第六章 模擬集成電路設(shè)計(jì)-1

1、四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室模擬集成電路模擬集成電路四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室集成電路概述集成電路概述 模擬模擬IC就是能對(duì)模擬量進(jìn)行運(yùn)算和處理的一種就是能對(duì)模擬量進(jìn)行運(yùn)算和處理的一種IC，直接對(duì)連續(xù)可變的模擬量進(jìn)行計(jì)算與處理直接對(duì)連續(xù)可變的模擬量進(jìn)行計(jì)算與處理 模擬集成電路的種類模擬集成電路的種類 根據(jù)輸入、輸出電壓的變化關(guān)系分類根據(jù)輸入、輸出電壓的變化關(guān)系分類 線性線性IC：輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的變化成線性關(guān)系：輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的變化成線性關(guān)系 非線性非

2、線性IC：具有非線性的傳輸特點(diǎn)：具有非線性的傳輸特點(diǎn) 接口電路：接口電路：AD/DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 按工作頻率分類按工作頻率分類 低頻、高頻、射頻、微波、毫米波低頻、高頻、射頻、微波、毫米波 按功率分類按功率分類 功率集成電路功率集成電路 按器件分類按器件分類 雙極、雙極、MOS、BICMOS 按應(yīng)用領(lǐng)域分類按應(yīng)用領(lǐng)域分類 通信用通信用IC四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室 模擬集成電路的特點(diǎn)模擬集成電路的特點(diǎn) 應(yīng)用的多樣性應(yīng)用的多樣性 電路結(jié)構(gòu)的多樣性、復(fù)合性電路結(jié)構(gòu)的多樣性、復(fù)合性 微小信號(hào)微小信號(hào) 電源變化較大電源變化較大 發(fā)展

3、發(fā)展 模擬電路數(shù)字化模擬電路數(shù)字化 高頻、低噪聲、低功耗、寬頻帶高頻、低噪聲、低功耗、寬頻帶 MOS模擬集成電路模擬集成電路四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 CMOS工藝技術(shù)工藝技術(shù) 模擬集成電路版圖技術(shù)模擬集成電路版圖技術(shù) 參考電壓源和參考電流源參考電壓源和參考電流源 CMOS單極放大器單極放大器 CMOS運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 負(fù)反饋負(fù)反饋 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室一、一、CMOS工藝技術(shù)工藝技術(shù) 晶片工藝晶

4、片工藝 光刻光刻 氧化氧化 離子注入離子注入 淀積與刻蝕淀積與刻蝕 器件制造器件制造四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室1、有源器件、有源器件 基本晶體管制造基本晶體管制造 后端工藝后端工藝四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室2、無源器件、無源器件 電阻電阻 電容器電容器 電感電感四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室3、互連、互連 金屬金屬 多晶硅多晶硅 擴(kuò)散層擴(kuò)散層四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)

5、院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室二、模擬集成電路版圖技術(shù)二、模擬集成電路版圖技術(shù) 設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)規(guī)則 天線效應(yīng)天線效應(yīng) 模擬集成電路版圖模擬集成電路版圖四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)規(guī)則 最小寬度最小寬度 最小間距最小間距 最小包圍最小包圍 最小延伸最小延伸四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室天線效應(yīng)天線效應(yīng) 問題問題 小尺寸的柵極與大面積金屬一層相連小尺寸的柵極與大面積金屬一層相連 在刻蝕時(shí)，大面積的金屬一層會(huì)收集離子，使在刻蝕時(shí)，大面積的金屬

6、一層會(huì)收集離子，使其電位升高，造成擊穿。其電位升高，造成擊穿。四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室模擬電路的版圖模擬電路的版圖 叉指晶體管叉指晶體管 對(duì)稱性對(duì)稱性 參考源的分布參考源的分布 無源器件無源器件 連線連線 焊盤與靜電放電保護(hù)焊盤與靜電放電保護(hù)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室模擬電路設(shè)計(jì)模擬電路設(shè)計(jì) 襯底耦合襯底耦合 封裝封裝四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 CMOS工藝技術(shù)

