模拟集成电路课件 第5章CMOS放大器.pdf

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1、第5章CMOS放大器反相器差分放大器共源共栅放大器（cascode放大器）电流放大器输出放大器放大器特性大信号静态特性传输特性曲线大信号增益输入输出摆幅小信号静态特性交流信号增益输入输出电阻小信号动态特性带宽噪声电源抑制大信号动态特性摆率非线性反相器反相——共源同相——共栅、共漏有源负载反相器PMOS有源负载反相器的电压传输特性曲线有源负载反相器的大信号输出电压摆幅最大输出电压：最小输出电压：2vDSi[(vVv)]M1工作在非饱和区D1GS1TDS122vOUT[(V

2、Vv)]1DDTOUT222M2工作在饱和区iD()vGS2VT222()VvVDDOUTT2两式联立小信号电压增益电流电压增益输出电阻电压增益受器件尺寸的限制，有源负载反相器的输出阻抗较低。有源负载反相器的频率响应如果-3db频率等于-3db频率近似正比于漏极电流的平方根电流源负载反相器电流源负载反相器大信号输出电压摆幅M1工作在非饱和区得到下限（Vin=vdd）小信号电压增益随着直流电流的减小，增益上升。这是因为输出电导正比于偏置电流，而跨导正比于偏置电流的平方根。电流源负载反相器的频率响应如果推

3、挽反相器小信号电压增益如果反相器比较第5章CMOS放大器反相器差分放大器共源共栅放大器（cascode放大器）电流放大器输出放大器差分放大器定义参数共模抑制比输入共模范围输出失调电压输入失调电压大信号分析P阱的两种连接带入求解这个关系在满足时才有效传输特性M2饱和的条件M4饱和的条件P沟道MOSFET构成的CMOS差分放大器共模输入范围从G1通过M1、M3到VDD从G2通过M2、M4到VDD小信号分析其中Iout’表示输出短路电流共模分析差模电压增益共模增益假设rds足够大可以被忽略，电路可以更简化差分放大器的频率

4、响应如果小信号分析的直观方法摆率定义：最大输出电压变化率。取决于Iss和输出节点到交流地的电容。电流镜负载CMOS差分放大器的设计设计的约束电源、工艺、温度参数要求小信号增益Av频率响应输入共模范围给定输出电容式的摆率功耗举例：设计电流镜差分放大器的电流和宽长比满足下列指标。小信号差模电压增益100V/V已知根据摆率确定电流根据功耗确定电流取W5/L5这个值太大，可以稍微增加点W1/L1来减小VGS1，如果W1/L1为25则W5/L5等于30012.3增益为111.1第5章CMOS放大器反相器差分放大器共

5、源共栅放大器（cascode放大器）电流放大器输出放大器共源共栅放大器（cascode放大器）特点提高输出电阻，增大小信号增益减小米勒效应大信号特性最大输出电压：最小输出电压：M1、M2工作在非饱和区M3工作在饱和区假设小信号M1M2的宽长比相等且频率响应假设gm2>>gds3•频率响应的极点趋向于与节点到地的电容和电阻的乘积的倒数有关。例如，输出节点RC乘积的倒数近似为gds/C3，而v1节点RC乘积的倒数近似为gm2/（C1+C2）•零点是因输入到输出有两条途径而形成。一条通过C1直接耦合，另一条由受控源gm

6、1vin产生米勒效应可见用一个小的电容等效大电容。例如用等效高阻源激励放大器信号源的内阻足够大以至于不能忽略的情况下根据电流节点方程其中或者显然，p1起主导作用。说明高阻源激励的反相器存在一个重要的缺点。电容出现了米勒效应：C2乘以从V1到Vout的低频电压增益或与R1并联，产生一个主极点，在节点1处，由C2产生等效的米勒电容。这个电容对驱动电路呈现一个大的电容负载共源共栅放大器（cascode放大器）如何减小米勒效应电容出现米勒效应：C2乘以从V1到Vout的电压增益后与Rs并联，产生主极点。C2产生的等效电容称

7、为米勒电容。cascode放大器的优点是M1的低频电压增益低，C2不会乘以大的系数反相器和cascode放大器的极点比较高增益高输出电阻的cascode放大器共源共栅放大器（cascode放大器）设计举例共源共栅放大器的指标要求在10pF电容负载上的摆率大于等于10V/us解：根据摆率确定电流所以要求电流大于100uA根据功耗确定电流不大于200uA取电流150uA根据最大输出电压确定M3根据左上角的关系式确定VGG3根据右下角的关系式确定M1第5章CMOS放大器反相器差分放大器共源共栅放大器（cascode放大器）

8、电流放大器输出放大器电流放大器什么电流放大器？放大器的类型是输入输出变量是电流低的输入电阻高的输出电阻优点•电流不受电源电压的限制，在低的电源电压下，具有更宽的信号动态范围。•采用负反馈时，电流放大器的-3d带宽与闭环增益无关带负反馈的电流放大器的频率响应假设从放大器的输入端看进去的小信号输入电阻远小于R1和R2GB单位增益带宽。如果GB