IC设计基础笔试面试常见题目(含详细答案)

EE笔试/面试题目集合分类--IC设计基础模拟电路1、基尔霍夫定理的内容是什么？（仕兰微电子）（1）基尔霍夫电流定律，简记为KCL，是电流的连续性在集总参数电路上的体现，其物理背景是电荷守恒公理。基尔霍夫电流定律是确定电路中任意节点处各支路电流之间关系的定律，因此又称为节点电流定律，它的内容为：在任一瞬时，流向某一结点的电流之和恒等于由该结点流出的电流之和；在列写节点电流方程时，各电流变量前的正、负号取决于各电流的参考方向对该节点的关系（是“流入”还是“流出”）；而各电流值的正、负则反映了该电流的实际方向与参考方向的关系（是相同还是相反）。通常规定，对参考方向背离（流出）节点的电流取正号，而对参考方向指向（流入）节点的电流取负号。（2）第二定律又称基尔霍夫电压定律，简记为KVL，是电场为位场时电位的单值性在集总参数电路上的体现，其物理背景是能量守恒公理。基尔霍夫电压定律是确定电路中任意回路内各电压之间关系的定律，因此又称为回路电压定律，它的内容为：在任一瞬间，沿电路中的任一回路绕行一周，在该回路上电动势之和恒等于各电阻上的电压降之和；KVL定律是描述电路中组成任一回路上各支路（或各元件）电压之间的约束关系，沿选定的回路方向绕行所经过的电路电位的升高之和等于电路电位的下降之和2、平板电容公式(C=εS/4πkd)。4rorSSSCddkd，其中，14ok为真空中的介电常数；r为相对介电常数；S为平行板的面积；d为平行板之间的距离；3、最基本的三极管曲线特性。4、描述反馈电路的概念，列举他们的应用。（仕兰微电子）负反馈种类：（电压并联反馈（shunt-shuntfeedback），电流串联反馈（series-seriesfeedback），电压串联反馈（series-shuntfeedback）和电流并联反馈（shunt-seriesfeedback）；负反馈的优点：4.1降低放大器的增益灵敏度，因此广泛应用在放大器的设计中（amplifierdesign）；4.2改变输入电阻和输出电阻；4.3改善放大器的线性和非线性失真，因此高质音频放大器通常在poweroutputstage采用负反馈；4.4有效地扩展放大器的通频带，因此负反馈广泛应用在broadbandamplifiers中。5、三极管和MOS管的小信号等效模型5.1三极管（bipolartransistor）：三极管的主要参数：ICBO：集电结反向饱和电流；ICEO：集电极和发射极间的穿透电流，ICEO=（1+beta）ICBO；极间反向饱和电流越小，三极管质量越好；ICBO（ICEO）、beta具有正的温度系数；VBE具有负的温度系数-2~3mV/K；集电极最大允许电流ICM：是指beta下降到其额定值得2/3时允许的最大集电极电流；集电极最大允许功率损耗PCM：是指集电结上允许损耗功率的最大值；Pc=Ic*VCE；选择Ic、VCE应保证PcPCM;反向击穿电压：V（BR）EBOV（BR）CEOV（BR）CBO共发射极截止频率f，特征频率Tf，共基极截止频率f：()1offjf；|()|2of；|()|1Tf；21Toofff1()()1()1(1)oooffffjf；|()|2of(1)off三者之间的大小比较：Tfff，其中TfffTfoof5.2MOSFETtransistor22movovIgIVV；2ovIV；212ovIV022ttFSBFVVV（体效应）；(0.01~0.3)mbmggMOS管的亚阈值特性：VGSVt时，管子弱导通，Ids与VGS成指数关系；关于JFET：JFET一般不工作在VGS0的状态下，因为当VGS0时将产生栅极电流ig使G、S之间的电阻急剧下降；当VGS0且|VGS|越大时，耗尽层约宽，导致导电沟道变窄，ids减小；FET与BJT的比较：FET是电压控制型器件，输入阻抗高；BJT是电流控制型，输入阻抗相对较低；FET的D、S可以互换；耗尽型MOS的VGS可正可负，使用比BJT灵活；FET仅利用多数载流子导电；BJT既使用多数载流子又使用少数载流子导电；FET的热稳定性和抗辐射性均优于BJT；FET的噪声系数比BJT小，尤其是JFET，噪声系数极低；FET还可以作为压控电阻使用；6、放大电路的频率补偿的目的是什么，有哪些方法？