模拟CMOS集成电路设计复习提纲

华大微电子：模拟集成电路设计复习提纲第二章器件模型•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MOSFET的I-V特性thGSoxonDSthGSoxDDSDSthGSoxDDSthGSoxDthGSoxDVVLWCRVVVLWCIVVVVLWCIVVVLWCIVVLWCI12112121222线性电阻：深线性区：线性区：沟长调制：饱和区：华大微电子：模拟集成电路设计几个常用的表达式LILWCVrgIrLWCIVIVLWCgVVVVVLWCIDoxdsatomDooxDdsatDdsatoxmthGSdsatthGSoxD1212122212饱和区：华大微电子：模拟集成电路设计MOSFET小信号模型（1）•VBS=0时的低频小信号模型•用于计算输出电阻、低频小信号增益华大微电子：模拟集成电路设计MOSFET小信号模型（2）•考虑衬偏效应时的低频小信号模型•用于计算输出电阻、低频小信号增益华大微电子：模拟集成电路设计完整的MOSFET小信号模型•用于计算各节点的时间常数•找出极点第三章单级放大器•共源级•共漏级•共栅级•共源共栅级共源级•电阻负载•电流源负载•二极管接法的MOSFET负载•源级负反馈共源MOSFETominoutooutooutoutinVoutoutoutingsrgVVrRrVIVIVRVVVin单管增益时，0|01二极管接法的MOSFET)r(ggrgRommomout1111带电阻负载的共源级RdownRup)r(RRgrRgRgVVrRRRRrRRRoDDmoDmoutminoutoDdownupoutodownDup)||()||(||电流源负载的共源级RdownRup121101212||||||oomoutmvoodownupoutodownouprrgRgArrRRRrRrR二极管接法MOSFET负载的共源级RdownRup21101221211212111||1||1mmoutminoutvommomoomdownupoutodownmupggRgVVA)rg(grgrrgRRRrRgR带源极负反馈的共源级RdownRup)R(gRRRRggRGA)R(RRRRRRrgRRRRggGSmSDDSmmoutmvupdownDdownupoutSomdownDupSmmm11||1011共漏MOSFET（源跟随器）RS||rombmoSmvmbmoutggrRgAggR||110共栅管的输入电阻ombmoDXXXXmbmXoXDXbsXrggrRIVVVggIrIRVVVV)(1)(001共栅管用做电流放大器没必要计算其电压放大倍数共栅管的输出电阻SombmSombmoSdownDupdownupXXoutRrggRrggrRRRRRRIVR)()(||共源级参考源极负反馈电阻的RdownRup共源共栅级的输出阻抗（1）（忽略衬偏效应）共源级电路参考源极电阻负反馈的)()(1221222122221oomoombmoombmoooutrrgrrggrrggrrR共源共栅级的输出阻抗（2）12233331221222122221)()(oomomtomoutoomoombmoombmootrrgrgRrgRrrgrrggrrggrrR（忽略衬偏效应）共源级电路参考源极电阻负反馈的Rt共源共栅级的输出阻抗（3）RdownRup433122110122433||||oomoommoutmvdownupoutoomdownoomuprrgrrggRgARRRrrgRrrgR折叠共源共栅的输出电阻与增益outmvIoIoomIoutoomIoutRgArrrrrgrRrrgrR1011221222211||||||||折叠点看进去的电阻为第四章差分放大器•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的范围差分放大器的输出阻抗与增益（1）)(||11111101DoDmoDDomoutmvoDoutRrRgrRRrgRgArRR＝)1(1||1313110313mommoutmvmomoutgrggRgAgrgR＝311031||||oomvoooutrrgArrR差分放大器的输出阻抗与增益（2）共源共栅差分对outmvoomoomoutRgArrgrrgR10755133||第六章频率特性•Miller效应•极点与结点的关联第七章噪声•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–共源级：–共源共栅级：–折叠共源共栅级西电微电子：模拟集成电路设计关于噪声dfiddfvdHzAiHzVvnnnn222222、更确切的描述应该是为：噪声谱密度，其量纲为：噪声谱密度，其量纲描述注意：书上关于噪声的电流源负载的共源电路的热噪声datDmdsatVIgwhyV2?22声，应提高为了降低这种电路的噪共源共栅电路的热噪声乎不贡献噪声！！！