模拟集成电路中常见的单元电路

1、模拟集成电路中常见的单元电路8-1 恒流源电路 恒流源电路的基本工作原理是基于一定的参考电流，提供一个与参考电流成一定比例关系的恒定电流。 恒流源电路是模拟集成电路中非常重要、广泛应用的单元电路之一。由于它能提供恒定的工作电流和很高的动态电阻，常常用于提供稳定的偏置电流和放大器的负载电阻，以便获得稳定的电路性能和大的增益。2004年8月2 思考题1. 恒流源单元电路有哪些种类？各自的特点有哪些？2. 恒流源作为有源负载有哪些特点？3.设计恒流源时应注意哪些问题？ 2004年8月38.1.1 npn恒流源电路 1. 基本型电流镜恒流源设T1和T2完全相同 则： Ib1/Ib2 = Ic1 / I

2、c2 因此：Ir=Ic1+Ib1+Ib2 =Io+ 2Ib2 = Io (+2)/ VRrIrIoT1T2Ib1Ib2因为： 1所以：Ir Io2004年8月48.1.1 npn恒流源电路 2. 面积比恒流源设T1和T2发射结面积为AE1和AE2 则： Ib1/Ib2 = Ic1 / Io = AE1/AE2 因此：Ir= Ic1+ Ib1+Ib2 则:Ir =Io (AE1/AE2+AE1/AE2+1)/因为： 1， AE1/AE2值较小所以：Ir IoAE1/AE2即： Io / Ir = AE2/AE1VRrIrIoT1T2Ib1Ib22004年8月58.1.1 npn恒流源电路 3.

3、电阻比恒流源Ib1Ib2VRrIrIoT1T2R1R2 IE1R1 + VBE1 = IE2R2 + VBE2 则： IE1R1 = IE2R2 + VBE2 - VBE1 IE1R1 IE2R2因此：Ir= IE1 +IE2/(+1) = IE2 R2/R1+1/(+1)所以:IrIoR2/R1 即: Io/Ir =R1/R22004年8月68.1.1 npn恒流源电路 4. 小电流恒流源Ib1Ib2VRrIrIoT1T2R2 VBE1 = IE2R2 + VBE2 则： IE2R2 = VBE1 VBE2 = VTln(IE1/IE2)因此近似有： Io= (VT /R2 ) ln (Ir

4、/Io) 根据已知的Ir 和需要的Io ，就可以求出要设计的R2。其中： VT =KT/q (热电压) 2004年8月78.1.1 npn恒流源电路 5. 多支路恒流源VRrIrIo1T1T2Io2T3IoNTN+1设晶体管均相同，则： Ir = Ic1+(1+N)Ib = Io + (1+N)Io/即：Io / Ir = / + (1+N) 可见，支路数增加，会使Io 与 Ir的差值增大。 2004年8月88.1.1 npn恒流源电路 6. 带有缓冲级的恒流源VRrIrIo1T1T2Io2T3IoNTN+1VT0设晶体管均相同，则： Ir = Ic1+Ib0 = Io + IE0/(+1)而

5、： IE0 =(1+N)Io/ 可见，Io 与 Ir的差值明显减小。 则：IoIr =2+ 2+N+12004年8月98.1.1 npn恒流源电路 7. 具有补偿作用的恒流源VRrIrIoT1T2T3IbIb2IbIb3Ie3Ic1Ic2设晶体管均相同,则：IoIr =2+ 22+2+2 这种电流源不仅使Io 与 Ir的差值非常小，而且还具有负反馈补偿特性，更有利于工作点的稳定。补偿过程: 当由于某种原因使Io增大，则Ie3 Ic2 Ic1 。而Ir= Ic1+Ib3不变，则Ic1 Ib3 Io 。2004年8月108.1.1 npn恒流源电路 8. 版图举例IrIoGNDGNDIrIoGND

6、IrIoIrIo2004年8月118.1.2 pnp恒流源电路 1. 概述 在双极型模拟集成电路中，经常是npn管和pnp管互补应用，因此pnp恒流源同样得到广泛的应用。 pnp恒流源电路形式与npn恒流源相同，只是改变电源的接法和电流方向。 值得注意的是PNP恒流源一般是由横向PNP管组成，而横向PNP管的增益（）远远小于NPN管的增益（） ，因此，PNP恒流源中Io 与 Ir的近似程度较大。2004年8月128.1.2 pnp恒流源电路 2. 单元电路图举例IrIo1T1T2RrT3VDDIrIo1T1T2RrIo2T3VDDIrIo1T1T2RrVDDIrIo1T1T2RrIo2T3VD

7、DVDDVDD2004年8月138.1.2 pnp恒流源电路 3. 单元版图举例2004年8月148.1.3 MOS型恒流源电路 1. 基本电流镜恒流源M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc 只要使MOS管都工作在饱和区(忽略沟道长度调制），由：nCox2IDS=WL(VGS-VT)2Ir:Io1:Io2 = : :WL)1(WL)2(WL)3(得： Ir一定，Io与输出端电压无关。沟道长度取一定值，则取决于沟道宽度之比。2004年8月158.1.3 MOS型恒流源电路 1. 基本电流镜恒流源（续1）M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc 若考虑

8、沟道调制效应，MOS管工作在饱和区电流公式为：nCox2IDS=WL(VGS-VT)2(1-VDS)其中沟道调制系数：=L1XdVDS 因此，输出电压对输出电流产生一定的影响。为减小这一影响，沟道长度应选大一些。2004年8月168.1.3 MOS型恒流源电路 1. 基本电流镜恒流源（续2）电流源输出电阻(MOS管饱和导通电阻)： 因此，沟道长度选大一些，还有利于提高输出电阻 。另外，小电流工作时输出阻抗更高。（ ）LIdsXdVDSrds= = IDS1-1M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc2004年8月178.1.3 MOS型恒流源电路 2.级联结构的恒流源M1

9、M2IrIoM4M3M1M2IrIoM4M3VCC 由于M4屏蔽了输出电压的变化对M2的作用，使输出电流不受输出电压的影响，减小了沟道长度调制的影响，同时也大幅度提高了输出阻抗。 其缺点是为了使晶体管都工作在饱和区，输出电压变化范围减小了。2004年8月188.1.3 MOS型恒流源电路 3. Wilson(威尔逊）恒流源M1M2IrIoM3M1M2IrIoM3Vcc 该电流源的输出阻抗较高（与级联结构相似）。 该电流源具有负反馈作用，使Io 的变化能得到补偿，提高了输出电流的稳定性。 增加M3的W/L可以增强对输出电流变化的调节能力。2004年8月198.1.3 MOS型恒流源电路 4. 改

10、进的Wilson(威尔逊）恒流源M1M2IrIoM3M4M1M2IrIoM3M4Vcc 该电流源是在Wilson恒流源基础上增加了M4，使得M1和M2的漏端电压相近，Io的误差更小。2004年8月208.1.4 恒流源作有源负载 1. 双极型电路举例放大器件RrIrIoT1T2R2T3VccViVo放大器件IrT1T2RrT2ViVccIoVo2004年8月218.1.4 恒流源作有源负载 2. CMOS电路举例M1M2IrIo1VccViVoM3M4M1M2IrIo1VccViVoRr放大器件放大器件2004年8月228.1.4 恒流源作有源负载 3. 特点VceIc0Ib1Ib2Ib3Ib

11、4IdsVdsVgs4Vgs3Vgs2Vgs1a) 有较大的交流电阻（动态电阻），有利于提高放大电路的增益;VceIcrce=VdsIdsrds=b)有较小的直流电阻（静态电阻），不需要提高电源电压来维持一定的工作电流;VceIcRce=VdsIdsRds=2004年8月238.1.4 恒流源作有源负载 3. 特点VceIc0Ib1Ib2Ib3Ib4IdsVdsVgs4Vgs3Vgs2Vgs1c)电源电压变化范围宽，只要确保负载管处于放大区，输出电压的变化与工作电流几乎无关。d) 面积小，易制作。e) 基区宽度调制效应（沟道长度调制效应）影响交流电阻。Vce+ VAIcrce=（ ）LIdsX

12、dVDSrds= = IDS1-12004年8月248-2 基准电压源电路 基准电压源是利用二极管的正向压降、齐纳二极管的击穿电压、和热电压具有一定的固定值的特性，以及它们具有正的或负的温度系数可以相互补偿的特点来设计的。一般采用恒流源作偏置电流进一步稳定工作点。 基准电压源电路是模拟集成电路中非常重要、广泛应用的单元电路之一。其作用是提供稳定的偏置电压或作基准电压。一般要求这些电压源的直流输出电平较稳定、内阻小、对电源电压和温度不敏感。2004年8月25 思考题1. 基准电压源的作用是什么？2. 基准电压源有哪些类型？各自的特点是什么？2004年8月268.2.1 正向二极管基准源 1. 基

13、本原理及特点ViVrefN个RVref = NVF 一般用NPN管BC短接的BE结二极管。 温度系数（负温度系数）和内阻Rr都很大，与串联个数成正比。 输入电压的变化将引起输出电压的变化： Vref = ViRr /(R+Rr)可采用恒流源供电，稳定输出。 2004年8月278.2.1 正向二极管基准源 2. 电路及版图VrefGNDVDDViVrefViVref2004年8月288.2.2 齐纳二极管基准源 1. 基本原理及特点 一般用NPN管BC短接的BE结反向二极管。 正温度系数和内阻Rr都很大。 BE结面击穿有先有后，随着电流增加击穿电压也增加。 输入电压的变化将引起输出电压的变化:

14、Vref = ViRr /(R+Rr)可采用恒流源供电稳定输出。可采用隐埋齐纳二极管。Vref = VRViVrefRVR2004年8月298.2.2 齐纳二极管基准源 2.电路及版图ViVrefViVrefGNDVrefVDD2004年8月30具有温度补偿基准源 1.基本原理及特点 一般用NPN管BC短接的BE结二极管（一正一反）。 温度系数接近于零。内阻Rr较大。Vref = ViRr /(R+Rr) 输入电压的变化将引起输出电压的变化。可采用恒流源供电稳定输出。Vref =VF+VRViVrefRVFVR2004年8月31具有温度补偿基准源 2.电路及版图ViVrefViVrefGNDV

15、refVDD2004年8月328.2.4 双极型能隙基准源1 电路及原理VR1I1T1T2T3VrefR2R3I2Vref T =T0 VT R3 R2 ln( ) +I2 I1 VBE T Vref = VBE + I2R2I2= (小电流源）R3 VT ln( ) I2 I1 Vref =VBE+VTR3 R2 ln( ) I2 I1 则：2004年8月338.2.4 双极型能隙基准源1电路及原理（续1）VR1I1T1T2T3VrefR2R3I2VBE T =T0 1 (VBE - Vg0)又：Vg0 =Eg0 /q (带隙电压)其中：再令：Vref T = 0Vref T =T0 VT

16、R3 R2 ln( ) +I2 I1 VBE T Vg0 = VBE + VT R3 R2 I2 I1 ln( ) 则：2004年8月348.2.4 双极型能隙基准源1电路及原理（续2）VR1I1T1T2T3VrefR2R3I2 只要适当选取R2/R3和I1/I2，就能使Vref温度系数为零，且此时的Vref值为带隙电压Vg0 。 温度系数可调为零的根本原因是VBE具有负温度系数，而VT具有正温度系数。Vref =VBE+VTR3 R2 ln( ) I2 I1 Vg0 = VBE + VT R3 R2 I2 I1 ln( ) 2004年8月358.2.5 双极型能隙基准源2电路及原理T1T2R

17、1I2T3T4R2VrefVCCI1V2Vref = VBE + (I1+ I2)R2I2= (小电流源）R1 VT ln( ) I2 I1 I1 Vref =VBE + (1+ )VTI2 R1 R2 ln( ) I2 I1 Vref T = (1+ ) T0 VT R1 R2 ln( ) +I2 I1 VBE T I2 I1 2004年8月368.2.5 双极型能隙基准源2电路及原理（续1）T1T2R1I2T3T4R2VrefVCCI1V2VBE T =T0 1 (VBE - Vg0)又：Vg0 =Eg0 /q (带隙电压)其中：再令：Vref T = 0Vref T = (1+ ) T0

18、 VT R1 R2 ln( ) +I2 I1 VBE T I2 I1 Vg0 = VBE + (1+ ) VT R1 R2 I2 I1 ln( ) I2 I1 2004年8月378.2.5 双极型能隙基准源2电路及原理（续2）T1T2R1I2T3T4R2VrefVCCI1V2 只要适当选取R2/R1和I1/I2，就能使Vref温度系数为零，且此时的Vref值为带隙电压Vg0 。 I1/I2可以通过调整T3和T4 管的面积比(AE3/AE4)来实现。I1 Vref =VBE + (1+ )VTI2 R1 R2 ln( ) I2 I1 Vg0 = VBE + (1+ ) VT R1 R2 I2 I

19、1 ln( ) I2 I1 2004年8月388.2.6 MOS型能隙基准源 面对当今低电压大规模集成的需要，低电压低功耗带隙基准源是目前研究的一个主要发展方向。 目前在N阱CMOS工艺下设计CMOS型带隙基准源多数都要利用“寄生PNP管”和MOS管的次开启特性。实质上仍是利用VBE和VT的温度特性。2004年8月398.2.6 MOS型基准源电路及原理M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I4MOS管工作于次开启时：IDS ( )ID0 eVGB/mVT eVSB/VTWL设M1、M2工作于次开启，令=W/L，则有：12e(VSB1- VSB2)/ VT=12eVR

20、1/VT =34Io = (5 /4) ( VR1 /R1 )VR1=VTln3 24 12004年8月408.2.6 MOS型基准源电路及原理（续1）Io = ln5 VT4 R13 24 1Vref = VBE + IoR2 由于VT具有正的温度系数， VBE具有负的温度系数。因而，只要适当调整各MOS管的W/L值及电阻值，即可得到零温度系数的参考电压，且其值恰为带隙电压。M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I42004年8月418.2.6 MOS型基准源 PNP晶体管P-subN-WellP+P+P+N+N+P-subN-WellP+P+N+N+P+2004年

21、8月428-3 差分放大器 差分放大器又称为差动放大器，是模拟集成电路中的最常用的单元电路之一。2004年8月43 思考题1. 差分放大器的优点是什么？2.改进差分放大器特性的措施有哪些？2004年8月448.3.1 双极型差分放大器 1.小信号特性（1）输入差模信号Ri1d = rbb+(1+)re re Rid 2re Ro1d = Rc/rce Rc Rod 2RcKv1d = = =- = -o1dido1d2i1dro1d2ri1dRc2reKvd = = = - odid2o1d2i1dRcre VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月458.3.1 双极型差分

22、放大器 1.小信号特性（2）输入共模信号Ri1c=rbb+(1+)(re+2RE) (1+)(re+2RE) Ric (1+)(re+2RE)/2Ro1c=Rc/rceRc Rod2Rco1co1cKv1c = = - ici1cRc(1+)(re+2RE)Kvc = = 0 ocicVccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月468.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 实际上的差分放大器不可能完全对称，具体表现为： a)共模输入电压增益不为零，用共模抑制比表示； b)零输入时输出不为零，用失调表示。VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月478.3.1

23、 双极型差分放大器 2.不对称性 （1）共模抑制比 差模信号电压增益与共模信号电压增益之比定义为共模抑制比，记为：KCMRR=KvdKvc或：KCMRR=20lgKvdKvc(dB)VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月488.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 （1）共模抑制比（续）Kc -2RERc22RERcRc+re不对称时：Kc = Kvc2-Kvc1 因此有：KCMRR=2REre22RERcRc+re-1当电路完全对称时：KCMRRVccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月498.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 （2）失调电压及

24、其温漂 当差分放大器的输入信号为零时，由于电路的不对称，输出电压并不为零。要使输出电压为零，在输入端所必须加的一个补偿电压（内阻Rs=0）称为输入失调电压，记为VOS。也就是为保持输出电压为零，T1、T2管基射极偏置电压应有的差值。VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月508.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 （2）失调电压及其温漂（续） 若忽略输入回路中基区、发射区的欧姆电阻，VOS可表示为： VOS = (VBE1-VBE2)|Vod=0VOS VT + +2RCRCIESIESVccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月518.3.1 双极型差

25、分放大器 2.不对称性 （2）失调电压及其温漂（续）VOST 固定的失调电压可以设法用调零装置预先调零。然而，当温度变化时，失调也随之变化，通常难以追随。单位温度变化所引起的输入失调电压的变化称为输入失调电压温漂，记为：VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月528.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 （2）失调电压及其温漂（续）衬底温度均匀时有：VOSTVOST 如果衬底温度不均匀，环境温度变化时，电路两边的温度变化也不一致，将引进附加的温漂，影响较大。VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月538.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 （3）失

26、调电流及其温漂 当差分放大器的输入信号为零时，由于电路的不对称，输出电压并不为零。要使输出电压为零，在输入端所必须加的一个补偿电流（内阻Rs= ）称为输入失调电流，记为IOS。也就是为保持输出电压为零，T1、T2管基极偏置电流应有的差值。VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月548.3.1 双极型差分放大器 2.不对称性 （3）失调电流及其温漂（续）IOS可表示为： IOS = (IB1-IB2)|Vod=0IOS IiB + RCRC 其中IiB将为输入偏置电流，通常取两输入端电流的平均值。VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月558.3.1 双极

27、型差分放大器 2.不对称性 （3）失调电流及其温漂（续）IOST 单位温度变化所引起的输入失调电流的变化称为输入失调电压温漂，记为： 为了直观起见，忽略电阻的不对称性，即RC = 0，则：IOSIOST= -TVccRC1T2T1RC2o1o2i1i2RE2004年8月568.3.1 双极型差分放大器 3.电路改善措施a)用恒流源代替射极耦合电阻RE 既增大了等效电阻，改善了共模抑制比，又稳定了工作电流。 (单纯增加阻值，将影响工作电流)。VccRC1T2T1RC2o1o2i1i2T4IrIeT32004年8月578.3.1 双极型差分放大器 3.电路改善措施 b)采用有源负载代替集电极负载电

28、阻RC 有较高的动态输出阻抗，提高增益和共模抑制比；而又具有较低的直流电阻，不需要提高工作电压即可维持正常工作电流。 T2T1o2i1i2T3T4VCCIeT5T6IrT4o12004年8月588.3.1 双极型差分放大器 3.电路改善措施 c)改善差分输入管特性 采用高增益晶体管、达林顿管、互补复合管、MOS管等，提高增益，提高输入阻抗。 T2T1o2i1i2T3T4VCCIeT5T6IrT4o12004年8月598.3.1 双极型差分放大器 4.单端化结构T2T1oi1i2T3T4VCCT5IeT6IrI3I2I1Io当输入差模信号时：I1= - I2 T3 、T4组成镜像电流源，使：I3

29、= I1因此：Io= I3 - I2 = I1 - I2= - 2I2 当输入共模信号时，同理可得Io=0。 可见，与双端输出信号相同。2004年8月608.3.2 MOS型差分放大器 1. E/E NMOS结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M72004年8月618.3.2 MOS型差分放大器 2. E/D NMOS结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M72004年8月628.3.2 MOS型差分放大器 3. NMOS管作为输入管的CMOS结构1VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M72004年8月638.3.2 MO

30、S型差分放大器 4. NMOS管作为输入管的CMOS结构2VccVi1Vi2VoM1M2M3M4M5IsM6M72004年8月648.3.2 MOS型差分放大器 5. PMOS管作为输入管的CMOS结构1VccVi1Vi2Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7Vo12004年8月658.3.2 MOS型差分放大器 6. PMOS管作为输入管的CMOS结构2VccVi1Vi2VoM1M2M3M4M5IsM6M72004年8月668.3.3 集成差分放大器的特点 影响差分放大器性能的关键因素就是不对称性，包括电阻、晶体管等器件参数的差异，由此引起放大器的输入失调及其温漂。而集成电路的最大优点就是相

31、关器件的匹配性能好，原因是所有器件都在同一芯片中，可以做到工艺离散性小，环境差异小。因而集成差分放大器的对称性好。2004年8月678-4 模拟开关电路 模拟开关在模拟集成电路中应用很广，如A/D转换器、D/A转换器、取样保持电路、电容开关滤波器、多路开关电路等。2004年8月68 思考题1. 模拟开关的特点是什么？2. 模拟开关有哪些种类？3. 什么叫“电容馈通效应”？ ？2004年8月698.4.1 模拟开关电路的特点 模拟开关是用来控制模拟信号传输的一种电子开关，其本身是由数字信号控制而呈现“接通”或“断开”两种状态，以使信号“通过”或“阻断”。 通常要求其导通电阻小、截止电阻大、速度快

32、、精度高、稳定性好。 这种电子开关比机械触点开关寿命长、速度快、使用方便。2004年8月708.4.2 模拟开关电路的分类 组成模拟开关的器件可以是双极晶体管或MOS管。 根据开关接换的对象是电流还是电压，可以把模拟开关分为电流开关型和电压开关型。 在电流开关中，流过开关的电流总是和被接换的电流相等； 在电压开关中，输出的电压总是和被接换的电压有关。2004年8月718.4.3 双极型模拟开关1. 基本型电流开关VrefRE（网络电阻）V-AV控RfD2D1TicVA 当V控为低电平时， D2截止，则经T管及网络电阻RE的电流ic由下一级电路通过Rf 和导通的D1提供，流经运放，参与运算，此时

33、为“接通”状态。2004年8月728.4.3 双极型模拟开关1. 基本型电流开关（续） 当V控为高电平时， D2导通，使VA抬高， D1截止。则经T管及网络电阻RE的电流ic由V控提供，而不流经运放，此时为“断开”状态。VrefRE（网络电阻）V-AV控RfD2D1TicVA2004年8月738.4.3 双极型模拟开关1. 基本型电流开关（续）ic =1+Vref VBEVRE 为提高速度，可以在T管的发射极直接进行控制。Vref（网络电阻） REV-V控D2D1TicVA 被切换电流：VrefVV控D2Tic（网络电阻） RE2004年8月748.4.3 双极型模拟开关2.差分控制ECL电流

34、开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVAV控为低电平时， T2导通， VA升高， T5导通， T6截止， ic= 0，网络电阻RE的电流由T5提供，不参与运算。2004年8月758.4.3 双极型模拟开关2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVAV控为高电平时， T2截止， VA下降， T5截止， T6导通， ic流经运放参与运算。ic =1+Vref2 VBEVRE2004年8月768.4.3 双极型模拟开关2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻

35、）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点一： T1 、T2为横向PNP管，BE结击穿电压较高，允许输入较大幅度的数字控制信号。2004年8月778.4.3 双极型模拟开关2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点二：控制信号V控与流经网络电阻RE的电流（权电流）是相互隔离的，使V控的变化对权电流几乎没有影响。2004年8月788.4.3 双极型模拟开关2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点三：肖

36、特基二极管的箝位作用限制了VA变化幅度，提高了开关响应时间。2004年8月798.4.3 双极型模拟开关2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点四：T3、 T4组成的电流镜完成了单端化作用，从而缩短了瞬态转换时间。2004年8月808.4.3 双极型模拟开关3.互补型电压开关V控-VrefV+VST1T2T3V-VBVA 当V控为高电平时， T1截止， VA、 VB降低，使T3 管饱和导通， T2截止，输出电压VS约为-Vref 。 当V控为低电平时， T1导通， VA、 VB升高，使T2 管饱和导通， T3截

37、止，输出电压VS约为0V 。2004年8月818.4.3 双极型模拟开关3.互补型电压开关V控-VrefV+VST1T2T3V-VBVA正接IC=0时：Vces0 VTlnR1反接IE=0时：Vces0 VTlnF1 特点：T2 、T3是接成共集电极状态，称为反接状态，其饱和压降比正接状态的小得多，有利于提高开关精度。2004年8月828.4.4 MOS型模拟开关1.MOS型开关的特点a)是理想的电压开关: 当MOS管非饱和导通时，源极与漏极间不存在固有的直流失调电压，这是因为它没有向双极器件那样的结电压，其漏极伏安特性都精确地经过原点。 b)是理想的电流开关:MOS作为开关控制的栅极与信号回

38、路是电隔离的，它们之间无直流通过。 c)是理想的双向开关:MOS正向和反向工作具有相同的性能，漏特性相对原点是对称的。 2004年8月838.4.4 MOS型模拟开关2.导通电阻a)NMOS单沟模拟开关:IDS= Kn2(VGS-VTn) VDS-VDS2GDSViVoV控ron= =VDSIDS2Kn (VGS-VTn VDS)1Kn=nox o2 (WL)n其中：VDS0 VGS = V控- Vi ronVGSVTn0V控- Vi2004年8月848.4.4 MOS型模拟开关2.导通电阻b)PMOS单沟模拟开关:IDS= Kp2(|VGS|-|VTp|) |VDS|-VDS2GDSViVo

39、V控ron= =VDSIDS2Kp (|VGS| - |VTp| |VDS|)1Kp=nox o2 (WL)n其中：VDS0VGS = V控- VironVGSVTp0V控- Vi2004年8月858.4.4 MOS型模拟开关2.导通电阻c)CMOS单沟模拟开关: 取： Kn= Kp= KGnDSViVoV控GpV控-ronVironnronpron=2K (V控-VTn - |VTp| 2VDS)1 可见，CMOS模拟开关在一定条件下， ron近似为常数。VDS02004年8月868.4.4 MOS型模拟开关3.寄生电容（1）电容馈通效应 模拟开关的栅是受脉冲信号控制的，由于存在寄生电容（C

40、gs，Cgd），栅控脉冲信号会耦合到模拟开关的输入和输出端，从而造成对模拟信号的干扰，称为“电容馈通效应”。GDSViVoV控2004年8月878.4.4 MOS型模拟开关3.寄生电容 减小器件尺寸可以减小寄生电容，减小干扰，但是，模拟开关的导通电阻也随之增加。（2）电荷抵消技术 MB 为“虚开关”，其尺寸与开关管MA相当。 MB栅上加的脉冲信号与MA栅上加的脉冲信号反相，因此，两个脉冲信号所引起的干扰得到平衡，减小了干扰。GDSViVoV控G-V控-MAMB2004年8月888-5 开关电容等效电阻电路 在模拟集成电路中经常需要大阻值的电阻，而且对阻值的精度要求较高，若采用常规方法制作，不但占用面积大，精度也难以保证。一般可采用MOS开关和MOS电容组成的开关电容等效电阻电