模拟集成电路设计原理习题讲解解读.ppt

《模拟集成电路设计原理》习题讲解 授课：许俊 助教：王磊（04微电研） 主要内容： 期中考试题目讲解 基本的CASCODE共源共栅结构的单级运放 BANDGAP基准电压源电路分析 期中考试题目讲解 基本的CASCODE共源共栅结构的单级运放 普通的电阻为负载 二极管连接的MOS管为负载 带源极负反馈的单级cascode 对于一个正向偏置的三极管，它的集电极电流和阈值电压VBE存在如下关系： (1)其中晶体管的VBE具有负的温度系数，如(2)式所示。 (2)VG0是绝对零度时硅Si的能隙电压，近似等于1.206V，k是Boltzman常数，m也是常数m=2.3，Jc是温度为T时集电极的电流密度。Jc0则是温度T0下的集电极电流密度。VBE0是T0下的结电压，VBE则是温度T下的结电压。 应用简单的一阶VBE公式，取Vbe=.75v , T=300K,并且假定晶体管的集电极电流正比于绝对温度，那么对公式（2）求对温度的偏导： 则Q2支路上的电流就成为PTAT电流，运放输出端的电压为： 电源直流抑制比PSRR：对电源电压在3.3V+10%，即3.0V～3.6V范围内进行扫描。结果显示在TT情况下PSRR=20log(ΔVdd/ΔVref)=98dB。 温度系数PPM：对温度在－20摄氏度～125摄氏度范围内扫描。同时电源电压在3.0V～3.6V内取5个点，在每个点处对温度进行一次扫描，共得到5条温度扫描线。结果显示在TT情况下温度系数为TC=ΔVref / (ΔT×Vref) ＝3.5ppm/oC。Vref取标准情况VDD=3.3V，T＝300k下的值。 典型的SMIC.18 PNP型的BJT的model(工艺原理)。 典型的BANDGAP带隙基准电路的版图 THE END THANKS ? * * 3. 在左图中，设 所有管子都处于饱和区。 若要求M1的直流电流为100uA，求Vin的值。 计算电路的小信号增益和输出阻抗 3. 解答： a) 由M1的电流可求出M1的输入共模电平， b) 先求输出端的输出阻抗： 再求电路的小信号增益： 4. 在差动放大器中，VDD=3V， 若所以管子都处于饱和区，求最大和最小的输入共模电压。 b) 若每个管子的等效输入噪声电压为 求放大器的等效输入噪声电压，和等效输出噪声电压。 随着Vin增加，Vp就如同源极跟随器的输出端，电位会一起升高。由于M3的电流不变（25uA）,所以它的过驱动电压不变。Vp上升到与F点之间的电压差小于M1的过驱动电压的时候，M1就不再处于饱和区。 解答： a) 要保证M5处在饱和区，于是有： 要保证M1处在饱和区，于是有： 由上面两式可以求出Vin的最大以及最小共模电平。 解答： b) 忽略M5管的噪声影响，由每个管子的等效输入噪声电压可得每个管子的噪声电流： 该电路总的输出噪声电压： 该电路的小信号增益： 于是可以计算该电路总的等效输入噪声电压： 5.图中M1为n管，阈值电压为0.7V，衬底接地。 画出Vout关于Vin的函数曲线草图，Vin从0变化到3V； 假设M1工作在饱和区，推导低频和高频下的输出阻抗。 5. 解答： 由于CMOS管的对称性，将题目中的电路改画如左。其中VDD为1.5V. 可见该电路为一个普通的源极跟随器电路。 a) 当Vin从0伏开始升高时，在达到Vth以前，M1是不导通的。Vth之后，M1管先饱和后线性。图略. 低频下的小信号分析图如左。 在计算输出阻抗时，只要将交流输入端和电源电压接地，并在输出端施加一个电压源即可。 高频下的小信号分析图如下。此时的寄生电容只考虑如图所示的几个主要电容即可。 将高频的等效图改画如下，即可分析得出其次是的输出阻抗。 1.保证M1和M2都工作在饱和区，共源共栅的偏置条件： 2. Out端看进去的输出阻抗： 3. Out端的低频增益： Vout端的输出阻抗： 该电路的低频增益： Vout端的输出阻抗： 该电路的低频增益： Vout端的输出阻抗： 该电路的低频增益： BANDGAP基准电压源电路基本原理 此时在给定的温度下， 约为-1.5mV/ K。 而不同电流密度的三极管的VBE之间的差值ΔVBE具有正的温度系数，由(2)式可得(