7、工藝技術(shù) 模擬集成電路版圖技術(shù)模擬集成電路版圖技術(shù) 參考電壓源和參考電流源參考電壓源和參考電流源 CMOS單極放大器單極放大器 CMOS運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 負(fù)反饋負(fù)反饋 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室恒流源電路和有源負(fù)載恒流源電路和有源負(fù)載 參考電壓源和參考電流源參考電壓源和參考電流源 偏置電路：把一個(gè)支路中的參考電流比較精確偏置電路：把一個(gè)支路中的參考電流比較精確地反射到另一個(gè)支路上去，以獲得較穩(wěn)定的工地反射到另一個(gè)支路上去，以獲得較穩(wěn)定的工作電流作電流 有源負(fù)載：設(shè)計(jì)得到大的動(dòng)態(tài)電阻，從而提高有源

8、負(fù)載：設(shè)計(jì)得到大的動(dòng)態(tài)電阻，從而提高電壓增益電壓增益四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室基本型恒流源基本型恒流源1. 鏡像電流源鏡像電流源基準(zhǔn)電流：BE1BE2=VVREFI E1E2= IIC1C2= IIRVVIBECCrREFI=RVCC 因?yàn)椋核裕鹤詈蟮玫焦?-29增加了雙極型晶體管工作點(diǎn)的穩(wěn)定性增加了雙極型晶體管工作點(diǎn)的穩(wěn)定性2IrT2管基極變化上電流的變化IrRrr四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室討論討論 恒定電流由恒定電流由Rr決定決定 溫度補(bǔ)償，跟蹤性

9、好溫度補(bǔ)償，跟蹤性好 不足不足 比較小則電流匹配性差比較小則電流匹配性差 對(duì)電源變化無抑制作用對(duì)電源變化無抑制作用 Ir的溫度系數(shù)的溫度系數(shù) 晶體管的對(duì)稱性晶體管的對(duì)稱性 電阻的溫漂電阻的溫漂 輸出電阻輸出電阻dTdRrRrdTdVVVdTdIrIrBEBECC111四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室2、電阻比例恒流源、電阻比例恒流源 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流Ir 電路特點(diǎn)：得到不同的電流輸出值，減少芯片電路特點(diǎn)：得到不同的電流輸出值，減少芯片面積面積），得到公式（3061R1IVV1R0IR1I10E0BE1BE0E0E11100RIVR

10、IVEBEEBE注意：注意：設(shè)計(jì)中要求微小工作電流設(shè)計(jì)中要求微小工作電流減小減小R0，以使芯片面積小，以使芯片面積小無法抑制電源變化的影響無法抑制電源變化的影響四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室例題例題 一多路輸出電流源電路如圖所示，一多路輸出電流源電路如圖所示，T1T6管發(fā)射管發(fā)射結(jié)電壓結(jié)電壓VBE=0.7伏，試求伏，試求T3T6管的集電極電流管的集電極電流（IO），并說明），并說明T1的作用的作用mAIr11046 .147 . 0210103解：解：毫安、的電流分別為：推得代入實(shí)際的數(shù)值，根據(jù)8421T6T3R2R1IrIOT

11、1電流放大，以減少從參考電流中分出的基極電流。電流放大，以減少從參考電流中分出的基極電流。使一個(gè)參考電流較準(zhǔn)確地控制多個(gè)電流源使一個(gè)參考電流較準(zhǔn)確地控制多個(gè)電流源四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室3、微電流恒流源（、微電流恒流源（Widlar源）源）2221eEBEBERIVVmVKTqVtIIrIVtIIIVtIVVROOEEEEBEBEe26lnln2122212討論：（1）用中等電阻，可獲得較小的恒定電流例題：若VCC=30V，Ir=1mA，IO=10微安，求R和Re2；若用基本恒流源，Rr的值應(yīng)為多少？若VCC由30V下降至

