CMOS模拟集成电路设计ch6放大器的频率特性实用

会计学1CMOS模拟集成电路设计ch6放大器的频率特性实用什么是频率特性？2

电路的增益、功耗、噪声等性能会随着工作频率的改变而改变，因此必须考察哪些因素限制了电路的速度（我们的目标不是繁复的计算，而是了解“瓶颈”在哪里。）第1页/共38页3怎样分析频率特性？S—复频率传输函数时域、复频域是从不同“角度”去描述同一事物，二者有着唯一的对应关系，可以用拉普拉斯变换进行转换电容的阻抗为：第2页/共38页传输函数传输函数（系统函数）唯一的表征了电路的特性，它和频率的关系代表了电路的频率特性。第3页/共38页5对于正弦信号，令s=jw，代人传输函数，则可以直接得到（无需进行拉氏反变换）输出的时域表达式（稳态）已知传输函数，则输出等于：第4页/共38页6例：第5页/共38页7零点和极点低频增益令传输函数分子、分母等于零的解分别就是零、极点零极点可以是实数，也可以是复数，为复数时以共轭成对出现。第6页/共38页8一个电路要稳定的话，全部极点都必须在LHP零点则左右半平面都可以存在，但是LHP、RHP零极点的性质是不同的复平面LHPRHP第7页/共38页波特图幅频特性相频特性极点和传输函数的关联第8页/共38页零点和传输函数的关联第9页/共38页11当经过（实数）极点时(即达到极点的频率值),增益H(s)以20dB/dec的斜率减少；经过零点时,增益H(s)以20dB/dec的斜率增加在极点频率十分之一处，相位开始下降，极点处下降到45度，十倍频率处下降到90度；零点与之相反=6dB/octave零极点和传输函数的关联可以总结为以下的近似关系：波特近似:（Bode’sRules）第10页/共38页12下面的一些复数的性质可以帮助我们理解波特近似：第11页/共38页第12页/共38页则：主极点P2>>P1,影响很小主极点近似频率最低的第一个极点对放大倍数影响最大，称为主极点如果第13页/共38页有了波特图近似，我们只要知道零极点的位置，就可以方便的得出电路的频率特性。那么要怎样求零极点呢？方法一：精确求解用小信号等效电路图求得传输函数，根据传输函数求得零极点高频下的MOSFET小信号模型：在饱和区可忽略第14页/共38页第15页/共38页17X点的结点电流方程Vout点的结点电流方程其中下面以共源放大器为例，求解其传输函数：第16页/共38页从上面可以看出：即使是对于简单的电路，要手算得出极点也是比较繁复的，希望建立一种简便、直观的近似方法第17页/共38页极点和结点的关联A1和A2是理想电压放大器，R1和R2表示每级的输出电阻，Cin、CN、CP表示极间电容。19第18页/共38页因此，电路中的每一个结点对传输函数贡献一个实极点！

其大小Pi＝1/RiCi=1/τi第19页/共38页节点X、Y不独立，运用密勒定理把X、Y点近似为独立节点！这一论断在各极点之间存在相互作用时变得不再成立，此时极点算变得非常困难(也可能是复极点)尽管如此，“电路中的每一个结点对传输函数贡献一个极点”的概念在分析复杂电路结构的频率特性时非常有用，它十分有效的帮助我们定性理解和定量估算电路的性能第20页/共38页密勒定理：如果图(a)电路可以转换成图(b)的电路，则Z1=Z/(1-Av)，Z2=Z/(1-Av-1)，其中Av=VY/VX。22第21页/共38页证明：通过阻抗Z由X流向Y的电流等于(VX-VY)/Z，由于这两个电路等效，必定有相等的电流流过Z1，于是

23即，同理，第22页/共38页输入电容输出电容输入端的电容被放大了A倍，因此我们可以用一个较小电容实现较大的等效节点电容。第23页/共38页25？如果阻抗Z在X点和Y点之间只有一个信号通路，则这种转换往往是不成立的。在阻抗Z与信号主通路并联的多数情况下，密勒定理被证明是有用的。密勒定理一定成立吗？第24页/共38页用上面的“结点法”再次计算共源级的频率特性从X到地“看到的”总电容为则输入极点的值为从输出到地“看到的”总电容为输出极点推断出传输函数为第25页/共38页分母多出RD(CGD+GDB)项，此项通常可以忽略。和前面精确求解的结果进行比较：可以看出我们用结点法来估算极点是行之有效的。那么怎样估算零点？如果第26页/共38页零点的产生零点意味着存在某一频率fZ使输出Vout＝0当两结点之间存在两条信号通路时，传输函数就可能产生零点一般而言，若两条通路到达输出结点时信号极性相同，则为左半平面零点；若两条通路到达输出结点时信号极性相反，则为右半平面零点。第27页/共38页零点的简易求法当S=SZ时，Vout(S)＝0，这意味着此时将输出结点短路，必有Iout=0。第28页/共38页估算方法(一级近似)||[1/(CGSs)]Zin=准确计算输入电阻的计算