（仕兰微电子）频率补偿是为了改善频率特性，增加相位裕度，提高稳定性，防止oscillation。例如在典型的二级运放设计中，可以通过米勒补偿电容实现频率补偿，通过极点分裂来增加相位裕度，提高稳定性；但要注意米勒补偿电容的引入会导致产生一个右半平面的零点，若设置不当该零点可能会导致稳定性问题，可以通过调零电阻（nullingresistor）、消除前馈路径或者前馈补偿等方法控制这个右半平面的零点；通过负反馈能够扩展增益幅度的平坦范围，也即扩展-3dB带宽，但要注意深度的负反馈可能会带来系统的不稳定性问题。频率补偿（也即相位补偿）的方法有如下几种：（参考华工版模电P227）6.1滞后补偿接入具有相位滞后特性的RC网络，是增益函数相位滞后，达到稳定负反馈放大电路的目的；其有细分为主极点补偿和极-零点补偿（超前-滞后补偿）；主极点补偿是在放大电路时间常数最大的回路中并接一个补偿电容C，令放大电路的主极点频率下降从而增大相位裕度；该补偿方法的缺点是C的容量较大，导致基本放大电路的频带变得很窄；极-零点补偿（超前-滞后补偿）是在时间常数最大的电路中并接一个R和C串联的补偿网络，使得主极点减小，次极点增加，同时还可以利用补偿后产生的零点去抵消原系统中的极点，从而增加相位裕度；米勒补偿属于这种补偿方式；极-零点补偿同样会使基本放大电路的频带变窄，但比主极点补偿的频带宽。6.2超前补偿引入相位超前网络，产生额外的零点fz和极点f2，用其产生的零点fz去抵消原系统的次极点P2，而f2则成为新的次极点（注意f2P2），在补偿的过程中原系统的主极点f1保持不变；通过这种方式拉开主极点和次极点的距离，提高了负反馈放大电路的稳定性；因为f1不变，放大电路的开环通频带并没有改变；因此超前补偿方法在宽频带放大电路中得到广泛的应用。7、频率响应，如：怎么才算是稳定的，如何改变频响曲线的几个方法。判断系统是否稳定的准则：相位移等于180度时，如果增益幅度大于1则不稳定；或者增益幅度等于1时相位移超过180度则不稳定；一般要求相位裕度超过45度；在一些应用中要求相位裕度超过60度。改变频响曲线的方法：（1）通过负反馈能够扩展增益幅度的平坦范围，也即扩展-3dB带宽，但要注意深度的负反馈可能会带来系统的不稳定性问题。（2）在二级运算放大器中可以通过米勒补偿实现极点分裂，增加相位裕度，提高稳定性。8、给出一个差分运放，如何相位补偿，并画补偿后的波特图。在典型的二级运放设计中，可以通过米勒补偿电容实现频率补偿，通过极点分裂来增加相位裕度，提高稳定性；但要注意米勒补偿电容的引入会导致产生一个右半平面的零点，若设置不当该零点可能会导致稳定性问题，可以通过调零电阻（nullingresistor）、消除前馈路径或者前馈补偿等方法控制这个右半平面的零点；9、基本放大电路种类，优缺点，特别是广泛采用差分结构的原因。9.1共源级放大电路9.1.1采用电阻负载的共源级放大电路缺点：gm随输入信号发生变化；Vin为大信号时增益发生显著的变化，增益对信号电平的依赖导致了非线性；要获得较大的增益，则需要很大的RD，引起面积的增大；制作精确控制阻值的RD也较为困难。