模拟CMOS电路分析总结.doc

本文主要介绍MOS管电路的相关计算，主要应用于模拟CMOS集成电路设计。本文是针对于拉扎维的《模拟CMOS集成电路设计》前三章的归纳总结，并结合自己的理解，对典型电路进行分析计算。本文致力于介绍用直观的方法计算电路的相关参数，或者只是简单的计算。本人上传到百度文库的另外一篇文章《三极管电路分析》介绍了用直观的方法计算BJT相关参数的方法，该文中的思想和本文中的是相似的，建议也可以看看，该文中介绍的交流通路的相关内容本文就不重点介绍了。还是要说明的是，本人学习CMOS电路也就一年的时间，没有流片经验，不保证本文内容完全正确，望以批评的态度看本文。 本文主要是计算MOS管电路的输出阻抗R和电压增益A。 1 小信号模型 （a）NMOS管 （b） 简单小信号模型 （c）完整的MOS管小信号模型 熟悉小信号模型是必须的，直观的方法就是要对小信号模型相当的理解，要将看到的（a）中的图形想成（c）中的图形。不考虑各种二级效应就是（b）图，MOS管是压控器件，电压控制DS间电流，输入阻抗为无穷高，所以MOS管相对于BJT就是不需要计算输入阻抗。图（c）为包含两种二级效应的完整的MOS管小信号模型，其中为衬底电压，是由沟道长度调制效应引起的，是由体效应引起的。只有在考虑这两种效应时才有这两项，否则没有。忽略这两种效应就是图（b）。图中的电压和电流源的方向是值得特别注意的。需要说明的是，图（c）同时适用于PMOS管和NMOS管，只不过PMOS管的为负值，相应的改变电流源方向而已。也是一样。 最终，我们应该看到图（a）中，GS间是电压，GD间永远是断开的，DS间是两个压控电流源和一个电阻，要高度重视他们的方向。 2 一个简单的例子 图2 简单的MOS管放大电路 计算它的放大倍数和输出阻抗。，因此没有体效应，如果忽略沟道长度调制效应，则没有。。 计算输出电阻，让，则MOS管的DS间两个电流源为0，电阻被忽略，则DS间开路，又有DG间开路，交流电路VDD相对于接GND，则输出电阻就为。如果不忽略沟道长度调制效应，则DS间有电阻，这样交流通路中和并联，因此输出电阻为。 计算增益。忽略，DS间只有一个电流源，方向是D到S，所以输出电压（要看交流通路）为，得到电压增益为。如果计入，则交流通路里面和并联，因此结果为。 3 计算电阻。 计算电阻非常重要，在计算增益的过程中肯定要用到的，计算电阻的电路分三类，只要记住这三类，其他的电阻都可以简单的看出来。这三类电阻的推导拉扎维的书上都有，我这里就不详细推导了，只是直观的计算，重要的是分析它的结果。 3.1 二极管连接器件 图3 二极管连接 这种连接的MOS管的DS间电阻是 (1) 这个可直观的看出，因为，所以电流源，则该电流源就是电阻，如果D和G是接的电源（NMOS管），则，则电流源就相当于电阻，这样就是三个电阻的并联了。如果忽略体效应，则让，如果忽略沟道长度调制效应，则令，得电阻为。 3.2 从漏端看进去的电阻 图4 从漏端看进去求电阻 图中电路，从漏端看进去的电阻是 (2) 具体推导拉扎维的书上有，这里就不计算了。图中的就是MOS管内部，只是画出来了直观一些。计算电阻时是让输入的。忽略体效应，则让，得电阻为。忽略沟道长度调制效应，则令，得电阻为。如果电路中没有电阻，则令，得电阻为。这是它的三种变形，只要记住了总的电阻，这三种都可以简单推出。 3.3 从源端看进去的电阻 图5 计算从源端看进去的电阻 它从源端看进去的电阻是 (3) 如果忽略体效应，则让，得到电阻为。如果忽略沟道长度效应，则让，对分子分母求导后得到电阻为。如果没有电阻则令，得到电阻为，可以看到，时就是二极管连接了，所以得到的电阻就是前面介绍的二极管连接时的阻值。 4 计算增益A的方法 计算A一般有两种方法，一个是，其中的R的计算方法在上面已经介绍了，的计算方法将在下面介绍；另一个就是列方程或方程组求和的关系，方程一般是列输出节点或关键节点的KCL方程。这两种方法文中都会介绍到。需要提醒的一个概念是，这里的严格意义上并不是指电路的输出电阻，输出电阻的定义里是不包含负载的，但是负载显然会影响电路的增益A，所以这里的是指输出点的等效交流电阻，是包含负载的。只不过在MOS管电路中，由于MOS管栅极的输入电阻为无穷大，而放大电路的输出往往是接的下一级的MOS管的栅极，所以计算结果上没有区别，但是这个概念还是要清楚，不要被拉扎维的书弄糊涂了。 下面就通过对拉扎维书上各种例子的推导来介绍这两种计算增益的方法。 的计