模拟集成电路设计概论2.ppt

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1、模拟集成电路的特点和应用MOSTIDSversusVGSandVDSMOS晶体管的电流方程截止区线性区深线性区MOS晶体管的电流方程饱和区过驱动电压工艺跨导参数跨导参数MOS晶体管的I-V特性饱和区电流源饱和区时，由于电流近似恒定，MOS构成电流源MOS晶体管的工作区VDS与工作区沟道长度调制假定定义VE，VE是工艺参数ID和VDS有关，不是一个恒定电流源饱和区电流的修正体效应当衬底Vb相对源极Vs更负时，Qd增加，Vth增加。N阱工艺中NMOS的衬底恒接GND，但源极可能不接GND,造成体效应。

2、MOSTlayout:CoxandCD亚阈值导电性当Vgs下降到Vth或低于Vth时，Id并不是无限小。在Vds大于200mv左右时，Id与Vgs呈现指数关系。漏电，对静态功耗、动态电路不利。亚阈值下的模拟电路，和双极的I-V特性相似，W/L很大。速度饱和IDLong-channeldeviceShort-channeldeviceVDSVDSATVGS-VT电场增加使电子碰撞加剧，迁移率下降速度饱和MOS晶体管的工作区VGS与工作区MOS管交流小信号特性饱和区跨导gm：代入ID：MOS管交流小信

3、号特性VbIDVDS+_M1gmVDS例：当：当：MOS管交流小信号特性饱和区输出电导和输出电阻：MOS管交流小信号特性饱和区衬底跨导：MOS管交流小信号特性基本MOS小信号等效电路MOS管交流小信号特性亚阈值区边界：和沟道长度L无关！MOS管交流小信号特性速度饱和区决定于沟道长度决定于电场强度MOS电容电容存在于MOS管的任意二极点之间。电容可分为：C1C2C3C4C5C6栅-沟道电容：栅-源漏交叠电容：沟道-衬底耗尽层电容：结电容：、底板电容Cj0、侧壁电容CjswMOS电容关断：线性区：饱和区

4、：MOS电容降低MOS管的漏极电容降低源极电容？MOS电阻MOS小信号模型中的电阻可忽略通过合理设计版图降低分布电阻。MOS管交流小信号等效电路完整的MOS小信号模型MOS小信号模型中的电容MOSTfTMOSTfTwhereiDS=iGS放大器的基本概念理想的信号放大输出信号复制输入信号，幅度放大有源器件是放大器的核心理想的线性放大器特性放大器的基本概念实际的放大器特性：输出信号的摆幅决定于偏置点的选择放大器的基本概念实际的放大器特性：放大器的输入输出特性在一定信号范围内可表示为：在一个足够窄的范围

5、内：x的变化很小输出随输入增量变化是线性的是增益。是偏置点。非线性表现为失真SNRandSNDRNoiseandDistortion放大器的基本概念八边形法则模拟电路的八边形法则：增益、速度、功耗、电源电压、线性度、噪声、输入输出阻抗、最大电压摆幅八种性能参数相互牵制，导致设计成为多维优化问题。优化的折中方案。放大器的基本概念fourtypesofamplifiers:Single-transistorstages共源放大器电阻负载大信号分析：考虑Vin从小到大变化当当M1饱和当M1在线性区共源放大

6、器饱和区小信号增益：对饱和区方程求导考虑沟道长度调制效应，则gm随Vin线性上升，因此增益是非线性的共源放大器小信号分析输出阻抗：输入为零时，在输出加电压激励，得到电流很容易得到增益：共源放大器二极管负载采用NMOS负载，存在体效应共源放大器二极管负载：NMOS负载采用NMOS负载，存在体效应M1VinVoutM2利用小信号分析，对M2：Av决定于M1和M2的W/L之比，是恒定的。电路的线性度高。共源放大器二极管负载：NMOS负载共源放大器二极管负载：PMOS负载采用PMOS负载，不存在体效应M1V

7、inVoutM2忽略沟道长度调制：例：M1的W/L太大，寄身电容增加，影响电路速度。共源放大器性能改进M1VinVoutM2Is在M2边上并联一个恒流源，M2的电流将下降，跨导下降，增益提高。取：在相同增益条件下，降低了MOS管的W/L比。I2减小，Vgs2减小，Vout的摆幅提高。共源放大器理想电流源负载Highgain?LowVGS-VTandlargeL!!!共源放大器Gain,BandwidthandGain-bandwidth共源放大器GainAv,BWandGBW共源放大器Gain,B

8、andwidthandGain-bandwidth共源放大器Millereffect共源放大器Gain,BandwidthandGain-bandwidth共源放大器Zero共源放大器Millercapacitancefeedbackeffects共源放大器AmplifierwithlocalR-(series)feedback共源放大器AmplifierwithlocalR-(series)feedback提高线性度的代价是，增益下降，摆幅下降。共源共栅放大器Cas