12、15V。求兩種恒流源的IO值？（2）對(duì)電源電壓變化的抑制作用由上題可見：微電流恒流源有較好的電流穩(wěn)定性四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室4、基極電流補(bǔ)償恒流源（、基極電流補(bǔ)償恒流源（Wilson源）源） 圖圖6-32：應(yīng)用于較大電流的情況：應(yīng)用于較大電流的情況 消除基極電流的影響消除基極電流的影響 工作原理工作原理 流過基極的電流經(jīng)過流過基極的電流經(jīng)過T3管放大管放大 此電流提供了此電流提供了T1、T2管的基極電流和管的基極電流和T3管的管的集電極電流集電極電流 通過公式（通過公式（6-3335）得，輸出電流與參考電）得，輸出電流與

13、參考電流十分接近了流十分接近了 反饋補(bǔ)償作用反饋補(bǔ)償作用 穩(wěn)定工作點(diǎn)穩(wěn)定工作點(diǎn)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室5、Pnp恒流源恒流源 PNP管恒流源在雙極型模擬電路中廣泛使管恒流源在雙極型模擬電路中廣泛使用用 根據(jù)電流源電路的特點(diǎn)：基極短接、發(fā)射根據(jù)電流源電路的特點(diǎn)：基極短接、發(fā)射極接同樣電位，因此采用多集電極橫向極接同樣電位，因此采用多集電極橫向PNP管就可等效出多個(gè)恒流源管就可等效出多個(gè)恒流源 優(yōu)點(diǎn)：可把偏置和恒流的幾個(gè)晶體管都作優(yōu)點(diǎn)：可把偏置和恒流的幾個(gè)晶體管都作在一個(gè)隔離島內(nèi)，而且共用一個(gè)發(fā)射極、在一個(gè)隔離島內(nèi)，而且共用一

14、個(gè)發(fā)射極、一個(gè)基極，從而節(jié)省了面積一個(gè)基極，從而節(jié)省了面積 缺點(diǎn)：誤差大、頻率特性差缺點(diǎn)：誤差大、頻率特性差 電路如圖電路如圖6-33四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室6、MOS恒流源恒流源（1）基本恒流源（如圖）基本恒流源（如圖6-34） T1、T2管為管為n溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管 工作原理工作原理 T1管柵漏短接，始終工作在飽和區(qū)管柵漏短接，始終工作在飽和區(qū) T2管與管與T1管工藝參數(shù)相同管工藝參數(shù)相同2TGSnDVVKI1212WLLWIrIO討論：I、考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，造成偏差I(lǐng)I、交流輸出電阻較高III、輸出電

15、壓擺幅：VCCVGS-VT、R電阻值比較大四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室（2）Wilson恒流源恒流源 電路圖與雙極型的相同，如圖電路圖與雙極型的相同，如圖6-36 引入負(fù)反饋，提高輸出電流的穩(wěn)定性，提高輸出引入負(fù)反饋，提高輸出電流的穩(wěn)定性，提高輸出阻抗阻抗 例：已知例：已知Wilson源的基準(zhǔn)電流源的基準(zhǔn)電流Ir=50微安，微安，MOS管的參數(shù)：管的參數(shù)：n=400cm2/S.V。Cox=3.810-8F/cm2，W1/L1=W2/L2=W3/L3=2，ro1=ro3=3.3105歐姆，求電路的輸出電流歐姆，求電路的輸出電流及

16、及輸出輸出電阻？電阻？GSDSmVIg2TGSnDVVKI公式6-42四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室襯底調(diào)制效應(yīng)襯底調(diào)制效應(yīng) 若若Ir=50微安、微安、VGS2=1V、n2Cox2= n3Cox3=210-5A/V2、襯底調(diào)制系數(shù)、襯底調(diào)制系數(shù)r=0.27V1/2，2F=0.8V、參考電壓：、參考電壓：5V、VTH=1伏。求伏。求T2、T3管的寬長比。管的寬長比。FGSFTHTVrVV222aSiOXFBSFTTNqCVVV21220在加上溝道長度調(diào)制效應(yīng)，計(jì)算較為復(fù)雜在加上溝道長度調(diào)制效應(yīng)，計(jì)算較為復(fù)雜四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)

