CMOS模擬集成電路設(shè)計-ch7噪聲

1、CMOS模擬集成電路設(shè)計噪聲8/12/20221提綱1、噪聲的統(tǒng)計特性2、器件的噪聲類型3、電路中的噪聲表示4、單級放大器中的噪聲5、差動對中的噪聲6、噪聲帶寬8/12/20222提綱1、噪聲的統(tǒng)計特性噪聲的平均功率是可以被預(yù)測的。為了便于計算，用V2來表示而不用W，可將噪聲定義一個均方根電壓8/12/20223噪聲的統(tǒng)計特性1.1 噪聲譜 也稱為“功率譜密度”（PSD），表示在每個頻率上（噪聲）信號具有的功率的大小。噪聲波形x(t)的PSD，記為Sx(f)，被定義為f附近1Hz的帶寬內(nèi)x(t)具有的平均功率。Sx(f)用V2/Hz表示，通常對Sx(f)取平方根，以 表示其結(jié)果。8/12/20

2、224噪聲的統(tǒng)計特性1.1 噪聲譜（續(xù)） 定理7-1：如果把噪聲譜為Sx(f) 的一個信號加在一個傳輸函數(shù)是H(s)的線性時不變系統(tǒng)上，則輸出譜由下式給出。式中H(f )=H(s=j2f )8/12/20225噪聲的統(tǒng)計特性1.2 相關(guān)噪聲源與非相關(guān)噪聲源 在噪聲分析中，關(guān)心的是平均噪聲功率。對于兩個噪聲，平均噪聲功率為對于不相關(guān)的波形（不同的噪聲機制），結(jié)果中的積分就變成0，非相關(guān)噪聲源功率的疊加是成立的。8/12/20226噪聲的統(tǒng)計特性2、器件的噪聲類型2.1 熱噪聲電阻熱噪聲例：50的電阻在T=300K時的熱噪聲為8.2810-19V2/Hz。換算成電壓量，得到0.91nV/Hz1/2

3、. k：波爾茲曼常數(shù)可以用一個串聯(lián)的電壓源來模擬8/12/20227噪聲的噪聲類型2.1 熱噪聲（續(xù)）RC電路VR到Vout的傳輸函數(shù)為根據(jù)定理7-1，Vout的噪聲譜為則總噪聲功率，8/12/20228噪聲的噪聲類型2.1 熱噪聲（續(xù)）電阻的熱噪聲也可用并聯(lián)的電流源模型表示單位為A2/Hz例：8/12/20229噪聲的噪聲類型2.1 熱噪聲（續(xù)）MOS的熱噪聲在溝道中產(chǎn)生熱噪聲with其中，系數(shù)（非體效應(yīng)系數(shù)）對于長溝器件， 2/3對于短溝器件， 2、3或更大。歐姆區(qū)的熱噪聲對于較寬的晶體管，源和漏的電阻可以忽略柵的集總電阻R1比分布總電阻RG小， R1 RG/38/12/202210噪聲的

4、噪聲類型2.1 閃爍噪聲閃爍噪聲“懸掛”鍵 用一個與柵極串聯(lián)的電壓源模擬K是一個與工藝有關(guān)的常量，數(shù)量級在10-25V2F轉(zhuǎn)角頻率8/12/202211噪聲的噪聲類型3、電路中的噪聲表示輸入?yún)⒖荚肼暿紫扔嬎憧傒敵鲈肼曤妷?；在電路輸入端用一個信號源 代表電路中所有噪聲源的影響；將輸入置為零，計算各噪聲源在輸出產(chǎn)生的總噪聲然而，輸出噪聲與電路的增益有關(guān)，無法對不同的電路的噪聲性能進行比較更一般地，對于任何二端口電路，輸入?yún)⒖荚肼暡捎秒妷涸春碗娏髟幢硎靖鶕?jù)信號源和電路的輸入阻抗，來確定采用噪聲源的電路形式而且要考慮二個噪聲源的相關(guān)系數(shù)8/12/202212電路中的噪聲表示GDSSCGDCGSgmvG

5、SrovGSVDS欲熱噪聲，需ID、 W、 LGDSSCGSgmvGSrOvGSvDSCGD欲閃爍噪聲，需W LTradeoff？例：MOS管的噪聲8/12/202213電路中的噪聲表示4、單級放大器中的噪聲4.1 共源級的噪聲請同學(xué)們思考：低噪聲的共源級電路如何設(shè)計？Tradeoff？8/12/202214單級放大器中的噪聲4.2 共柵級的噪聲電路輸入阻抗低，不能忽略輸入?yún)⒖荚肼曤娏骱雎詼系篱L度調(diào)制，考慮熱噪聲，1/f噪聲同理計算電流源等效電壓源等效8/12/202215單級放大器中的噪聲4.3 共漏級（源跟隨器）的噪聲電路輸入阻抗高，忽略輸入?yún)⒖荚肼曤娏骺紤]熱噪聲，1/f噪聲同理計算，M2在輸出導(dǎo)致的輸出噪聲8/12/202216單級放大器中的噪聲4.4 共源共柵級的噪聲電路輸入阻抗高，忽略輸入?yún)⒖荚肼曤娏骱雎詼系篱L度調(diào)制，考慮熱噪聲， 1/f噪聲同理計算共柵的M2的噪聲對Vn,out沒有影響低頻時， M1和RD 的噪聲電路流過RD，M1和RD貢獻的噪聲可以像共源級電路一樣量化M18/12/202217單級放大器中的噪聲5、差動對中的噪聲差動對為二端口電路由于輸入阻抗很大（電壓工作型電路），低頻工作時，可以忽略 的影響8/12/202218差動對中的噪聲差動對的輸入?yún)⒖荚肼暫雎詼系篱L度調(diào)制各噪聲是非相關(guān)的，功率量可以疊加