低频情况下，共栅管几折叠共源共栅电路的热噪声3dsatV声，应提高为了降低这种电路的噪差分对的热噪声dsatV声，应提高负载管的为了降低这种电路的噪共源共栅运放的噪声1211721232412mmmieqgkTVggVV其中第八章反馈•反馈概述–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：反馈系数反馈的特性1：降低增益灵敏度AdAAAdAAdAdAifAAAAXYACLCLCLCL1111)1A(11112反馈的特性3：扩展带宽000000000011111111AsAAsAsAAAAsAAGivenCL电压-电压反馈•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–“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001AAVVinout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000,0,11)1(AAVVARRRARinoutoutcloutinclin电流-电压反馈•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FmminoutRGGVI1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FmminoutoutFmcloutinFmclinRGGVIRRGRRRGR1)1()1(,,电压-电流反馈•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mFinoutGRRIV001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mFinoutmFoutcloutmFinclinGRRIVGRRRGRRR000,0,111电流-电流反馈•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IIinoutAAII1电流-电流反馈的特性•输入端并联，–输入电阻减小•输出端串联，–输出电阻增大IIinoutIoutcloutIinclinAAIIARRARR1)1(1,,二端口线性时不变系统的四种模型a.Z模型b.Y模型c.H模型d.G模型反馈网络类型与二端口网络模型选取串联并联短路求开路求模型电流（并联返回）电压电流（串联检测）电流反馈电流并联并联短路求短路求模型电流（并联返回）电压电压（并联检测）电流反馈电压串联串联开路求开路求模型电压（串联返回）电流电流（串联检测）电压反馈电流并联串联开路求短路求模型电压（串联返回）电流电压（并联检测）电压反馈电压反馈网络类型二端口网络一般描述-TTH--TTY--TTZ--TTG-OXX112211221122112222122212122121111XTXTOXTXTO第九章运放•增益的计算•小信号带宽•共模输入摆幅•共模输出摆幅•共源共栅运放的设计•折叠共源共栅运放的设计•增益提高（gainboosting）技术的原理•运放的噪声增益的计算86624420||oomoommvrrgrrggA小信号带宽•小信号带宽通常定义为单位增益频率fu•3dB频率f3dB与fu的示意如下（均为对数坐标）GBW与小信号建立时间(1)A(s)00000000d000d0d0)1(1)1(111f21)(fGBW.f,AAAsAAVVsAsAABWAinout＝时间常数为扩展为闭环系统的角频率带宽闭环系统传输函数为其中统若该放大器为单极点系则增益带宽积带宽设放大器的低频增益GBW与小信号建立时间(2)GBWtGBWttueAAaVtauVGBWAtoutin1.19.61000ln%1.073.06.4100ln%1)()1(1)(21)1(1%1.0%10000稳定精度：稳定精度：时间常数单位增益接法A(s)GBW与小信号建立时间(3)GBWtGBWttueAAaVtauVGBWAARRRAsAsAtoutin1.19.61000ln%1.076.06.4100ln%1)()1(1)(211)1(1,)1(1)(%1.0%1000000212000稳定精度：稳定精度：时间常数倍闭环带宽扩展为设前馈放大器全差分共源共栅运放的设计(1)VvvV.λV.λA/VCμA/VCμAmWVVDDthpthn-p-noxpoxnv7.0||0)m0.5L(20)m0.5L(103060工艺200010功耗3V311220参数输出摆幅性能指标全差分共源共栅运放的设计(2)330uAII3mA300mV:V300mV:V~V200mV:V~V500mV~300500mV~200200mVREF2REF19dsat9dsat8dsat5dsat4dsat1I功耗分配过驱动电压分配尾电流管过驱动电压：负载管过驱动电压：放大管过驱动电压：设计经验全差分共源共栅运放的设计(3)900111112502198~54~