17、院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室有源負(fù)載有源負(fù)載TCCCmVVRIRgA（1）電源電壓）電源電壓（2）集電極的負(fù)載電阻）集電極的負(fù)載電阻交流阻抗很大而直流電阻很小的負(fù)載原件作為放大器的負(fù)載交流阻抗很大而直流電阻很小的負(fù)載原件作為放大器的負(fù)載一般電阻負(fù)載共射放大器和射耦對(duì)中的一般電阻負(fù)載共射放大器和射耦對(duì)中的電壓增益：電壓增益：結(jié)論：結(jié)論： 在一般高增益集成放大器中，常用極性在一般高增益集成放大器中，常用極性 相反的恒流源輸出管來做負(fù)載。相反的恒流源輸出管來做負(fù)載。如圖如圖6-38、6-39所示，其主要特點(diǎn)所示，其主要特點(diǎn) 由于其較大的交流電阻，從而提高了

18、共射放大器的電壓增益由于其較大的交流電阻，從而提高了共射放大器的電壓增益 直流電阻并不大，電源電壓要求不高直流電阻并不大，電源電壓要求不高 電源電壓變化的范圍可以較寬電源電壓變化的范圍可以較寬 有源負(fù)載在集成工藝中容易實(shí)現(xiàn)有源負(fù)載在集成工藝中容易實(shí)現(xiàn)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室課堂練習(xí)題課堂練習(xí)題 T1、T2為橫向?yàn)闄M向pnp晶體管，電流增益為晶體管，電流增益為10；T3、T4管為縱向管為縱向NPN晶體管，電流增益為晶體管，電流增益為150。兩種。兩種晶體管的發(fā)射結(jié)正向壓將均為晶體管的發(fā)射結(jié)正向壓將均為1V。已知：。已知：Rr

19、=28千歐，千歐，Vt=0.026伏，伏，IC4=0.1毫安毫安 計(jì)算電阻計(jì)算電阻Re的值的值 電流電流IC2的值的值電路圖微電流恒流源（微電流恒流源（widlar源）源）Pnp恒流源電路恒流源電路OOeIIrIVtRln四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室MOS恒流源恒流源 電源電壓：電源電壓：5V，節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1的電壓：的電壓：3V。 電子遷移率：電子遷移率：5002/VS。MOS柵氧化層厚度柵氧化層厚度Tox=800埃，埃，0SiO2=3.3X10-13F/ MOS管的閾值電壓：管的閾值電壓：0.7V。 其中其中M1管的寬長比：管

20、的寬長比：5 其它其它PMOS管的寬長比的比例：管的寬長比的比例：1：4：8 其它其它NMOS管的寬長比的比例：管的寬長比的比例：1：3：61212WLLWIrIO四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型開關(guān)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) ) 穩(wěn)壓電路四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)源電路基準(zhǔn)源電路 原理原理 高質(zhì)量的高質(zhì)量的IC內(nèi)部穩(wěn)壓電源，提供穩(wěn)定的偏置電壓或基內(nèi)部穩(wěn)壓電

21、源，提供穩(wěn)定的偏置電壓或基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓 要求：輸出直流電平穩(wěn)定，且對(duì)電源電壓和溫度變化要求：輸出直流電平穩(wěn)定，且對(duì)電源電壓和溫度變化不敏感不敏感 常用的標(biāo)準(zhǔn)電壓：常用的標(biāo)準(zhǔn)電壓： BE結(jié)的正向壓降結(jié)的正向壓降VBE=0.60.8V。溫度系數(shù)：。溫度系數(shù)：-2mV/ BE結(jié)構(gòu)成的齊納二極管（反向電壓）結(jié)構(gòu)成的齊納二極管（反向電壓）VBER=69V。溫。溫度系數(shù)：度系數(shù)：2mV/ 等效熱電壓：等效熱電壓：Vt=0.026V，溫度系數(shù)：，溫度系數(shù)：0.086mV/ 組合得到對(duì)電源電壓和溫度不敏感的電壓源和基組合得到對(duì)電源電壓和溫度不敏感的電壓源和基準(zhǔn)電壓源準(zhǔn)電壓源四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物

