經(jīng)典模擬集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、經(jīng)典模擬集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.1 模擬集成電路的重要性 自然界中幾乎所有的物理量在時(shí)間和強(qiáng)度上均具有“連續(xù)”的特性，都屬于模擬量； 被處理的物理量在進(jìn)行數(shù)字處理之前，需要進(jìn)行放大、預(yù)濾波、采樣和離散化處理，將模擬信號(hào)數(shù)字化； 經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后的數(shù)字信號(hào)需要還原成模擬信號(hào)，并且經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大才能成為能夠被人接受的形式；第2頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.1 模擬集成電路的重要性在寬帶、高頻信號(hào)（光信號(hào)、射頻信號(hào)等)的處理中，數(shù)字化的難度極大，仍然需要采用模擬信號(hào)的處理方法（低噪聲放大、模擬濾波等）； 工作頻率很高

2、的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，必須象模擬電路一樣考慮電路分布參數(shù)的影響，設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則與模擬電路的設(shè)計(jì)一致； 數(shù)?；旌系钠舷到y(tǒng)（SOC）的大量出現(xiàn)；第3頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二典型的信號(hào)處理系統(tǒng)的構(gòu)成框圖6.1 模擬集成電路的重要性第4頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二 基本電流鏡及比例電流源 V0支路為參考支路，為整個(gè)電路提供UGS1和參考電流Ir； V1支路為鏡像支路，V1管與V0管的溝道寬長(zhǎng)比相同； V2支路為比例電流支路，V2管與V0管得溝道寬長(zhǎng)比為A， 即： 6.2.1 MOS電流源6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器第5頁(yè)，共47

3、頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二 工作原理根據(jù)MOS管的電流方程：由于個(gè)MOS管的工藝參數(shù)相同，柵源電壓也相同。所以，在溝道調(diào)制效應(yīng)很小的情況下，有：6.2.1 MOS電流源6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器 基本電流鏡及比例電流源第6頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二 特點(diǎn)：增大了電流源的輸出電阻，減小了溝道調(diào)制效應(yīng)。6.2.1 MOS電流源6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器 共源共柵電流源第7頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.2.1 MOS電流源6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器I0 工作原理該電路相當(dāng)于兩個(gè)鏡

4、像電流源的串聯(lián)。如果保證： 共源共柵電流源則有： ， 于是： ，可以忽略溝道調(diào)制效應(yīng)。第8頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二互補(bǔ)性CMOS放大器中負(fù)載管V2由PMOS管構(gòu)成，UBS2、UGS2=0，故RO2=rds2。由于rds2很大，所以該電路具有很高的電壓增益。 為了增大增益又能避免在IC中制造大的電阻，一般在放大電路中采用有源負(fù)載。由于NMOS管的各項(xiàng)性能均優(yōu)于PMOS管，所以放大管多采用NMOS管，負(fù)載管則可以使用PMOS管，從而構(gòu)成互補(bǔ)性CMOS放大器。6.2.2 CMOS運(yùn)算放大器6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器 有源負(fù)載CMOS放大器第9頁(yè)，共47頁(yè)

5、，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二差動(dòng)放大對(duì)管 電路構(gòu)成上面電路中，V1、V2管組成差動(dòng)放大對(duì)管，V3、V4組成鏡像電流源作為差動(dòng)對(duì)管的有源負(fù)載，V5、V6管組成比例電流源提供偏置電流。6.2.2 CMOS運(yùn)算放大器6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器 CMOS差動(dòng)放大器第10頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二 工作特性 靜態(tài)輸出電流ILQ為0; 差模增益Aud: 6.2.2 CMOS運(yùn)算放大器6.2 MOS電流源和CMOS運(yùn)算放大器 CMOS差動(dòng)放大器第11頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.2.2 CMOS運(yùn)算放大器6.2 MOS

6、電流源和CMOS運(yùn)算放大器 CMOS差動(dòng)放大器 工作特性rds4|rds2RL時(shí)：即在溝道調(diào)制效應(yīng)可以忽略的情況下，差動(dòng)放大器的增益取決于管子的靜態(tài)工作電流和管子的尺寸。rds4|rds2Uref，最高位數(shù)字輸出為“1”，并以2Ui與Uref之差作為次高位的模擬輸入電壓； 若2UiUref，則最高位輸出為“0”，并以2Ui作為次高位的模擬輸入電壓； 重復(fù)上述過(guò)程直至所有位比較完畢；6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換器 算法A/D轉(zhuǎn)換器第41頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二DIi 電流模算法A/D轉(zhuǎn)換器電路鏡像電流源鏡像電流源若D=1，V9導(dǎo)通

7、，Ii=2Ii-Iref若D=0，V9截止，Ii=2Ii鏡像電流源6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換器 算法A/D轉(zhuǎn)換器第42頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換器 算法A/D轉(zhuǎn)換器 電路特點(diǎn)輸入輸出量全是電流，具有面積小，電壓低，功耗低，速度快，噪聲干擾小，電路簡(jiǎn)單，用全CMOS電路實(shí)現(xiàn)。第43頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換器 算法A/D轉(zhuǎn)換器 電流比較器URO兩個(gè)CMOS反相器電流源相減電路第44頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換器 算法A/D轉(zhuǎn)換器 關(guān)于電流源比較器的失配問(wèn)題第45頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換器 算法A/D轉(zhuǎn)換器 關(guān)于電流源比較器的失配問(wèn)題電流誤差定義為：因?yàn)榈?6頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)1分，星期二6.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)6.4 模/數(shù)（D/A）轉(zhuǎn)換