模拟CMOS集成电路设计复习提纲

1、华大微电子：模拟集成电路设计复习提纲第二章 器件模型 mosfet的i-v特性 饱和区电流公式 线性区电流公式 沟道长度调制效应 mosfet的小信号模型 低频小信号模型：图2.36 gm、ro的表达式 完整小信号模型：图2.38华大微电子：模拟集成电路设计mosfet的i-v特性 thgsoxondsthgsoxddsdsthgsoxddsthgsoxdthgsoxdvvlwcrvvvlwcivvvvlwcivvvlwcivvlwci12112121222线性电阻：深线性区：线性区：沟长调制：饱和区：华大微电子：模拟集成电路设计几个常用的表达式lilwcvrgirlwcivivlwcgvvv

2、vvlwcidoxdsatomdooxddsatddsatoxmthgsdsatthgsoxd1212122212饱和区：华大微电子：模拟集成电路设计mosfet小信号模型（1） vbs=0时的低频小信号模型 用于计算输出电阻、低频小信号增益华大微电子：模拟集成电路设计mosfet小信号模型（2） 考虑衬偏效应时的低频小信号模型 用于计算输出电阻、低频小信号增益华大微电子：模拟集成电路设计完整的mosfet小信号模型 用于计算各节点的时间常数 找出极点第三章 单级放大器 共源级 共漏级 共栅级 共源共栅级共源级 电阻负载 电流源负载 二极管接法的mosfet负载 源级负反馈共源mosfetom

3、inoutooutooutoutinvoutoutoutingsrgvvrrrvivivrvvvin单管增益时，0|01二极管接法的mosfet)r(ggrgrommomout1 111带电阻负载的共源级rdownrup)r (rrgrrgrgvvrrrrrrrrroddmodmoutminoutoddownupoutodowndup )|()|(|电流源负载的共源级rdownrup121101212|oomoutmvoodownupoutodownouprrgrgarrrrrrrrr二极管接法mosfet负载的共源级rdownrup211012212112121 11|1|1mmoutmin

4、outvommomoomdownupoutodownmupggrgvva)rg(grgrrgrrrrrgr带源极负反馈的共源级rdownrup)r(grrrrggrga)r(rrrrrrrgrrrrgggsmsddsmmoutmvupdownddownupoutsomdowndupsmmm1 1 |1011共漏mosfet（源跟随器）rs|rombmosmvmbmoutggrrgaggr|110共栅管的输入电阻ombmodxxxxmbmxoxdxbsxrggrrivvvggirirvvvv)(1)(001共栅管用做电流放大器没必要计算其电压放大倍数共栅管的输出电阻sombmsombmosdow

5、ndupdownupxxoutrrggrrggrrrrrrrivr)()(|共源级参考源极负反馈电阻的rdownrup共源共栅级的输出阻抗（1）（忽略衬偏效应）共源级电路参考源极电阻负反馈的 )()(1221222122221oomoombmoombmoooutrrgrrggrrggrrr共源共栅级的输出阻抗（2）12233331221222122221 )()(oomomtomoutoomoombmoombmootrrgrgrrgrrrgrrggrrggrrr（忽略衬偏效应）共源级电路参考源极电阻负反馈的rt共源共栅级的输出阻抗（3）rdownrup 433122110122433|oomo

6、ommoutmvdownupoutoomdownoomuprrgrrggrgarrrrrgrrrgr折叠共源共栅的输出电阻与增益outmvioioomioutoomioutrgarrrrrgrrrrgrr1011221222211| |折叠点看进去的电阻为第四章 差分放大器差分放大器的输出电阻差分放大器的增益输入共模电平vin,cm的范围差分放大器的输出阻抗与增益（1）)( |11111101dodmoddomoutmvodoutrrrgrrrrgrgarrr)1( 1|1313110313mommoutmvmomoutgrggrgagrgr311031|oomvoooutrrgarrr差分放

7、大器的输出阻抗与增益（2）共源共栅差分对 outmvoomoomoutrgarrgrrgr10755133|第六章 频率特性 miller效应 极点与结点的关联第七章 噪声 噪声类型：热噪声、闪烁噪声 总输出噪声 输入参考噪声 单级放大器的噪声 共源级： 共源共栅级： 折叠共源共栅级西电微电子：模拟集成电路设计关于噪声dfiddfvdhzaihzvvnnnn222222、更确切的描述应该是为：噪声谱密度，其量纲为：噪声谱密度，其量纲描述注意：书上关于噪声的电流源负载的共源电路的热噪声datdmdsatvigwhyv2 ? 22声，应提高为了降低这种电路的噪共源共栅电路的热噪声乎不贡献噪声！低频