22、理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室正向二極管基準(zhǔn)源電路正向二極管基準(zhǔn)源電路 如圖如圖6-41：利用晶體管的：利用晶體管的be結(jié)正偏特性。結(jié)正偏特性。Vref=nVFn0.7VTVFnTVref電路的內(nèi)阻等于各個(gè)正向二級(jí)管的電路的內(nèi)阻等于各個(gè)正向二級(jí)管的n倍倍集電極電位相同的晶體管，可以放在同一隔離區(qū)，集電極電位相同的晶體管，可以放在同一隔離區(qū)，而此電路路而此電路路be結(jié)首尾相接，結(jié)首尾相接，bc結(jié)短接結(jié)短接所以需要單獨(dú)隔離，占用了芯片面積所以需要單獨(dú)隔離，占用了芯片面積改進(jìn)：如圖改進(jìn)：如圖6-42，利用電阻的分壓作用實(shí)現(xiàn)大的，利用電阻的分壓作用實(shí)現(xiàn)大的Vref四川大學(xué)

23、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室齊納二極管基準(zhǔn)源電路（圖齊納二極管基準(zhǔn)源電路（圖6-43）穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理 利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。（采用（采用bc結(jié)短接的晶體管）結(jié)短接的晶體管） 由于反向特性陡直，較大的電流變由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化?；粫?huì)引起較小的電壓變化。VIVOVZIZIRVRVO討論：討論：（1）二極管）二極管PN結(jié)分布不一致性及結(jié)分布不一致性及 其缺陷、雜質(zhì)、不均勻等因素其缺陷、雜質(zhì)、不均勻等因素（2）體電阻和接觸電阻）體電阻和接觸電阻（3）溫度系數(shù)）溫度

24、系數(shù)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室具有溫度補(bǔ)償?shù)凝R納基準(zhǔn)源電路具有溫度補(bǔ)償?shù)凝R納基準(zhǔn)源電路二極管具有負(fù)溫度系數(shù)、齊納二極管的穩(wěn)定電壓具有正溫度系數(shù)，二極管具有負(fù)溫度系數(shù)、齊納二極管的穩(wěn)定電壓具有正溫度系數(shù)，形成圖形成圖6-44（a），實(shí)現(xiàn)溫度的補(bǔ)償。），實(shí)現(xiàn)溫度的補(bǔ)償。 參數(shù)參數(shù)型號(hào)型號(hào)穩(wěn)定電壓 V穩(wěn)定電穩(wěn)定電流流 mA溫度系數(shù)%/度動(dòng)態(tài)電阻 最大穩(wěn)定電流 mA耗散功率 W2CW146 75100.0615330.252CW2013.5 1750.09550150.252CW7C6.1-6.5100.00510300.25由表可

25、以看出2CW7C的性能比較好。溫度系數(shù)小。其結(jié)構(gòu)如下：正向二極管 穩(wěn)壓管溫度補(bǔ)嘗圖6-44 版圖和剖面圖四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室負(fù)反饋基準(zhǔn)源電路（圖負(fù)反饋基準(zhǔn)源電路（圖6-45）改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償T1、T2、DZ和電阻和電阻R組成反饋電路，從而保持穩(wěn)定組成反饋電路，從而保持穩(wěn)定由由T1射隨器輸出電壓，因此基準(zhǔn)源的內(nèi)阻小射隨器輸出電壓，因此基準(zhǔn)源的內(nèi)阻小四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室參考電壓源參考電壓源 齊納二極管基準(zhǔn)電壓源齊納二

26、極管基準(zhǔn)電壓源 圖圖6-46 利用電阻、二極管、齊納二極管的溫度系數(shù)來利用電阻、二極管、齊納二極管的溫度系數(shù)來求得一平衡點(diǎn)求得一平衡點(diǎn) 帶隙參考電壓源帶隙參考電壓源 圖圖6-47 利用利用BJT在不同的工作電流密度下，三極管的在不同的工作電流密度下，三極管的be結(jié)電壓溫度系數(shù)之差、結(jié)電壓溫度系數(shù)之差、be結(jié)本身的負(fù)溫度系結(jié)本身的負(fù)溫度系數(shù)來調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓數(shù)來調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓 Vref的數(shù)值與硅的禁帶寬度相近的數(shù)值與硅的禁帶寬度相近 通過疊加通過疊加VBE和增加電阻比值的方法實(shí)現(xiàn)較高和增加電阻比值的方法實(shí)現(xiàn)較高的參考電壓源的參考電壓源四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)