9.1.2采用二极管连接当负载的共源级放大电路优点：当输入和输出电平发生变化时，增益相对保持不变；表明增益是器件尺寸的比较弱的函数；Vout的最大值可以为VDD-Vth；缺点：当需要较高的增益时，M1的宽长比很大而M2的宽长比很小；M2的宽长比小导致M2的Vov很大，Vgs2也很大，导致Vout（max）很小，因此输出摆幅严重减小；9.1.3采用电流源负载的共源级放大电路输出Vout的直流值还没有确定，只有通过负反馈环路把Vout箝位在某一个值共源级偏置才达到稳定9.1.4工作在线性区的MOS为负载的共源级放大电路缺点：oxC，THPV随工艺和温度改变，产生一个精确的Vb需要复杂的电路；优点：Vout（max）=VDD，输出摆幅较大9.1.5sourcedegeneration的共源级放大电路1mmmSgGgR，如果Rs很大，则Gm很稳定，增益Av也很稳定；代价是Av的减小。9.2共漏极放大电路（源跟随器）1()mSVmmbSgRAggR上图中M1的漏电流受输入直流电平Vin的强烈影响；采用电流源来替代Rs可以解决这个问题：、特点：高输入阻抗；中等偏小的输出阻抗；体效应进一步减小了输出阻抗；9.3共栅级放大电路()vmmbDAggR11()()DoDinmmbommbommbRrRZggrggrgg在RD较小时输入阻抗为：1inmmbZgg（体效应进一步减小了输入阻抗）共栅极相当于一个电流buffer共栅极中，gdC不会在输入-输出产生高频反馈，因此带宽较大；9.4共源共栅级放大电路输出阻抗高：221outmooZgrr，容易实现高的本证增益因为共源共栅具有高的输出阻抗，一种普遍应用是很定电流源。缺点：M2叠加在M1上导致需要额外的电压余度，输出电压摆幅减小。三种基本放大电路的对比总结：相位关系：CS反相；CG、CD同相；放大倍数：CS、CG较大，CD小于且接近于1；差分结构的优点：放大差模信号，抑制共模噪声，抗干扰能力强；差动输出相比单端输出增大了可得到的最大电压摆幅；在电路对称的条件下，差动对管的零点漂移及噪声、干扰的大小与极性均相同，可视为共模信号，因此，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。10、给出一差分电路，告诉其输出电压Y+和Y-,求共模分量和差模分量。输出共模信号：2CMYYY；输出差模信号：DMYYY11、画差放的两个输入管。11.1CMOS组成的差分对：若112112SSovovIIVV为平衡态时M1、M2的过驱动电压；则差模输入Vid满足1||2idovVV时差分对工作在线性区；11.2BJT组成的差分对：VEEVCCIEE2idV2idV1Ci2Ci当输入差模电压Vid满足：||2idTVV时，差分对工作在线性区；121(1)221(1)22idCEETidCEETViIVViIV12、画出由运放构成加法、减法、微分、积分运算的电路原理图。并画出一个晶体管级的运放电路。（仕兰微电子）集成运放若处于开环或者正反馈闭环应用时，处于非线性饱和工作状态，也即非线性区，输出要么高电平要么低电平；运放在非线性区时虚断但不虚短；若处于负反馈闭环应用时，则处于线性工作状态，也即线性工作区；运放在线性区时虚断、虚短；12.1比例运算电路：12.1.1反向输入方式ViVoR1R221oivRvR12.1.2同相输入方式ViVoR1R2211oivRvR12.2加法运算电路12.2.1反向加法运算电路Vi1VoR1Rf1212()ffoiiRRvvvRRR2Vi212.2.2同相加法运算电路Vi1VoR1Rf321232321()(1)foiiRRRvvvRRRRRR2Vi2R312.3减法运算电路12.3.1差动输入方式实现减法运算Vi1VoR1Rf3121321(1)ffoiiRRRvvvRRRRR2Vi2R312.3.2反向求和电路实现减法运算Vi1Vo1R1Rf1Rp1VoR3Rf2Rp2R2Vi2111122123221212312foiffooifffoiiRvvRRRvvvRRRRRvvvRRR12.4积分电路ViVoR1oivvRCsRpC011()(