CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)_ch3單級(jí)放大器（一）.ppt

模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì),3. 單級(jí)放大器（一）,提綱,1、共源級(jí)放大器 2、源級(jí)跟隨器（共漏級(jí)放大器） 3、共柵級(jí)放大器 4、共源共柵級(jí)放大器,提綱,2019/6/27,2,1、共源級(jí)放大器,1.1 電阻做負(fù)載的共源級(jí)放大器 大信號(hào)分析,共源級(jí)放大器,2019/6/27,3,MOS管工作在飽和區(qū)時(shí),小信號(hào)分析,共源級(jí)放大器,2019/6/27,4,考慮溝道長度調(diào)制時(shí)，,線性區(qū)時(shí),共源級(jí)放大器,2019/6/27,6,增益隨Vin的變化而變化，在信號(hào)擺幅較大時(shí)會(huì)引入非線性,ID隨Vin的變化關(guān)系,gm隨Vin的變化關(guān)系,7,輸入電壓范圍：,輸出電壓范圍（擺幅）：,8,輸入輸出電阻的求解：,輸入電阻,無窮大,輸出電阻,9,練習(xí),Av的最大化,增大W/L；寄生電容增大，帶寬減小,增大VRD；輸出擺幅減小,減小ID；RD會(huì)很大，輸出節(jié)點(diǎn)時(shí)間常數(shù)增大,11,電阻做負(fù)載的共源級(jí)放大器的缺點(diǎn)？,優(yōu)點(diǎn)？,1.2 MOS二極管連接做負(fù)載的共源級(jí) MOS二極管連接,共源級(jí)放大器,2019/6/27,12,二極管連接的阻抗為,二極管連接的阻抗為,考慮體效應(yīng)時(shí),增益 NMOS二極管連接做負(fù)載,共源級(jí)放大器,2019/6/27,13,其中,沒有體效應(yīng),PMOS二極管連接做負(fù)載,增益與偏置電流、電壓無關(guān)！線性度好！,討論 增益與輸入信號(hào)無關(guān)，是器件尺寸的弱函數(shù)。 高增益要求會(huì)造成集體管的尺寸不均衡。,共源級(jí)放大器,2019/6/27,14,例：為了達(dá)到10倍增益， ，則(W/L)1=50(W/L)2,在這個(gè)例子中，M2的過驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)該是M1的過驅(qū)動(dòng)電壓的10倍。 若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，嚴(yán)重制約輸出電壓擺幅。,允許的輸出電壓擺幅減小。,15,輸入電壓范圍：,輸出電壓范圍（擺幅）：,書中圖3.10 解釋亞閾值導(dǎo)電的影響,16,輸出電阻？,您能直觀觀察出來嗎？,17,二極管連接的其他用途：電壓偏置,18,同樣大小的交流小信號(hào)電阻，用飽和區(qū)MOS管實(shí)現(xiàn)不僅容易，而且消耗的電壓余度要小得多,電流源負(fù)載的共源級(jí)放大器,廣泛的使用在CMOS集成電路中,1.3 電流源負(fù)載的共源級(jí)放大器 討論 長溝器件可以產(chǎn)生高的電壓增益 同時(shí)增加W、L將引入更大的節(jié)點(diǎn)電容 ID AV,共源級(jí)放大器,2019/6/27,19,20,輸出擺幅,1.4 帶源級(jí)負(fù)反饋的共源級(jí)放大器 小信號(hào)直接分析方法,共源級(jí)放大器,2019/6/27,21,討論 增加源級(jí)負(fù)反饋電阻，使增益是gm的弱函數(shù)，實(shí)現(xiàn)線性的提高。 線性化的獲得是以犧牲增益為代價(jià)的,考慮溝道長度調(diào)制及體效應(yīng)時(shí)，電路的交流小信號(hào)模型為,共源級(jí)放大器,2019/6/27,22,小信號(hào)等效分析,共源級(jí)放大器,2019/6/27,23,輔助定理：在線性電路中，電壓增益等于-GmRout，其中Gm表示輸出與地短接時(shí)電路的跨導(dǎo)；Rout表示當(dāng)輸入電壓為零時(shí)電路的輸出電阻。,線性電路的輸出端口可用諾頓定理來等效，輸出電壓為-IoutRout，定義Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。,Gm? Rout?,計(jì)算Gm,共源級(jí)放大器,2019/6/27,24,（考慮溝道長度調(diào)制及體效應(yīng)),由于 ，所以,因此，,計(jì)算Rout,共源級(jí)放大器,2019/6/27,25,流經(jīng)ro的電流：,得到,所以，,計(jì)算Av,共源級(jí)放大器,2