CMOS模拟集成电路设计巢明04

1、1CMOS模拟集成电路设计模拟CMOS子电路v课程目的：了解对MOS开关的原理和分析、补偿方法掌握MOS有源电阻的分析计算方法掌握电流源和电流漏的分析计算方法掌握镜像电流源的分析计算方法掌握电压和电流基准的分析方法理解基准源的灵敏度概念了解降低基准源对电源、温度灵敏度的方法大连理工大学 电信学院2MOS开关的完整模型大连理工大学 电信学院3MOS开关的主要参数v开路电阻v导通电阻推出以上参数MOS管工作在什么区？大连理工大学 电信学院4MOS开关的工作电压范围 假设MOS开关用来连接两个模拟电路，模拟信号的变化范围都是01V，试确定栅极和基底电压的范围？大连理工大学 电信学院5例题v假设初始状

2、态电容电压为零。VGATE(ON)为5V，持续0.1us后降为0V。此时电容上电压为2V。试确定MOS管的宽长比。要快速给电容充电，开关尺寸应如何调整？大连理工大学 电信学院6MOS开关的电荷注入（时钟馈通）现象v当栅电压发生变化时，在CGD和CGS上会产生电流（电荷注入）；v当开关关闭时，注入的电荷会输出给开关两端连接的负载电容，引起其电压变化。大连理工大学 电信学院7栅压快跃变与慢跃变的比较v在快跃变过程中，沟道电阻与沟道电容相关的时间常数限制了流向电压源的电荷量，所以一些沟道电荷注入给负载电容，引起其电压变化。大连理工大学 电信学院8电荷注入（时钟馈通）的补偿方式v减小开关面积v增加虚拟

3、开关管v使用互补开关v使用差分电路大连理工大学 电信学院9MOS有源电阻vMOS二极管直流与交流参数的计算公式？工作区域？电压范围？常应用于电平转换器件，电流镜等大连理工大学 电信学院10例题v欲实现一MOS二级管，当源漏电压为5V时其电流为10mA，试确定器件的其他工艺参数。（VBS0）大连理工大学 电信学院11MOS有源电阻vMOS悬浮电阻工作区域？参数计算？电阻值范围较大，但非线性大连理工大学 电信学院12消除电阻非线性的方法v并联MOS电阻v差分MOS电阻大连理工大学 电信学院13MOS有源电阻总结大连理工大学 电信学院14例题v用悬浮有源电阻设计一个1K电阻。已知电阻两端的对地直流电

4、压为2V，栅电压为5V，VDS接近零。讨论当VDS大于3V时此器件的特性。（衬底接地）大连理工大学 电信学院15MOS电流漏大连理工大学 电信学院16MOS电流源大连理工大学 电信学院17重要特征参数vrout 表现为电流对端点电压曲线的平坦程度，通常希望越大越好vVmin 表现为一个电压范围，进入此范围电流将不再为常数。通常希望越小越好。如何优化？提示：尺度参数，反馈应用等大连理工大学 电信学院18叠接（共源共栅）电流漏v试计算Vmin，rout大连理工大学 电信学院19vVmin： （约2VON）通常电路应保证M1和M2都工作在饱和区。忽略体电位影响，应保证VDS1VGS1-VT1，VDD

5、-VDS1VGG2-VDS1-VT2，则Vmin（VDD最小值）约为2VON。)/(2minLWKIVD大连理工大学 电信学院20vrout：注意到VGG1，VGG2，VB2电压为直流常数，小信号分析时对应项为零。则M1管的受控电流源电流为零，M1管相当于一个电阻。大连理工大学 电信学院21vrout：列出回路方程RivvRirvgmbsvgmivoutbsgsoutdsbsgsoutout2222222)(并且有RrgmRrgmbsgmrRivrdsdsdsoutoutout222222大连理工大学 电信学院22例题v器件参数KN110uA/V2，VT=0.7V,N=0.04V-1。计算（a

6、）简单电流漏的输出电阻值（b）如图所示的叠接电流漏的输出电阻值。设Iout都是100uA，W/L=1。大连理工大学 电信学院23栅源匹配原理v如两个MOS管的栅源电压保持相等，且都工作在饱和区，则两管的电流比与W/L比相关。v如两个MOS管的电流保持相等，且都工作在饱和区，则两管的栅源电压比与W/L比相关。大连理工大学 电信学院24实际叠接电流漏vVminVT2VON 为什么？大连理工大学 电信学院25高摆幅叠接电流漏vVmin2VON 为什么？vM3与M1的VDS显然不等，会有什么影响？大连理工大学 电信学院26课后作业4.3-14.3-24.3-34.3-5写出图4.3-5(106页)的S

7、PICE网表，以及对输出特性进行分析的SPICE程序大连理工大学 电信学院27镜像电流源/漏v基本思想：电流放大器，阻抗变换器输入输出电流成正比输入电阻为零输出电阻为无穷Vmin（in）和Vmin（out）定义大连理工大学 电信学院28大连理工大学 电信学院29沟道调制系数对电流匹配程度的影响v当输出输入电路VDS电压不等时：大连理工大学 电信学院30域值电压失调与尺度误差的影响大连理工大学 电信学院31MOS共源共栅电流漏（电流镜）大连理工大学 电信学院32威尔逊电流镜v通过电流负反馈增大输出电阻vVmin（in）？vVmin（out）?大连理工大学 电信学院33电流和电压基准v理想基准源的

8、性能基准值与电源波动无关基准值与温度变化无关基准值与噪声或其他影响无关v衡量标准：灵敏度大连理工大学 电信学院34电流和电压基准：灵敏度v以电流源为例：v应用：对灵敏度为-20dB的电流源，当电源电压变化10时，电流变化为多少？大连理工大学 电信学院35简单电流基准大连理工大学 电信学院36MOS微电流基准（Widlar电流源）v作业：推导Iout及SVDDIOUT大连理工大学 电信学院37简单电压基准大连理工大学 电信学院38灵敏度小于1的电压基准大连理工大学 电信学院39齐纳二极管电压基准大连理工大学 电信学院40自举基准（VT基准）v通过有源器件产生电流镜像v分别通过线性器件和非线性器件