3 bN D = + 2 + 3 + • • • + N = ∑ bi 2 −i 2 2 2 2 i =1
U 0 = KVref ∑ bi A)转换器
电路构成
该电路由两级放大电路组成。第一级为差动放大器,由V1~V4 管构成,第二级放大电路由V5、V6管组成,V5(PMOS)管 为放大管,V6管为有源负载,输出阻抗很高。V7、V8、V9管 时恒流源,为电路提供偏置电流。Cc为密勒相位补偿电容,用 以防止电路产生自激。
MOS电流源和CMOS运算放大器
第六章 模拟集成电路设计基础
主要内容: 模拟集成电路的重要性 MOS电流源和CMOS运算放大器 数字/模拟(D/A)转换器 模拟/数字(A/D)转换器
模拟集成电路的重要性
自然界中几乎所有的物理量在时间和强度上均具有“连 续”的特性,都属于模拟量; 被处理的物理量在进行数字处理之前,需要进行放大、 预滤波、采样和离散化处理,将模拟信号数字化; 经过数字处理后的数字信号需要还原成模拟信号,并且 经过进一步放大才能成为能够被人接受的形式; 在宽带、高频信号(光信号、射频信号等)的处理中,数 字化的难度极大,仍然需要采用模拟信号的处理方法(低 噪声放大、模拟滤波等); 工作频率很高的数字电路的设计,必须象模拟电路一样 考虑电路分布参数的影响,设计方法与设计原则与模拟电 路的设计一致; 数模混合的片上系统(SOC)的大量出现;
I1 I D1 ⎛ W1 / L1 ⎞ ⎟ = ≈⎜ ≈1 ⎜ ⎟ Ir I r ⎝ W0 / L0 ⎠ I 2 I D 2 ⎛ W2 / L2 ⎞ ⎟ = ≈⎜ ≈A ⎜ ⎟ Ir I r ⎝ W0 / L0 ⎠
MOS电流源和CMOS运算放大器
¾ 共源—共栅电流源 特点:增大了电流源的 输出电阻,减小了沟道调 制效应。 工作原理 ——该电路相当于两个镜 像电流源的串联。如果保 证: W2 / L2 W3 / L3
CMOS运算放大器
¾ 有源负载CMOS放大器 为了增大增益又能避免在IC中制造大的电阻, 一般在放大电路中采用有源负载。由于NMOS管 的各项性能均优于PMOS管,所以放大管多采用 NMOS管,负载管则可以使用PMOS管,从而构 成互补性CMOS放大器。 互补性CMOS放大器中负载管V2由PMOS管构 成,UBS2、UGS2=0,故RO2=rds2。由于rds2很大, 所以该电路具有很高的电压增益。
MOS电流源和CMOS运算放大器
¾CMOS差动放大器
差动放大对管
电路构成 上面电路中,V1、V2管组成差动放大对管,V3、V4组 成镜像电流源作为差动对管的有源负载,V5、V6管组 成比例电流源提供偏置电流。
MOS电流源和CMOS运算放大器
¾CMOS差动放大器 工作特性 • 静态输出电流ILQ为0; • 差模增益Aud:
数/模(D/A)转换器
D/A转换器电路 ¾ 倒置R-2R梯形D/A转换器
每经过一级输出 电压衰减1/2
9 该电路的优点时所需电阻类型少,只有R和2R两种,易于 电路实现。
数/模(D/A)转换器
D/A转换器电路 ¾ 倒置R-2R梯形D/A转换器 工作原理
• 输出电压:
U 0 = − RF × I 0
rds4||rds2>>RL
时:
rds4||rds2<<RL
时: Aud =
⎛W Aud ≈ 2 I DQ β N 1 × RL = 2 µnCox ⎜ ⎝L
1 2β N 1 = λ 2 + λ 4 I DQ λ
⎞ ⎟ I DQ × RL ⎠
βN
2 I DQ
MOS电流源和CMOS运算放大器
¾CMOS运算放大器
I0
W0 / L0
=
W1 / L1
则有: U y = U x ,可以忽略 U GS 0 = U GS 2 , 于是: 沟道调制效应。 I0 (W3 / L3 ) 1 + λU DS 3 (W3 / L3 ) = = I ref (W1 / L1 ) 1 + λU DS 1 (W1 / L1 )
MOS电流源和CMOS运算放大器
• I0视开关S1~SN的状态而定,各处电流关系为:
I1 = 2 I 2 = 22 I 3 = • • •2 N −1 I N Vref ⎛ b1 b2 bN ⎞ Vref I0 = ∑ Ii = ⎜ + 2 +•••+ N ⎟ = R ⎝2 2 2 ⎠ R i =1
W 2 / L2 A = W 0 / L0
MOS电流源和CMOS运算放大器
¾ 基本电流镜及比例电流源 工作原理
根据MOS管的电流方程:
ID =
µnCox ⎛ W ⎞
2
2 ⎜ ⎟(U GS − U TH ) (1 + λU DS ) ⎝L⎠
由于个MOS管的工艺参数相同,栅源电压也相同,所以, 在沟道调制效应很小的情况下,有: