工程模拟cmos集成电路ch04new

1、InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4差动（差分）InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4差动（差分）Ch.4#InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongInstituteofMicroelectronics,XianJiaotong差动放大器定性分析（四种特性Ch.4#InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongInstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4.1 为什么采用差分结构？（抑制电源噪声图

2、4.3 （a）电源噪声对单端电路的影响；（b）电源噪声对差动电路的影Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong为什么InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong为什么采用差分结构？（抑制时钟干扰图4.4 差动运算对耦合噪声的影图4.2 （a）耦合使信号损坏（b）差动工作减少耦合干Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong基本差动对问InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong基本差动对问题改变偏置电流VOUT=Vout2-如

3、何解决图4.5 （a）简单差动电路 （b）输入共模电平对输出的影Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong基本差动对引入尾电流源偏置电流ID1和InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong基本差动对引入尾电流源偏置电流ID1和ID2不依静态工作点Vin1 Vin2 I 1 1221 Rout2尾电流源并不改变交流小信号通路A点对于小信号为交流地PS:简单差动电路并不是一无是处的在低电源电压设计中仍可以看到其身影图4.6基本差动Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiao

4、tong定性分析（InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定性分析（大信号特性当Vin1-Vin2从很负变化到很正时，电路发生了哪些改变，输出将如何变化？两个重要的特性输出端的最大、最小电平是完全确定的，与输入共模电平无关 ；小信号增益（图（b）关系曲线的斜率）Vin1Vin2时（平衡状）达到最图4.7 差动对的输入-输出特Ch.4#InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定性分析（共模特性问题：Vin，CM可以随便设置么图4.8（a

5、）检测输入共模电压变化的差动对电路；（b）M3管工作在深Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4.3InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4.3定性分析（小信号增益例尾电流源进入饱和区输入晶体管进入了线性区保持线性的运放中，晶体管均需工作在饱和Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4.3 定性分InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong4.3 定性分析（共模输入范围和输出摆幅输入共模范VV每端输出摆最大最小V

6、in,CM越大，摆幅越图4.10 差动对的最大允许输出摆Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析（1）InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析（1）小信号分方法由两个独立的信号驱动，用以利用“半边电路”的概念图4.11 差动对电VoutA (diff)gRvVinCh.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析图4.15 （a）检测一个输入信号的差动对；（b）将（a）视为InstituteofM

7、icroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析图4.15 （a）检测一个输入信号的差动对；（b）将（a）视为带M2负反馈的共源带源极负反馈Rs共源级增共栅级增gmgmA g A A vv1g v1g Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析：带源极负反馈Rs共源11g1out2：源极电阻的跟随器共栅级+MInstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析：带源极负反馈Rs共源11g1out2：源极电阻的跟随器共栅级+Mgm2 gggRou

8、t1111gg带源极负反馈Rs共源级增共栅级增gmgmA g A A vv1g v1g Ch.4 #-InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(小信号分析半边电路概念的应gmVY (Vin1)gm(2Vin1)gmVXCh.4 #InstituteofMicroelectronics,InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(大信号分析InstituteofMicroelectronics,XianJ

9、iaotong定量分析-(大信号分析4ISS2Vu u C W / ox InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong定量分析-(大信号分析4ISS2Vu u C W / ox eq.m2L4IVu C W /2ISSWLn图4.12 漏级电流和总跨导随输入电压变化的曲2平衡态过驱动电压等Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-Mode图4.25（aInstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-Mode图4.25（a）共模输入的差动对电路；（）图

10、（a）电路的简化电路；（c）图（）电路的等效电路RD / 1/(2gm)Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong例题图中，用一个电阻而不是电流源InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong例题图中，用一个电阻而不是电流源来提1mA的尾电流。已知 250.5, 50A V20.6V, 计算差模增益等于5时RD的值2ID / 0.6)(a) 0.5V (0.630.6)0.5V Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong例题LID1 1 6321/Institu

11、teofMicroelectronics,XianJiaotong例题LID1 1 6321/(b)gm gmRD RD 3.16KVDD IDRD M输出信号的半边幅值为1.42V-(1.73-2(c)1 2gXm1.420.0968新的M新的允许的输出最小电压1.730.050.6 输出信号的半边幅值变1.3231.18 Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong输出的共模电平及摆幅的变减小InstituteofMicroelectronics,XianJiaotong输出的共模电平及摆幅的变减小了输出摆由于对称元件的失配和一些非理出共模电

12、平和输出摆幅等发生变，或称Adc）Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-ModeResponseRDV12g in,InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-ModeResponseRDV12g in,CMSSR (RDDV12gRin,CMSS图4.27电阻不匹配时电路的共模输入不是理想的差分信号，可分成差模与共模成图4.28 电阻不匹配时共模噪声对路的影响：损坏放大的差分信Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongComm

13、on-ModeInstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-ModeResponse图4.29 尾电容有限时的共模相即使尾电流源的输出电阻很大，共模到差模的转换在高Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-ModeResponse电路的不对称,既InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongCommon-ModeResponse电路的不对称,既得图4.30 （a）检测共模输入的差动对；（b）图（a）路的等效电CMRR XYmAgm2)RSS (gm1CM称ACM-DM为共模抑制（希望小），再用差模增益归一化。定CMRR，表示差分电路对输入共模扰动的抑制能力（希望大）Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongMOS图4.32（a）以二极管连结的MOS为负载的差动InstituteofMicroelectronics,XianJiaotongMOS图4.32（a）以二极管连结的MOS为负载的差动对；（b）电流 g(g1)A )voNoPvoNoP 消耗了电压余数值在10到20Ch.4 #InstituteofMicroelectronics,Xian