CMOS模擬集成電路第3章—單級(jí)放大器

1、CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)單級(jí)放大器2022-7-4提綱2提綱 1、共源級(jí)放大器 2、共漏級(jí)放大器（源跟隨器） 3、共柵級(jí)放大器 4、共源共柵級(jí)放大器2022-7-432022-7-4共源級(jí)放大器41、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cutoffactivetriode MOS管工作在飽和區(qū)時(shí)2022-7-4共源級(jí)放大器5 小信號(hào)分析 考慮溝道長度調(diào)制時(shí)，11/0inmoutDVVg VVRvmDAg R 2022-7-4共源級(jí)放大器6 討論 增益對(duì)信號(hào)電平的依賴關(guān)系導(dǎo)致了非線性2022-7-4共源級(jí)放大器7 1.2 MOS二極管連接做負(fù)載的共源級(jí) MOS二極管連接二極

2、管連接的阻抗為二極管連接的阻抗為 考慮體效應(yīng)時(shí)2022-7-4共源級(jí)放大器8 增益 NMOS二極管連接做負(fù)載其中沒有體效應(yīng) PMOS二極管連接做負(fù)載2022-7-49 另一種二極管連接nmos管做負(fù)載的結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)？ 缺點(diǎn)？2022-7-410 另一種二極管連接nmos管做負(fù)載的結(jié)構(gòu) 電流鏡只采用nmos 沒有體效應(yīng) 增益精確 好的PSRR 兩倍功耗11022(/)(/)mvmgWLAgWL21/outmRg2022-7-4共源級(jí)放大器11 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)造成晶體管的尺寸不均衡。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

3、，在這個(gè)例子中，M2的過驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)該是的過驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)該是M1的過驅(qū)動(dòng)電壓的的過驅(qū)動(dòng)電壓的10倍。倍。若若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，嚴(yán)重制約輸出電，嚴(yán)重制約輸出電壓擺幅。壓擺幅。 允許的輸出電壓擺幅減小。2022-7-4共源級(jí)放大器12 1.3 電流源負(fù)載的共源級(jí)放大器 討論 獲得更大的增益 M2的輸出阻抗與所要求的M2的最小|VDS|之間聯(lián)系較弱，因此對(duì)輸出擺幅的限制較小。 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 考慮溝道長度調(diào)制，DDDVIIIA1)(12112022-7-4共源級(jí)放大器13 1.

4、4 帶源級(jí)負(fù)反饋的共源級(jí)放大器小信號(hào)直接分析方法這里，沒有考慮體效應(yīng)這里，沒有考慮體效應(yīng)和溝道長度調(diào)制效應(yīng)和溝道長度調(diào)制效應(yīng)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。當(dāng)gmRS1, AVRD/RS111/0inmsoutDmVVg V RVRg V11/outmDDvinmSmSVg RRAVg RgR2022-7-4共源級(jí)放大器14 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2022-7-4共源級(jí)放大器15 小信號(hào)等效分析輔助定理：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

5、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，可得，輸出電壓為-IoutRout，定義Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。Gm?Rout?諾頓定理：線性有源單口網(wǎng)絡(luò)等效電流源的恒流源等于有源單口網(wǎng)絡(luò)的短路電流，內(nèi)阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源不激勵(lì)時(shí)的端口電阻。2022-7-4共源級(jí)放大器16 計(jì)算Gm由于 ，所以因此，2022-7-4共源級(jí)放大器17 計(jì)算Rout計(jì)算流經(jīng)ro的電流,帶入V1，得到：得到所以，輸出電阻增大！2022-7-4共源級(jí)放大器18 計(jì)算AvAv=-Gm(Rout|RD)() /1()mDDSOmmbSg RRRrggR 若忽略rO和gm

6、b的影響，即rO和gmb=0,1mDvmSg RAg R2022-7-4共漏級(jí)放大器192、共漏級(jí)放大器（源跟隨器） 大信號(hào)分析當(dāng)VinVTH時(shí)，M1處于截止?fàn)顟B(tài)，Vout等于零；Vin增大并超過VTH，M1導(dǎo)通進(jìn)入飽和區(qū)；Vin進(jìn)一步增大， Vout跟隨Vin的變化，且兩者之差為VGS。2022-7-4共漏級(jí)放大器20 小信號(hào)分析考慮體效應(yīng) 討論 增益VDD-|VTH1|，M1截止，電流I1全部通過M2，有Vout=VDD-I1RD 如果VinVDD-|VTH1|，M1開啟處于飽和區(qū)， 隨著Vin ，ID2，當(dāng)ID1=I1時(shí)，ID20，有 當(dāng)Vin下降到Vin1以下，ID1趨向大于I1，迫使M1進(jìn)入線性區(qū)使ID1=I1。2022-7-436小結(jié)小信號(hào)增益輸出電阻輸入電阻擺幅線性度共源級(jí)電阻負(fù)載二極管負(fù)載忽略忽略小較好帶源級(jí)負(fù)反饋忽略好共漏極（電流源負(fù)載）忽略忽略小差共柵極忽略共源共柵級(jí)（電流源負(fù)載）小outmRg)|(ODrR22mbmmggg221mbmggsmDmRgRg1DsOsmbmRRrRgg|)(1直流或低頻下！1mbmmgggmbmgg1DmbmRgg)(OmbmODrggrR)(1DOs