8、情况下，共栅管几折叠共源共栅电路的热噪声3dsatv声，应提高为了降低这种电路的噪差分对的热噪声dsatv声，应提高负载管的为了降低这种电路的噪共源共栅运放的噪声1211721232412mmmieqgktvggvv其中第八章 反馈 反馈概述 降低增益灵敏度 扩展带宽 环路增益、开环增益、闭环增益等概念 四种反馈结构 负载的影响 四种二端口网络模型反 馈x(s)：输入信号y(s)：输出信号y(s)/ x(s)：闭环传输函数，闭环增益h(s)：前馈网络；开环传输函数，开环增益g(s)：反馈网络；若与频率无关，可用代替h(s) g(s)：环路增益 ：反馈系数反馈的特性1：降低增益灵敏度adaaad

9、aadadaifaaaaxyaclclclcl1111) 1a ( 11112反馈的特性3： 扩展带宽000000000011111111 asaasasaaaasaagivencl电压-电压反馈前馈网络a0：v-v；反馈网络：v-v信号检测：前馈网络的输出，电压信号，并联信号返回：前馈网络的输入，电压信号，串联也称串联-并联反馈： “串联-并联反馈”，反馈信号与输入信号串联，检测信号与输出信号并联 “电压-电压反馈”，描述了反馈网络的特性 两种说法角度不同，信号的顺序也不同001aavvinout电压-电压反馈的特性 输入端串联， 输入电阻增大 输出端并联， 输出电阻减小000,0,11)1

10、 (aavvarrrarinoutoutcloutinclin电流-电压反馈前馈网络gm：v-i；反馈网络rf：i-v信号检测：前馈网络的输出，电流信号，串联信号返回：前馈网络的输入，电压信号，串联也称串联-串联反馈gm：前馈网络增益，导纳的量纲rf：反馈网络增益，电阻的量纲gmrf：无量纲fmminoutrggvi1电流-电压反馈的特性 输入端串联， 输入电阻增大 输出端串联， 输出电阻增大fmminoutoutfmcloutinfmclinrggvirrgrrrgr1)1 ()1 (,电压-电流反馈前馈网络r0：i-v；反馈网络gmf：v-i信号检测：前馈网络的输出，电压信号，并联信号返回

11、：前馈网络的输入，电流信号，并联也称并联-并联反馈r0：前馈网络增益，电阻的量纲gmf：反馈网络增益，导纳的量纲r0gmf ：无量纲mfinoutgrriv001电压-电流反馈的应用：光纤接收器 左图，输入阻抗r1 时间常数大，带宽小 右图，输入阻抗为r1/(1+a) 时间常数小，带宽大电压-电流反馈的特性 输入端并联， 输入电阻减小 输出端并联， 输出电阻减小mfinoutmfoutcloutmfinclingrrivgrrrgrrr000,0,111电流-电流反馈 前馈网络ai：i-i；反馈网络：i-i 信号检测：前馈网络的输出，电流信号，串联 信号返回：前馈网络的输入，电流信号，并联 也

12、称并联-串联反馈iiinoutaaii1电流-电流反馈的特性 输入端并联， 输入电阻减小 输出端串联， 输出电阻增大iiinoutioutcloutiinclinaaiiarrarr1)1 (1,二端口线性时不变系统的四种模型a.z模型b.y模型c.h模型d.g模型反馈网络类型与二端口网络模型选取串联并联短路求开路求模型电流（并联返回）电压电流（串联检测）电流反馈电流并联并联短路求短路求模型电流（并联返回）电压电压（并联检测）电流反馈电压串联串联开路求开路求模型电压（串联返回）电流电流（串联检测）电压反馈电流并联串联开路求短路求模型电压（串联返回）电流电压（并联检测）电压反馈电压反馈网络类型二

13、端口网络一般描述- t t h - t t y - t t z - t t g - o x x 112211221122112222122212122121111xtxtoxtxto第九章 运放 增益的计算 小信号带宽 共模输入摆幅 共模输出摆幅 共源共栅运放的设计 折叠共源共栅运放的设计 增益提高（gain boosting）技术的原理 运放的噪声增益的计算86624420|oomoommvrrgrrgga小信号带宽 小信号带宽通常定义为单位增益频率fu 3db频率f3db与fu的示意如下（均为对数坐标）gbw与小信号建立时间(1)a(s)00000000d000d0d0)1 (1)1 (1

14、11f21)(fgbw.f,aaasaavvsasaabwainout时间常数为扩展为闭环系统的角频率带宽闭环系统传输函数为其中统若该放大器为单极点系则增益带宽积带宽设放大器的低频增益gbw与小信号建立时间(2)gbwtgbwttueaaavtauvgbwatoutin1 . 19 . 61000ln%1 . 073. 06 . 4100ln%1)()1 (1)(21)1 (1%1 . 0%10000稳定精度：稳定精度：时间常数单位增益接法a(s)gbw与小信号建立时间(3)gbwtgbwttueaaavtauvgbwaarrrasasatoutin1 . 19 . 61000ln%1 . 0

