模拟集成电路设计ppt课件.ppt

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1、1模拟集成电路设计第4章提纲：4.1MOS开关4.2MOS二极管、有源电阻4.3电流漏和电流源4.4电流镜4.5基准电流和电压4.6带隙基准4.7小结第4章模拟CMOS子电路目标：研究用于CMOS模拟电路的子电路设计层次：2第4章设计层次运算放大器模拟电路的分层次图例：3第4章第1节目的:研究与CMOS集成电路兼容的开关特性4.1MOS开关4§4-1:MOS开关●理想开关导通时短路,关断时开路一、开关模型●实际开关实际开关5§4-1:MOS开关二、MOS晶体管开关1.MOS开关导通特性在导通状态,vDS很小,vGS很大,可以假设MOS工作在非饱和区由得5§4-1:MOS开关二、MOS晶

2、体管开关在关断状态,vGS

3、于V1=0对称。8§4-1:MOS开关四、NMOS开关电流-电压特性及导通电阻W/L越大，rON越低。9§4-1:MOS开关1.导通电阻影响例：假设VC(0)=0，VG（ON）=5V，TH=0.1us,C=10pF,在T充=5条件下，MOS开关的W/L=？T充=5解：RON=又：说明●用最小尺寸开关充电芯片电容相对比较容易；●开关电阻在开关工作时实际上不是常数，问题比上述情况复杂得多。五、MOS开关导通电阻和关断状态的影响有限的导通电阻10§4-1:MOS开关2.关断状态的影响主要是从开关终端流到地面的电流。所以,采样保持电路中CH应足够大。11§4-1:MOS开关六、寄生电容的影响寄

4、生电容有两个影响：1.研究电荷注入的模型●开关端与地的寄生电容增加电容值(CBD、CBS）；使用杂散-不敏感的开关电容可以解决。●栅-源、栅-漏寄生电容造成电荷注入（电荷馈通）；可以减少，但不能消除。12§4-1:MOS开关2.电荷注入(时钟馈通，电荷馈通）电荷注入是一个复杂的分析，更适合于计算机分析；定性了解如何减少电荷注入效应。什么是电荷注入？●当栅-源、栅-漏电容间有电压变化，将流过电流●当开关关闭，电荷注入将发生在连接到开关终端的电容（CL），造成电压变化。电荷注入有两种情况，取决于开关关闭时的转换率。（1）慢跃变时间（2）快跃变时间13§4-1:MOS开关（1）慢跃变时间在A

5、-B的转换期间，电荷注入被低阻电源vin吸收；当VG=vin+VT(B点），开关关断；从B-C开关关断，但栅电压在改变，结果电荷注入发生在CL上。14§4-1:MOS开关（2）快跃变时间对于快跃变时间，过渡的速度快于通道时间常数，所以在A-B期间，尽管晶体管开关尚未关闭，一些电荷就注入到CL了。15§4-1:MOS开关3.电荷注入的量化模型将栅极电压近似为量化阶梯波形如下：沟道时间常数决定了电容CL在每个电压步骤是否满充。略16§4-1:MOS开关4.近似电荷注入的分析表达式假设栅极电压从VH到VL变化其中,U是vG(t)的斜率定义:所以:又:电荷注入引起的误差：(1)慢跃变时(2)快

6、跃变时略17§4-1:MOS开关P98例4.1-1电荷馈通误差的计算情况1:U=5V/0.2ns=25X109>2.66X109属快跃变，Verror=19.7mV情况2，U=5V/10ns=5X108<2.66X109属慢跃变，Verror=10.95mV说明：不要期望从误差公式得到关于电荷馈通量的精确答案。相反，它们只是帮助了解各种电路元件和端口的条件的影响，以便在设计技术中最大限度地减少不必要的行为。略18§4-1:MOS开关5.解决电荷注入的方案（1）使用最小尺寸的开关，以减少重叠电容；增加CL；（2）使用虚拟补偿晶体管；●需要一个互补时钟；●完全消除是困难的，实际上可能会在其

7、他方面产生问题。18§4-1:MOS开关5.解决电荷注入的方案（3）使用互补开关；19模拟集成电路设计第4章第2节4.2MOS二极管、有源电阻20§4-2:MOS二极管、有源电阻当MOS管的栅极和漏极接在一起，其特性类似于一个PN结二极管。一、MOS二极管请注意，当栅极连接到增强型MOSFET的漏极，该管总是工作在饱和区。增强型MOSFETVT>0,所以VDG=0满足饱和条件。nmospmos211.大信号特性二、MOS二极管的特性忽略沟道调制