模拟集成电路设计 魏廷存 第6章习题（含答案）

6.1图6.39（a）、（b）、（c）、（d）为比较器的输入-输出关系曲线，如果比较器的输入-输出关系取反，试画出此时的输入-输出关系曲线。图6.39参考答案：6.2对于图6.40所示比较器，假定M5的直流电流为100μA，W6/L6=5(W4/L4)，W8/L8=5(W3/L3)，且CL=10pF，VDD=4V，求比较器的传输时延。这里假设比较器的输入信号幅度足够大，导致比较器出现“转换”现象，即时延由摆率SR决定。图6.40解：当该比较器处于静态工作时，M6和M7管的静态偏置电流为：当该比较器工作在大信号摆幅的情况下，最大的source电流为：最大的sink电流为：当给Vin的正端加一个正向的大信号时，M6导通，M7截止，此时对电容CL进行充电，电容可以充电到VDD，此时的输出电压：即当给Vin正端加一个负向的大信号时，此时M7导通，M6截止，此时电容CL进行放电，电容放电到0V，此时的输出电压：即该比较器的传输延时为：6.3对于图6.30所示外部正反馈迟滞比较器（反向输入），试推导该比较器的正、负迟滞电压。6.4对于图6.31所示外部正反馈迟滞比较器（同向输入，且迟滞曲线发生位移），试推导该比较器的正、负迟滞电压以及电压位移量。6.5对于图6.41所示的外部正反馈迟滞比较器，假定VOH=2V，VOL=-2V，上转折点为1V，下转折点为0V。求电阻R1和R2之间的关系以及参考电压VREF。图6.41解：上部（向下）翻转点：下部（向上）翻转点：解得：6.6设计图6.8所示的由三级开环运放构成的比较器。要求小信号差模电压增益Avd>80dB，其它参数自定。CMOS管的参数为：μnCox=151μA/V2，μpCox=54μA/V2，VTHN,P=±0.70V。6.7设计图6.42所示的输入级为NMOS管的内部正反馈迟滞比较器。假定电流I5=5μA，要求VTRP+>0.1V，VTRP-<-0.1V，小信号差模电压增益Avd>60dB，其它参数自定。CMOS管的参数与题6.6相同。图6.42(解：（1）假定M1的栅极接0电位，M2的栅极电位远小于0，则M1、M3导通，M6工作在深度线性区，而M2、M4、M7截止，此时输出VO2为高电平；随着Vin增加，M2逐渐导通，i2逐渐增大，最后M2完全导通，当i2=i6时，正迟滞（翻转）点发生。由于则有：可得：可得：由于M1和M2工作在饱和区，i1和i2为：假设M1和M2的尺寸和特性对称，即则VTRP+可表示为：将代入上式（2）假定M1的栅极接0电位，M2的栅极电位远大于0，则M2、M4导通，M7工作在深度线性区，而M1、M3、M6截止，此时输出VO1为高电平；随着Vin减小，M1逐渐导通，i1逐渐增大，最后M1完全导通，当i1=i7时，负迟滞（翻转）点发生。由于则有：可得：可得：由于M1和M2工作在饱和区，i1和i2为：假设M1和M2的尺寸和特性对称，即则VTRP+可表示为：将代入上式（3）根据题目要求，电流i5=5uA，要求VTRP+>0.1V，VTRP-<-0.1V，代入得取L=1um，W=2um解得：α=5代入得：上述结果满足题意要求。则该比较器各晶体管的参数为：晶体管沟道长度(um)宽长比fingermultiplierM1,212:111M3,412:111M6,7110:111M5,822:111偏置电流源