模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第7章噪声(一)

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1、模拟集成电路设计第7章噪声（一）董刚gdong@mail.xidian.edu.cn微电子学院1)2上一讲频率特性电路性能指标随信号频率的变化特性考虑电容、电感等参数对频率敏感的元件的影响Av=VYVX用s域分析法来分析频率特性密勒定理Z1=Z(1−Av)Z2=Z−1(1−Av)一种为了方便电路分析而进行的电路转换X和Y之间只有一个信号通路时往往不适用阻抗Z和信号主通路并联时适用极点-节点的关联每个节点对应一个极点节点之间有相互作用时不再是每个节点贡献一个极点H(s)==Av0⋅VoutVin(1+ω(s)sp1)(1+1ωsp2)(1+ωsp3西电微电子学院－董刚－模拟集成电

2、路设计(s)=Vinssωout=1ωin=⎛s⎞⎜ω⎟⎜⎟⎜⎛s⎞⎛s⎞⎜ω⎟⎜⎟Rin==23DB+CGDCDB)+s[RS(1+gmRD)CGD上一讲共源级的频率特性传输函数（增益）和输入阻抗用极点-节点关联法计算简单直观。有误差；没反映出零点Vout−gmRD(1+)(1+)ωinωoutRS[CGS+(1+gmRD)CGD]1(CGD+CDB)RDVoutVin(s)=⎜−1⎟⎝z⎠+1+1⎟⎝p1⎠⎝ωp2⎠用完整等效电路推导法计算复杂，但结果精确，反映了零点的影响1+RD(CGD+CDB)s1CGDs(1+gmRD+RDCDBs)CGSsvo(sCGD−gm)RD

3、visRSRD(CGSCGD+CGSC西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计+RSCGS+RD(CGD+CDB)]+111⎟⎜1+≈+⎜[⎠=24≈Sm上一讲源跟随器1、做电压平移2、做阻抗转换缓冲器Av=1gmRS≈+(1+η)1+η传输函数和极零点：根据该式，合理设计可获得期望带宽、相位裕度等指标输入阻抗：Zin=VX11⎛gm⎞1IXsCGDsCGS⎝sCGS⎟gmb+sCL]vogm+sCGSvisRS(CGSCL+CGSCGD+CGDCL)+s(gmRSCGD+CL+CGS)+gm输出阻抗：ZOUT=(sRSCGS+1)/(gm+sCGS)≈1/g（低频时），R（高频

4、时）西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计−1vovi≈+S)5上一讲共栅级——Rin小，Rout大传输函数：无密勒电容项，高带宽(s)=(gm+gmb)RD1+(gm+gmb)RS(1+1CSgm+gmb+RSs)(1+RDCDs)输入阻抗：频率增大时，ZL趋近于0，Rin趋近于Rin=1/(gm+gmb)ZL+rOZL11+(gm+gmb)rO(gm+gmb)rOgm+gmbZL=RD1sCD输出阻抗Rout={[1+(gm+gmb)ro]RS1sC+ro}

5、

6、(RD1sCD西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计6上一讲共源共栅级Rin和Rout大，高增益密勒效应小，高频极

7、点为了保证放大器的稳定性，通常设计fpX最大输出阻抗频率增大时下降，影响共源共栅电流镜的精度Zout≈[(1+gm2rO2)ZX+rO2](1/sCY)ZX=rO1(sCX),忽略CGD1西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计1⎜⎜ω⎛s⎞⎜⎜1−⎟⎟⎜+1⎟⎜ω⎞⎟)⎠7上一讲电流源负载的差分放大器差模频率特性用半电路法分析CL包括CDB3、CGD3（G点为交流地）、CDB1用共源放大器传输函数结论得：ACM−DM=−gm1−gm2(gm1+gm2)(rO3sCP)+1⋅(RD1sCLVoutVin(s)=Av0⎛s⎝p1⎝ωz⎟⎞⎛s⎠⎝p2+1⎟⎠高频时共模抑制能力下降主

8、极点为：fp1=1/2πCL(rO1rO3)西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计=L⋅=8上一讲电流镜负载的差分放大器voutgmNrON(2gmP+sCE)vin2rONrOPCECLs2+[(2rON+rOP)CE+rOP(1+2gmPrON)CL]s+2gmP(rON+rOP)镜像极点通常比输出极点大，即ωp1<<ωp2，因此有：ωp1=(2rON2gmP(rON+rOP)+rOP)CE+rOP(1+2gmPrON)CL忽略分母中第一项并假设2gmPrONff1，则：ωp1≈1C（rOPrON）11ωp1ωp2rONrOPCECLgmP(rON+rOP)ωp2≈gmPC

9、EωZ=2ωp2=−2gmPCE西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计9本讲噪声噪声的统计特性噪声谱（频域）幅值分布（时域）相关噪声源和非相关噪声源噪声的类型热噪声闪烁噪声电路中噪声的表示单级放大器中的噪声共源、共栅、共漏、共源共栅差分对中的噪声噪声带宽西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计10为什么要学习噪声知识？电路能处理的信号的最小值等于噪声的水平设计AIC时通常需要考虑噪声指标体现在信噪比（SNR）这一指标上低噪声AIC在很多领域有重要应用西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计11统