经典模拟集成电路设计基础

1、经典模拟集成电路设计基础第1页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.1 模拟集成电路的重要性 自然界中几乎所有的物理量在时间和强度上均具有“连续”的特性，都属于模拟量； 被处理的物理量在进行数字处理之前，需要进行放大、预滤波、采样和离散化处理，将模拟信号数字化； 经过数字处理后的数字信号需要还原成模拟信号，并且经过进一步放大才能成为能够被人接受的形式；第2页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.1 模拟集成电路的重要性在宽带、高频信号（光信号、射频信号等)的处理中，数字化的难度极大，仍然需要采用模拟信号的处理方法（低噪声放大、模拟滤波等）； 工作频率很高

2、的数字电路的设计，必须象模拟电路一样考虑电路分布参数的影响，设计方法与设计原则与模拟电路的设计一致； 数模混合的片上系统（SOC）的大量出现；第3页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二典型的信号处理系统的构成框图6.1 模拟集成电路的重要性第4页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二 基本电流镜及比例电流源 V0支路为参考支路，为整个电路提供UGS1和参考电流Ir； V1支路为镜像支路，V1管与V0管的沟道宽长比相同； V2支路为比例电流支路，V2管与V0管得沟道宽长比为A， 即： 6.2.1 MOS电流源6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器第5页，共47

3、页，2022年，5月20日，18点1分，星期二 工作原理根据MOS管的电流方程：由于个MOS管的工艺参数相同，栅源电压也相同。所以，在沟道调制效应很小的情况下，有：6.2.1 MOS电流源6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器 基本电流镜及比例电流源第6页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二 特点：增大了电流源的输出电阻，减小了沟道调制效应。6.2.1 MOS电流源6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器 共源共栅电流源第7页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.2.1 MOS电流源6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器I0 工作原理该电路相当于两个镜

4、像电流源的串联。如果保证： 共源共栅电流源则有： ， 于是： ，可以忽略沟道调制效应。第8页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二互补性CMOS放大器中负载管V2由PMOS管构成，UBS2、UGS2=0，故RO2=rds2。由于rds2很大，所以该电路具有很高的电压增益。 为了增大增益又能避免在IC中制造大的电阻，一般在放大电路中采用有源负载。由于NMOS管的各项性能均优于PMOS管，所以放大管多采用NMOS管，负载管则可以使用PMOS管，从而构成互补性CMOS放大器。6.2.2 CMOS运算放大器6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器 有源负载CMOS放大器第9页，共47页

5、，2022年，5月20日，18点1分，星期二差动放大对管 电路构成上面电路中，V1、V2管组成差动放大对管，V3、V4组成镜像电流源作为差动对管的有源负载，V5、V6管组成比例电流源提供偏置电流。6.2.2 CMOS运算放大器6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器 CMOS差动放大器第10页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二 工作特性 静态输出电流ILQ为0; 差模增益Aud: 6.2.2 CMOS运算放大器6.2 MOS电流源和CMOS运算放大器 CMOS差动放大器第11页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.2.2 CMOS运算放大器6.2 MOS

6、电流源和CMOS运算放大器 CMOS差动放大器 工作特性rds4|rds2RL时：即在沟道调制效应可以忽略的情况下，差动放大器的增益取决于管子的静态工作电流和管子的尺寸。rds4|rds2Uref，最高位数字输出为“1”，并以2Ui与Uref之差作为次高位的模拟输入电压； 若2UiUref，则最高位输出为“0”，并以2Ui作为次高位的模拟输入电压； 重复上述过程直至所有位比较完毕；6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换器 算法A/D转换器第41页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二DIi 电流模算法A/D转换器电路镜像电流源镜像电流源若D=1，V9导通

7、，Ii=2Ii-Iref若D=0，V9截止，Ii=2Ii镜像电流源6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换器 算法A/D转换器第42页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换器 算法A/D转换器 电路特点输入输出量全是电流，具有面积小，电压低，功耗低，速度快，噪声干扰小，电路简单，用全CMOS电路实现。第43页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换器 算法A/D转换器 电流比较器URO两个CMOS反相器电流源相减电路第44页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换器 算法A/D转换器 关于电流源比较器的失配问题第45页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换器 算法A/D转换器 关于电流源比较器的失配问题电流误差定义为：因为第46页，共47页，2022年，5月20日，18点1分，星期二6.4.1 A/D转换器的电路结构6.4 模/数（D/A）转换