27、實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用應(yīng)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成 VO =VI- -VR，當(dāng)當(dāng)VIR VR在一定程度在一定程度上抵消了上抵消了VI增加對(duì)輸出電壓的影增加對(duì)輸出電壓的影響。響。若負(fù)載電流若負(fù)載電流ILRVR在在一定程度上抵消了因一定程度上抵消了因IL增加，使增加，使VI減小，對(duì)輸出電壓減小的影響。減小，對(duì)輸出電壓減小的影響。 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣串聯(lián)式穩(wěn)

28、壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。電路和調(diào)整元件四部分組成。T+_UIUO比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件調(diào)整元件+串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路:四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)例實(shí)例L7805 Layout四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室L7805電路圖電路圖四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室 常用的集成三端穩(wěn)壓器的類型常用的集成三端穩(wěn)壓器的類型

29、類型：類型：L7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓 L7805 輸出輸出+5V L7809 輸出輸出+9V L7812 輸出輸出+12V L7815 輸出輸出+15V L7900系列系列 穩(wěn)定負(fù)電壓穩(wěn)定負(fù)電壓 L7905 輸出輸出-5V L7909 輸出輸出-9V L7912 輸出輸出-12V L7915 輸出輸出-15V四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室MOS基準(zhǔn)源電路基準(zhǔn)源電路 用用MOS管代替三極管代替三極管單元（飽和區(qū)）管單元（飽和區(qū)） 利用兩個(gè)溝道類型利用兩個(gè)溝道類型相同，而閾值電壓相同，而閾值電壓不同的不同的MOS管管

30、 CMOS帶隙基準(zhǔn)電帶隙基準(zhǔn)電壓源壓源四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室CMOS帶隙基準(zhǔn)源（帶隙基準(zhǔn)源（BiCMOS）原理原理利用利用MOSFET的亞閾區(qū)工作時(shí)電流的正溫度系數(shù)特性與的亞閾區(qū)工作時(shí)電流的正溫度系數(shù)特性與BJT的的BE結(jié)導(dǎo)通電壓結(jié)導(dǎo)通電壓VBE的負(fù)溫度特性互相補(bǔ)償，達(dá)到恒定的基準(zhǔn)電壓輸出的負(fù)溫度特性互相補(bǔ)償，達(dá)到恒定的基準(zhǔn)電壓輸出MOSFET亞閾區(qū)電流qnkTVVnkTVVqIITTTGSDSDSexp0條件：條件：VGS VT，見圖見圖6-48電流隨電壓電流隨電壓VGS的變化不是二次方而是指數(shù)性關(guān)系的變化不是二次方而

31、是指數(shù)性關(guān)系分界點(diǎn)，分界點(diǎn)，2n 4在在CMOS帶隙基準(zhǔn)源中帶隙基準(zhǔn)源中所有的所有的MOS管多工作在管多工作在亞閾值飽和狀態(tài)亞閾值飽和狀態(tài)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室電路分析電路分析LWSSSSSRRqKTSSVBERIVVRBEref其中2341ln123522N溝溝M1、M3管與管與P溝溝M2、M4管分別是管分別是基本電流源電路，它們構(gòu)成了一閉合回路基本電流源電路，它們構(gòu)成了一閉合回路電阻電阻R1的負(fù)反饋?zhàn)饔玫呢?fù)反饋?zhàn)饔肕3、M5管也是恒流源電路管也是恒流源電路特點(diǎn)特點(diǎn) 假設(shè)溫度系數(shù)為零3241ln31521000SSSS

32、SqRSKRTVBETVrefTTVTTVTVBEOgBE基準(zhǔn)電壓調(diào)整到零溫度系數(shù)時(shí)，其輸出基準(zhǔn)電壓值為半導(dǎo)體禁帶帶隙電壓四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室典型應(yīng)用典型應(yīng)用四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室典型應(yīng)用典型應(yīng)用四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 CMOS工藝技術(shù)工藝技術(shù) 模擬集成電路版圖技術(shù)模擬集成電路版圖技術(shù) 參考電壓源和參考電流源參考電壓源和參考電流源 CMOS單極放大器