15、76. 06 . 4100ln%1)()1 (1)(211)1 (1,)1 (1)(%1 . 0%1000000212000稳定精度：稳定精度：时间常数倍闭环带宽扩展为设前馈放大器全差分共源共栅运放的设计(1)vvv v. v.a/v ca/v c amw vvddthpthn-p-noxpoxnv7 . 0| 0 )m0.5l(20 )m0.5l( 10 30 60 工艺200010功耗3v 3 11220参数输出摆幅性能指标全差分共源共栅运放的设计(2)330uaii 3ma 300mv:v 300mv :vv 200mv :vv 500mv300 500mv200 200mv ref2r

16、ef19dsat9dsat8dsat5dsat4dsat1i功耗分配过驱动电压分配尾电流管过驱动电压：负载管过驱动电压：放大管过驱动电压：设计经验全差分共源共栅运放的设计(3)9001111125021985412lwlwlwvlwcidsatoxd确定各晶体管的宽长比由简单电流公式电流、过驱动电压已知全差分共源共栅运放的设计(4)ddsatpddsatnoomoomoutdsatddsatdomdodoxdsatdthgsdthgsoxgsdmthgsoxdivivrrgrrgrvivirgirilwcvivvivvlwcvigvvlwci521275513322|2|212122)(2)(

17、)(21全差分共源共栅运放的设计(5) 40001/11111141642|2|20850521210521275513311vvdsatpdsatndsatvddsatpddsatnoomoomoutdsatdmammlwlavvvaivivrrgrrgrvig则若则沟道长度，若所有晶体管均取最小全差分共源共栅运放的设计(6)vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvthbthbthbthbdsatthdsatddbthbthbdsatdsatdsatthbdsatthddbdsatthbn3)|2v3 . 2| 4 . 2|0.8v7 . 0|31525252557231

18、319133177399（电压摆幅留余量，取留余量，取偏置电压设计全差分共源共栅运放的设计(小结)（注意留出余量）电压摆幅要求，确定各偏置根据过驱动电压与输出）满足要求时，可增加（宽长比不变，增益不各晶体管的尺寸根据增益的要求，确认长比电流，确定各晶体管宽根据过驱动电压与支路确定各支路的直流电流电压确定各晶体管的过驱动5.l4.3. 2. 1单端输出折叠共源共栅运放的设计（小结）变）体管的宽长（宽长比不根据增益，修改部分晶比，确定各晶体管的宽长根据电流、过驱动电压的直流工作电流相等与尾电流管注：使负载管，确定各支路电流根据过驱动电压、确定各管的过驱动电压，确定根据定根据建立时间要求，确6. 5

19、)m9,m(g4.3.gbw2gbw. 221lngbw. 11110m11%1 . 0mcgtlm增益提高技术的原理1221121212221212121111122)1 (11)1 (11)()0(oomomooooutoutoutooutmooxoxoutxmoxoutxxoomoutrrgargarrrivrrvgarrvrvvvvgrvivavavrrgr右图：左图：v1增益！通过提高输出阻抗提高转换速率 理想运放：iout正比于输入阶跃信号 真实运放：iout受限 单级运放的最大充放电电流isssrvivctcisrsslsrlss转换速率与小信号建立（1）gbwsrvtttgbw

20、tsrvtoutsrtotaloutsr1 . 121000ln%1 . 0%1 . 0转换速率与小信号建立（2）1%1 . 01%1 . 011%1 . 011119 . 6;9 . 69 . 69 . 621000ln 2222 dsatssltotalsrtotaltotaldsatsrdsatdsatssldsatlssldsatdlmsslsrlssvvictttttvvttvvvicgbwtvcicvicggbwvicsrvtcisr的贡献必须考虑否则，结论：若时，当第十章 稳定性与频率补偿 补偿的方法 极点位置与相位裕度的关系补偿的方法aoutaoutanxnmamcrcrccc

21、cgcg1cgx1gx2lpxpx1l75的值降低可增加的频率，可降低降低主极点：降低方法取最小尺寸高频应用时，等寄生电容、所以应降低等限制、受因为：提高方法极点位置与相位裕度（1）)(tan90)(tan)(tan9090)(tan)(tan)(tan)(tan1802131211111211121puupnppnupupupupnupupupnppuffpmfffffffpmffffffffffpmffff则均远大于、若，所以补偿后，则、极点分别是设单位增益频率极点位置与相位裕度（2）gbw423 .84100 .7646 .7134 .632 45)(tan90 )(tan90 452222222110212ppppppppvupupufpmgbwfpm