拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案-课件

第二章作业答案1ppt课件2.1、W/L=50/0.5，假设|VDS|=3V，当|VGS|从0上升到3V时，画出NFET和PFET的漏电流VGS变化曲线解：NMOS管：假设阈值电压VTH=0.7V,不考虑亚阈值导电当VGS<0.7V时，NMOS管工作在截止区，则ID=0

当VGS>0.7V时，NMOS管工作在饱和区，NMOS管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则2ppt课件PMOS管：假设阈值电压VTH=-0.8V,不考虑亚阈值导电当|VGS|

<0.8V时，PMOS管工作在截止区，则ID=0

当|VGS|

≥0.8V时，PMOS管工作在饱和区，PMOS管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则3ppt课件2.2W/L=50/0.5,|ID|=0.5mA，计算NMOS和PMOS的跨导和输出阻抗，以及本证增益gmro解：本题忽略侧向扩散LD1）NMOS2）PMOS4ppt课件2.3导出用ID和W/L表示的gmro的表达式。画出以L为参数的gmro~ID的曲线。注意λ∝L解：5ppt课件2.4分别画出MOS晶体管的ID~VGS曲线。a)以VDS作为参数；b)以VBS为参数，并在特性曲线中标出夹断点解：以NMOS为例当VGS<VTH时，MOS截止，则ID=0当VTH<VGS<VDS+VTH时，MOS工作在饱和区当VGS>VDS+VTH时，MOS工作在三极管区（线性区）6ppt课件2.5对于图2.42的每个电路，画出IX和晶体管跨导关于VX的函数曲线草图，VX从0变化到VDD。在(a)中，假设Vx从0变化到1.5V。（VDD=3V）(a)上式有效的条件为即7ppt课件(a)综合以上分析VX>1.97V时，M1工作在截止区，则IX=0,gm=0VX<1.97V时，M1工作饱和区，则8ppt课件(b)λ=γ=0,VTH=0.7V当0<VX<1V时，MOS管的源-漏交换工作在线性区，则当1V<VX<1.2V时,MOS管工作在线性区9ppt课件当VX≥1.2V时,MOS管工作在饱和区10ppt课件(C)λ=γ=0,VTH=0.7V当VX<0.3V时，MOS管的源-漏交换，工作在饱和区当VX≥0.3V时，MOS管工作截止区11ppt课件(d)λ=γ=0,VTH=-0.8V当0<VX≤1.8V时，MOS管上端为漏极，下端为源极，MOS管工作在饱和区当1.8V<VX≤1.9V时，MOS管工作在线性区12ppt课件当VX>1.9V时，MOS管S与D交换MOS管工作线性区13ppt课件(e)λ=0,当VX=0时,VTH=0.893V，此时MOS工作在饱和区随着VX增加，VSB降低，VTH降低，此时MOS管的过驱动电压增加，MOS管工作在饱和区；直到过驱动VDSAT上升到等于0.5V时，MOS管将进入线性区，则有14ppt课件当VX>1.82V时，MOS管工作在线性区？？？？15ppt课件2.7对于图2.44的每个电路，画出Vout关于Vin的函数曲线草图。Vin从0变化到VDD=3V。解：(a)λ=γ=0,VTH=0.7V右图中，MOS管源-漏极交换当Vin<0.7V时，M1工作在截止区，Vout=0当0.7<Vin≤1.7V时，M1工作在饱和区，则当1.7V<Vin<3V时，M1工作在线性区，则16ppt课件2.7(b)

λ=γ=0,VTH=0.7V当0<Vin<1.3V时，M1工作在线性区，则当Vin≥1.3V时，M1工作在饱和区，则17ppt课件2.7(c)λ=γ=0,VTH=0.7V当0<Vin<2.3V时，M1工作在线性区，则当Vin≥2.3V时，M1工作在饱和区，则18ppt课件2.7(d)λ=γ=0,VTH=-0.8V当0<Vin<1.8V时，M1工作在截止区，则M1工作在饱和区边缘的条件为Vout=1.8V，此时假设Vin=Vin1，因而当1.8V<Vin<Vin1时，M1工作在饱和区当Vin1<Vin时，M1工作在线性区19ppt课件2.9对于图2.46的每个电路，画出IX和VX关于时间的函数曲线图。C1的初始电压等于3V。(a)λ=γ=0,VTH=0.7V，Vb>VTH当Vb-0.7≤VX≤3V时，M1工作在饱和区当VX<Vb-0.7时，M1工作在线性区，则20ppt课件当VX<Vb-0.7时，M1工作在线性区，则K21ppt课件2.9(b)λ=γ=0,VTH=0.7V当

VX初始电压为3V，M1工作在饱和区t=0时,VX=3V,22ppt课件2.9(c)λ=γ=0,VTH=0.7V当

VX初始电压为3V，VDS=0V，M1工作在深线性区23ppt课件2.9(d)λ=γ=0,VTH=0.7VIX=I124ppt课件2.9(e)λ=γ=0,VTH=0.7V电容C1的初始电压为3V初始状态（时间t=0），如右图所示，电容C1的充电电流IC1=0，此时M1的漏电流IX=I1；同时VX=Vb-VGS1+3当时间t=0+时，如右图所示，M1的一部分漏电流将对电容C1的进行充电，此时IX-IC1=I1=>当IX=IC1时，I1=0

若电流源I1为理想电流源，则VN-∞,实际上VN不可能低于0.6V，若低于0.6V，则PN结正向导通若电流源I1不是理想电流源，则VN0，电容C1开始放电25ppt课件2.13MOSFET的特征频率(transitfrequency)fT，定义为源和漏端交流接地时，器件的小信号增益下降为1的频率。证明

注意：fT不包含S/D结电容的影响节点1，有输出：26ppt课件2.13(b)假设栅电阻RG比较大，且器件等效为n个晶体管的排列，其中每个晶体管的栅电阻等于RG/n。证明器件的fT与RG无关，其特征频率仍为27ppt课件28ppt课件2.13(c)对于给定的偏置电流，同过增加晶体管的宽度（因此晶体管的电容也增加）使工作在饱和区所需的漏-源电压最小。利用平方率特性证明

这个关系表明：当所设计的器件工作于较低时，速度是如何被限制的。29ppt课件2.16考虑如图2.50所示的结构，求ID关于VGS和VDS的函数关系，并证明这一结构可看作宽长比等于W/(2L)的晶体管。假设λ=γ=0第一种情况：

M1、M2均工作在线性区相当于W/(2L)工作在线性区30ppt课件2.16第二种情况：

M1工作在线性区，M2工作在饱和区相当于W/(2L)工作在饱和区注意：M1始终工作在线性区，因为M2的过驱动电压大于0线性区31ppt课件2.16上面讨论，可知：

(1)M2工作在饱和区，则电流满足平方关系

(2)M2工作在线性区，则电流满足线性关系32ppt课件2.17已知NMOS器件工作在饱和区。如果(a)ID恒定，(b)gm恒定，画出W/L对于VGS-VTH的函数曲线。饱和区：33ppt课件2.18如图2.15所示的晶体管，尽管处在在饱和区，解释不能作为电流源使用的原因。

以上电路的电流与MOS管的源极电压VS有关，而电流源的电流是与其源极电压VS无关的。34ppt课件2.27已知NMOS器件工作于亚阈值区，ξ为1.5，求引起ID变化一个数量级所需的VGS的变化量。如果ID=10μA，求gm的值35ppt课件2.28考虑VG=1.5V且VS=0的NMOS器件。