33、單極放大器 CMOS運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 負(fù)反饋負(fù)反饋 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室主要內(nèi)容主要內(nèi)容 放大器基本原理放大器基本原理 共源極放大器共源極放大器 帶電流源的共源極放大器帶電流源的共源極放大器 其它單極放大器其它單極放大器四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室放大器的種類放大器的種類 電壓放大器電壓放大器 跨阻放大器跨阻放大器 跨導(dǎo)放大器跨導(dǎo)放大器 電流放大器電流放大器 放大器的組成放大器的組成 前饋放大器前饋放大器 檢測(cè)輸出的方式檢

34、測(cè)輸出的方式 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) 產(chǎn)生反饋誤差的方式產(chǎn)生反饋誤差的方式VinVout四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室電壓放大電路的性能指標(biāo)電壓放大電路的性能指標(biāo)一、電壓放大倍數(shù)一、電壓放大倍數(shù)AuiouUUA |Ui 和和Uo 分別是輸入和輸出電壓分別是輸入和輸出電壓的有效值。的有效值。uiuoAuiouUUAAu是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比與相位差。幅值比與相位差。四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室二、輸入電阻二、輸入電阻ri放大電路一定要

35、有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，放大電路一定要有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源取電流。那么就要從信號(hào)源取電流。輸入電阻輸入電阻是衡量放大是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。AuUSiiiIUr定義：定義：即：即：ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，ui就越接近就越接近uSiIiU四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室三、輸出電阻三、輸出電阻roAuUS放大電路對(duì)其放大電路對(duì)其負(fù)載

36、負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，既是而言，相當(dāng)于信號(hào)源，既是電壓源，電壓源，輸出電阻越大，在負(fù)載取得的電壓越輸出電阻越大，在負(fù)載取得的電壓越小，對(duì)負(fù)載的影響越大。小，對(duì)負(fù)載的影響越大。roUS四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室四、通頻帶四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截下限截止頻率止頻率fH上限截上限截止頻率止頻率通頻帶：通頻帶：fbw=fHfL放大倍數(shù)隨頻率變化放大倍數(shù)隨頻率變化曲線曲線幅頻特性曲幅頻特性曲線線耦合電耦合電容造成容造成三極管結(jié)三極管結(jié)電容造成電容造成四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路

37、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室五、飽和度五、飽和度iDvDSvGS輸入波形輸入波形uo輸出波形輸出波形四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室單端放大器單端放大器 共源極共源極四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路GSD),(DSGSDuufi DSDSDGSGSDDuuiuuiiDSDSGSmurug 1GSDmuig 跨導(dǎo)跨導(dǎo)DDSDSiur 漏極輸出電阻漏極輸出電阻uGSiDuDS四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)

38、院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室很大，很大，可忽略?？珊雎?。 場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsudsLmuRgA四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室共源極放大器共源極放大器四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室結(jié)論結(jié)論 放大器的重要參數(shù)放大器的重要參數(shù) 增益增益 信號(hào)擺幅信號(hào)擺幅 功耗功耗 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 工藝誤差和溫度漂移工藝誤差和溫度漂移 代電阻共源放大器：增益、成本和

39、頻率響應(yīng)代電阻共源放大器：增益、成本和頻率響應(yīng) 采用電流源設(shè)計(jì)采用電流源設(shè)計(jì) 高增益、輸入電阻大、輸出電阻大高增益、輸入電阻大、輸出電阻大 電壓放大器（高增益、輸入電阻大、輸出電阻?。╇妷悍糯笃鳎ǜ咴鲆妗⑤斎腚娮璐?、輸出電阻?。?改進(jìn)改進(jìn)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室其它晶體管放大器其它晶體管放大器四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室結(jié)論結(jié)論 Common-source stage: large voltage gain and transconductance, hi

