模拟电子技术基础第八章课件

第八章MOS模拟集成电路第一节概述第二节MOS模拟集成单元电路第三节MOS模拟集成运算放大器第四节MOS模拟开关及开关电容电路第一节概述与双极型模拟集成电路相比,MOS模拟集成电路:{优点:集成度高(1/5),输入阻抗高,功耗低,制造简单,动态范围大,成本低.

缺点:增益低,(1/40),工艺匹配性能差,低频噪声大按MOS工艺分为:1.PMOS型:电路全部由P沟道FET组成。2.NMOS型:电路全部由N沟道FET组成。3.CMOS型:电路由PMOS、NMOS互补器件组成。一、MOS电流源

（一）、MOS镜像电流源（电路如图）T!T2EIrI0若T1、T2结构对称，则沟道的宽长比=1。所以Io=Ir成镜像关系一、MOS电流源（二）、具有多路输出的比例电流源（电路如图）由（一）可知，若T1、T2结构不对称，则I0与Ir成比例，比例系数为沟道的宽长比之比。设T1、T2、T3管的沟道宽长比分别为ST1、ST2、ST3，则有I02I03T3UDDBSD.G.BSgmUGSgmbUBSrDSI0U0二、MOS管有源负载（一）增强型（单管）有源负载将D、G短接，电路如图R0R0等效电路如图其中：称跨导比显然，适当减小gm(或)，可提高R0三、MOS单级放大器有源负载的共源MOS放大器常见的电路形式有：1.E/E型NMOS放大器：放大管和负载管均为N沟道增强型（E型）的共源放大器。2.

E/D型NMOS放大器：放大管用增强型（E型），负载管用耗尽型（D型），两管均为N沟的共源放大器。3.CMOS放大器：使衬、源电压（UBS=0）,并由增强型NMOS管和增强型PMOS组成的放大器。4.

CMOS放大器：在的基础上，将两管的栅极连在一起作为输入端。（一）、E/E型NMOS放大器电路如图(N1为放大管,N2为负载管)等效电路如图(RL2=1/gmb2为N2管的等效电阻)N1N2UDDUiUo电压增益:由于SN1、SN2受工作点限制不能随意增加，所以AUE较小。输入电阻：Ri>1010输出电阻：Ro=rds//RL2（二）、E/D型NMOS放大器N1N2UDDUiUo电路如图(N1为放大管,N2为负载管)等效电路如图(RL2=1/gmb2为N2管的等效电阻)电压增益:输入电阻：Ri>1010输出电阻：Ro=rds//RL2因为2为0.1左右,所以AUD比AUE高一个数量级,增益较高。显见，比E/E型放大器输出电阻高。（四）、CMOS互补放大器电路如图：等效电路如图：gm1Ugs1gm2UGS2rds2电压增益：AUC=-(gm1+

gm2)/(rds1//rds2)=-(gm1+

gm2)

/(gds1+gds2)输入电阻：Ri>1010输出电阻：Ro=rds1//rds2

=1/(gds1+gds2)显见，它比CMOS放大器具有更高的增益。-USS第三节、MOS集成运算放大器2.CMOS运放：{常用的集成运算放大器有1.NMOS运放：{优点：速度快、集成度高。缺点：Au小、电路复杂。优点：增益高、电路简单。缺点：速度较低、集成度较低。（一）、5G14573CMOS四运放电路PoP1P2P3P4N1N2N3cR-UssUDDUoUi1Ui2123456789101112131415165G14573外形封装如图（含4个完全相同的运放）(1/4)5G14573运放电路如图第四节MOS模拟开关及开关电容电路在模拟集成电路中，MOS管可做为：

1.增益器件；2.有源负载；3.模拟开关(接近于理想开关)做成的模拟开关近于理想开关，主要是它有以下特性：

1.器件接通时D-S间不存在固有的直流漂移。2.控制端G与信号通路是绝缘的，控制通路与信号通路之间无直流电流。从开关应用角度讲，NMOS优于PMOS，所以通常选用NMOS管做模拟开关。一、单管MOS传输门模拟开关1.增强型单管MOS模拟开关电路GSBCLRLUoUiSDBGCGSCSBCGDCDBKR0nKUG<Ut时管子截止（Roff

）。UG>Ut时管子导通（Ron0）。

所以可近似等效为理想开关（如图）实际应用时，MOS管并非理想开关。因为：（1）极间电容CGS、CGD、CSB、CDB存在（2）Roff

,Ron0UGSRon,CGSCGD串扰.所以应适当选择UGSRon,极间电容.所以应适当选择显见：保证MOS模拟开关正常工作的条件MOS开关的正常工作受限于与开关连接的电容值，时间常数是限制开关工作速度的重要因素。保证开关工作的条件为：开关工作频率>时钟控制频率（一）、SC等效电阻电路1.并联型SC等效电阻电路，（如图）/ttTc（1）要求：

、/同频、反相、等幅且不重叠。波形如图（2）工作原理当为高电平时，N1通、N2止，C接到U1得到充电电荷Q1=CU1当/为高电平时，N1止、N2通，C接到U2，C端电荷Q2=CU2因此，在时钟Tc内，从U1向U2传输的电荷为Q=Q1-Q2=C(U1-U2)N1N2U2U1/CRU1U2（一）、SC等效电阻电路（2）工作原理因此，在时钟Tc内，从U1向U2传输的电荷为：Q=Q1-Q2=C(U1-U2)从U1流向U2的平均电流为：I=

Q/TC=C(U1-U2)/TC所以，等效电阻为：R=

(U1-U2)/I=TC/C=1/fcC注意：等效电阻R代替常规电阻必须满足以下条件1.fC远大于fS2.U1、U2不受开关闭合的影响N1N2U2U1/CRU1U2（一）、SC等效电阻电路工作原理因此，在时钟Tc内，从U1向U2传输的电荷为：Q=Q1-Q2=C(U1-U2)所以，等效电阻也为：R=

(U1-U2)/I=TC/C=1/fcC2.串联型SC等效电阻电路，（如图）当为高电平时，N1通、N2止，C上储存的电荷量Q1=C（U1-U2)当/为高电平时，N1止、N2通，C上储存的电荷量Q2=0显见，与并联型SC等效电阻电路的Q相同（三）、SC低通滤波器R1CUiUcR1CR2RfUiUcU0U0UcUiCC1C2Cf///RC无源网络构成的低通滤波器电路如图其传输函数：其中，0=1/R1C称低通截止频率。有源一阶低通滤波器电路如图其传输函数：其传输函数：用SC等效电阻代替上图中的电阻，就得到SC低通滤波器。如图低通截止频率：

0=fcC1/C本章小结ljp:1.MOS集成电路的分类（NMOS、PNOS、CMOSC