模拟CMOS集成电路设计精粹ppt 第二章

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1、所有analogcircuits都是由基本单元构成，对这些基本单元进行仔细研究是分析复杂电路的基础。所有的analogcircuits中，OP是最通用的电路模块。它是由一个差分输入部分和单端output构成。OP的增益非常大，通常用于一个反馈环路中。该电路第一级是一个差分对管，load是一个电流镜。第二级是一个单管放大器，负载是一个直流电流源，是电流镜的一部分。单个晶体管可以构成的单元模块数量是很少。一个单管可被用作一个放大器，源极跟随器或者共源共栅管。也可用一个共源共栅管做增益提升（gainboosting），只要将共源共栅管与一个放大器组合即可。一个MOST管也可做成一个开

2、关。用两个晶体管可构成另外两种组态，分别是差分对和电流镜电路，将它们进行组合就构成了一个全差分的四晶体管的电压和电流放大器。这种差分的电流放大器可以做到四个input，其电路形式非常多样。该放大器是由一个电压源VIN进行偏置，在VIN上叠加了一个小信号输入电压vIN。一个放大器通常由一个直流电流源作为负载，这种情况下可获得最大增益。一个理想电流源ro=∞，∴所示小信号等效电路中电流源就被省略了（交流通路I=0，open）设计模拟放大器时从不选择最小沟道长度，L取4～5Lmin，欲使VGS-VT的值尽可能的小，通常取0.15～0.2V，但不能再小，否则进入弱反型区，这时I和gm会

3、变得很小，noise↑。电流值较小时，不可避免地产生大的noise和小的信噪比（SNR）。IfSNR<40dB，可将放大器控制在弱反型区，这种情况适于传感器接口电路和生物医学前置放大器。通信电路中的放大器通常>70dB的SNR，∴需将放大器控制在弱反型区和强反型区之间。深亚微米CMOS器件提供的电压增益越来越小。但ifL相对大时，如取2.5（当VE=4V/）,则VEL≈10V，当VGS-VT=0.2V产生的AV≈100.对于最小的90nm沟道长度,∵VE变化不大，∴AV=3.6，∴需用所有的电路技巧去提高增益，共源共栅结构有可能使增益↑，ifAV=100，在一般运放中，需获得1

4、06的电压增益需要三级放大器，而if采用双极型只需二级放大器。在高f下，由于寄生C，电压增益↓,负载C最大（它包括了所有的与下一级的互联C和反馈C.低f增益AV和前面一样。在增益开始↓的那一点f称为带宽BW（或-3dBf）。它只取决于RC时间常数。为了更好地研究BW和GBW与低f增益的关系，引入波特图，显然GBW=AVBW,在BWf点处相移-45°，而在高f，相移增加到-90If没有负载C,但有一个大的输入CGS,带宽由输入决定。用于许多传感器和生物医学预放大器，它们的源阻抗非常大（>1M）。此时，带宽BW有输入端的RC决定。但GBW不象BW那么简单，晶体管的许多参数将会起到重

5、要作用，其中一些参数与高f参数fT相关。要获得高f性能，增大fT往往不够，需将fTrDS进行转化，这是工艺技术的挑战。如GBW所示，它与沟道长度不相关，但W和VGS-VT必须取小。最后电路中可能增加的一个电容CF，是从输出端到输入端的反馈C，也称密勒C。∵这个C从输出端达到输入端，它和输入端的源电阻生成了时间常数，但大小被×AV。，与CGS起到了同样的作用。由于输出信号的幅度是输入信号的AV。倍，因此从输入端看过去，CF同样增大了AV。倍。GBW与晶体管参数不相关，这正是所期望的∵反馈电路增益和放大器的参数不再相关，只取决于外部反馈元件的值。带宽由输入端的源电阻生成的时间常数决

6、定。但大小×AV。，与CGS起同样的作用。Miller效应从输入端看过去的阻抗起了作用，对输出端的阻抗没有起作用。实际上，MillerC在传输性能上产生了一个零点。这样一个单个电路可以产生与两个极点同样的相移。而在通常情况下，每个C只能产生一个极点。单管放大器中通常应用一个RS实现串联反馈。有RS的效应-环路增益（1+gmRS），它影响了电路的所有其它参数。环路增益↓gm，ifRS较大，跨导相当于降低了1/RS，跨导gm和电流无关。一个主要效应是输出阻抗急剧↑，其增大的比例系数是环路增益。输出阻抗↑→放大器增益↑。反馈电路使输入C↓，RS↑→输入电容↓。If用一个直流电流源代替

7、RS，那么输入C可忽略。这就构成了后面源级跟随器（sourcefollowers）。RS的主要问题是它们的noise，∴在低noiseRF电路中常用L代替RS.只要L和C串联损耗阻抗为0，L和C就不产生noise，在无源器件中，只有电阻产生额外的noise。电路中加入了L就会使得gm和输出电阻都与f有关。如果不含串联的RorL，输入阻抗ZinL是容性的，现在则变成了纯阻性的，其值为gmLS/CGS,或LSωT，原因是输入CGS被电感抵消了。这样输入电阻可以很容易地被设计成50，从而与50传输