40、gh input resistance, large output resistance excellent transconductance amplifier, reasonable voltage amplifier Common-drain stage: no voltage gain, but high input resistance and low output resistance good voltage buffer Common-gate stage: no current gain, but low input resistance and high output re

41、sistance good current buffer四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室典型應(yīng)用典型應(yīng)用四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室結(jié)論結(jié)論 三種放大器三種放大器 參數(shù)參數(shù) 功能功能 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 物理因素物理因素 電路分析電路分析 噪聲噪聲 電源電源 器件設(shè)計(jì)器件設(shè)計(jì) 信號(hào)干擾信號(hào)干擾四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室Differential Amplifiers四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)

42、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室結(jié)論結(jié)論 In differential amplifiers signal represented by difference between two voltages. Differential amplifier: amplifies difference between two voltages but rejects ”common mode” ) noise immunity. Using ”half-circuit” technique, small-signal operation of differential a

43、mplifiers is analyzed by breaking problem into two simpler ones: differential-mode problem and common-mode problem. Common-mode rejection ratio: important figure of merit of differential amplifiers. Differential amplifiers require good device matching.四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室

44、直流電平位移及差動(dòng)直流電平位移及差動(dòng)單端轉(zhuǎn)換電路單端轉(zhuǎn)換電路直流電平位移電路直流電平位移電路利用基極與集電極之間存在的電壓差（圖6-50）利用穩(wěn)壓二極管（圖6-52）利用源、漏之間存在的電壓差（圖6-53）差動(dòng)差動(dòng)單端轉(zhuǎn)換電路單端轉(zhuǎn)換電路為什么要位移？避免輸出端滿足不了零輸入零輸出條件輸出電壓的變化范圍減小把差分輸入的雙端輸出信號(hào)，全部轉(zhuǎn)換成單端輸出信號(hào)如圖6-54所示四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室差動(dòng)差動(dòng)-單端轉(zhuǎn)換電路單端轉(zhuǎn)換電路電路分析電路分析T1集電極電流變化量：IC1T2變化量： IC2輸入信號(hào)為相反信號(hào)，所以IC1=-

45、IC2VQ=2R1IC1相當(dāng)于從P、Q兩點(diǎn)取出的電壓變化量該電路完成了把從P、Q兩點(diǎn)雙端輸出的信號(hào)變?yōu)镼點(diǎn)單端輸出的信號(hào)四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室用有源負(fù)載實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)用有源負(fù)載實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)-單端轉(zhuǎn)換單端轉(zhuǎn)換電路電路T3、T4組成鏡像電流源，作組成鏡像電流源，作T1、T2的負(fù)載。的負(fù)載。同時(shí)可使單端輸出的電壓增益近似為雙端輸出的電壓增益。同時(shí)可使單端輸出的電壓增益近似為雙端輸出的電壓增益。T1管集電極電流的變化由T3、T4管組成的電流源鏡像到T2管的集電極T2管集電極電流本身引起的變化以上兩點(diǎn)共同決定了輸出端電流，和差分雙端輸出

46、相等四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室其它電路其它電路 圖圖6-55（b） CMOS電路電路四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室輸出級(jí)電路輸出級(jí)電路根據(jù)運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)可以對(duì)其進(jìn)行分類，主根據(jù)運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)可以對(duì)其進(jìn)行分類，主要有通用、要有通用、高速、寬帶、高精度、高輸入電阻和低高速、寬帶、高精度、高輸入電阻和低功耗功耗等幾種。等幾種。射隨器輸出級(jí)射隨器輸出級(jí)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)CMOS輸出級(jí)輸出級(jí) 甲類偏置的甲類偏置的CMOS輸出級(jí)輸出級(jí) CMOS互補(bǔ)輸出級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)輸出過流保護(hù)電路輸出過流保護(hù)電路四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室射隨器輸出級(jí)射隨器輸出級(jí) 圖圖6-56 T1：射極輸出管：射極輸出管 外部負(fù)載電阻外部負(fù)載電阻 T2、T3和和R1R3組成恒流源組成恒流源四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室互補(bǔ)推挽輸出級(jí)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)T1T2R1V+V-V