模拟集成电路设计单级放大器(一).ppt

* 模拟集成电路原理 第3章 单级放大器 董刚 gdong@mail.xidian.edu.cn 微电子学院 1 2 上一讲 基本概念 简化模型－开关 结构 符号 I/V特性 阈值电压 I-V关系式 跨导 二级效应 体效应、沟道长度调制效应、亚阈值导电性 器件模型 版图、电容、小信号模型等 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 3 MOS饱和区时的小信号模型 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 ?ID W L = W = μnC (VGS ? VTH ), 饱和区时 ox L 4 跨导gm VGS对IDS的控制能力 IDS对VGS变化的灵敏度 gm = gm = 2μnCox ID ?VGS VDS cons tan t 2ID VGS ? V TH 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 5 本讲 放大器基础知识 共源级—电阻做负载 共源级—二极管接法的MOS 管做负载 共源级—电流源做负载 共源级－深线性区MOS管做负载 共源级－带源极负反馈 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 6 信号放大 基本功能 为什么信号需要放大？ 信号太小，不能驱动负载 降低后续噪声影响 用于反馈电路中，改善线性度、带宽、输入 /输出电阻、提高增益精度等 单级放大器 学习其分析方法 理解复杂电路的基础 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 7 放大器基础知识 输入输出关系 在一定信号范围内可用非线性函 数表示 在取值范围足够小时 a0是直流偏置点，a1是小信号增 益 当x(t)变化幅度过大时会影响偏置 点，需用大信号分析；会影响线 性度 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 8 放大器的性能参数 参数之间互相 制约，设计时 需要在这些参 数间折衷 AIC设计的 八边形法则 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 9 本讲 放大器基础知识 共源级—电阻做负载 共源级—二极管接法的MOS 管做负载 共源级—电流源做负载 共源级－深线性区MOS管做负载 共源级－带源极负反馈 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 10 共源级—电阻做负载 大信号分析 饱和区时 转换点Vin1 线性区时 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 11 共源级—电阻做负载 大信号分析 线性区时 深线性区时 Vout 2(Vin ? VTH ) 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 12 共源级—电阻做负载 小信号分析 饱和区时大信号关系式 小信号增益 与小信号等效电 路结果一致 增益随Vin的变化而变化，在信号摆幅较大时会引入非线性 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 W L 13 共源级—电阻做负载 Av的最大化 Av = ?gm RD Av = ? 2μn Cox W L VRD ID g m = μ n C ox (V GS ? V TH ) 增大W/L；寄生电容增大，带宽减小 增大VRD；输出摆幅减小 减小ID；RD会很大，输出节点时间常数增大 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 14 共源级—电阻做负载 考虑沟长调制效应 λI D = 1/ rO 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 15 共源级—电阻做负载 考虑沟长调制效应 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 16 共源级—电流源做负载 能获得较大的增益 Av = ? g m ( ro || RD) Av = ? g m ro 本征增益 本征增益为多大？ 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 = 17 共源级—电流源做负载 本征增益 Av = ? g m ro gm = 2ID VGS ?VTH , rO = 1 λID Av = (VGS 2 2VA ? VTH )λ VOV VOV一般不能随工艺下降，要保证强 反型（100mV以上），一般取200mV 本征增益约50~110 0.4μm工艺时最小L的NMOS管 VA,NMOS=11V， VA,PMOS=5.5V 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原理 L增大时可以更大 1/gmrO成立 18 共源级—电阻做负载 实际应用情况 在CMOS工艺下，精确阻值的 电阻难加工 阻值小时增益小，阻值大时， 电阻的尺寸太大，还会降低输 出摆幅 一般用MOS管代替电阻做负载 二极管接法的MOS管、电流源、线性区MOS管 西电微电子学院－董刚－模拟集成电路原