第九章模拟集成电路基本单元预览.ppt

集成电路设计基础Basic of Integrated Circuit Design 电子信息工程系 武 斌 第九章 模拟集成电路基本单元 带隙稳压源 什么是厄尔利电压？ 两级运放 模拟集成电路基本单元 采用共源共栅的两级运放 模拟集成电路基本单元 * * Science and Technology of Electronic Information Science and Technology of Electronic Information 模拟集成电路主要由以下基本单元构成： 9.1 电流源电路 9.2 基准电压源 9.3 单端反相放大器电路 9.4 差分放大器电路 9.5 运算放大器电路 9.6 振荡器 9.7 D/A与A/D转换 9.1 电流源设计 * 基本镜像电流源 带缓冲级的镜像电流源 模拟集成电路基本单元 威尔逊电流源 求动态内阻R0，略 增大动态内阻R0 模拟集成电路基本单元 微电流源、比例电流源 模拟集成电路基本单元 NMOS基本电流镜 MOS电流镜 多支路比例电流镜 模拟集成电路基本单元 MOS威尔逊电流镜 改进结构 （增加M4，消耗一个VGS, 使M2和M3工作状态相同） VG2 IO ↑ → VG2 ↑ → VGS1 ↓ → IO ↓ 模拟集成电路基本单元 2VGS VGS 三管能隙基准源 9.2 基准电压源设计 模拟集成电路基本单元 利用一个与温度成正比的电压与二极管压降之和，二者温度系数相互抵消，实现与温度无关的电压基准 为负温度系数 正温度系数 已知： 能隙电压Vg0=1.205V 令： 在VREF表达式中，VBE已知为负温度系数，电阻电压为正温度系数，选取适当值可使温度影响抵消之为0。 可得： 模拟集成电路基本单元 带隙就是半导体导带最低点与价带最低点的能量差Eg CMOS基准电压源（略讲） 电压差与温度成正比的结构 温度补偿CMOS基准电压电路 模拟集成电路基本单元 带入VBE温度公式：令 9.3 单端反相放大器电路设计 单端反相放大器 常用有六种MOS反相放大器 纯电阻负载NMOS共源放大器 NMOS负载共源放大器 PMOS负载共源放大器 二极管连接NMOS负载共源放大器 二极管连接PMOS负载共源放大器 E/D NMOS共源放大器 复习： MOS管共源，共栅、共漏极电路形式 纯电阻负载NMOS共源放大器 截止 饱和 线性 饱和时： 受负载电阻限制，增益不高，动态范围小 单端反相放大器 NMOS负载共源放大器 VT2管工作在饱和做负载 VT2管G,D电位固定,S输出 VGS2=VB-Vout 随Vout变化 考虑VT2为共栅方式，ro2较小 ro 1|| ro2 ≈ ro2=1/g2 什么是衬底偏置效应？ 系数？ Vout↑----VGS2↓-----IDS ↓ Vout↓----VGS2 ↑-----IDS ↑ 相当于并联一个gB=λBg2的管子， 由于g2=（1+λB）g2 单端反相放大器 Av=-g1/(1+ λB)g2 二极管连接NMOS负载共源放大器 相当于VB=VDD，VGS=VDS 与NMOS负载共源放大器特性相同，增益小，存在衬底偏置效应 单端反相放大器 VT2的等效电阻ro2=1/g2 PMOS负载共源放大器 PMOS管VT2工作在饱和区，由于衬底与源极相连，所以没有衬底偏置效应。 ro1,ro2较大 考虑IDS1=IDS2 VA为反相厄尔利电压， 由于没有衬底偏置效应，内阻较大，所以能够保证增益 单端反相放大器 厄尔利电压几何意义：1/ro=IC/VA 共发特性曲线： 基区调宽效应（厄尔利效应）： 二极管连接PMOS负载共源放大器 PMOS管VT2工作在饱和区，由于衬底与源极相连，所以没有衬底偏置效应。但是VGS=VDS，随Vout变化 单端反相放大器 由于unup,所以采用PMOS管负载，优于NMOS管负载 由于VT2等效阻抗为1/g2, 故： E/D(增/耗) NMOS共源放大器 VT1为增强型，VT2管为耗尽型 沟道电阻主要受衬底偏置影响 单端反相放大器 IDS恒定,动态内阻rd2很大 与增强型NMOS管特性一致，增益不足 结论： 提高放大器性能： gm↗；λB↘ ；IDS≡ 9.32 CMOS推挽放大器 在正常工作情况下，两管均工作在饱和状态。对于交流信号而言，两个管子处于并联连接。 输出电阻=r01//r02 跨导=g1+g2 单端反相放大器 * 共栅共源放大器 为了保证VT1和VT2均工作在饱和 增益高 A=-gmRd 输入阻抗高，rg 输出阻抗高 Rd 频带宽 缺点：输出摆幅小 单端反相放大器 9.4 差分放大器 模拟集成电路—差分放大器 |VID|≤VT