模拟集成电路设计复习笔记.docx

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模集复习笔记

By潇然

I/V特性

1.I-V特性

2.跨导

定义：

VGS对IDS的控制能力（IDS对VGS变化的灵敏度）

饱和区跨导gm表达式：

2.线性电阻表达式

二级效应

1.体效应

γ为体效应系数，典型值沟道长度调制效应

`

MOS器件模型

定义：

信号相对于偏置工作点而言比较小、不会显著影响偏置工作点时用该模型简化计算由gm、gmb、rO等构成低频小信号模型，高频时还需加上CGS等寄生电容、寄生电阻（接触孔电阻、导电层电阻等）

1.MOS小信号模型

①沟长调制效应引起的输出电阻

②体效应跨导

《

2.完整的MOSFET小信号模型

用于计算各节点时间常数、找出极点

放大器的性能参数

AIC设计的八边形法则

;

分别为：

速度、功耗、增益、噪声、线性度、电压摆幅、电源电压、输入输出阻抗

参数之间互相制约，设计时需要在这些参数间折衷

共源级

1.电阻负载

理想情况：

考虑沟长调制效应：

2.二极管接法的MOS做负载

①NMOS二极管负载

）

存在体效应时的阻抗：

忽略η随Vout的变化时，增益只于W/L有关，与偏置电流、电压无关，线性度很好。

②PMOS管负载

、

缺点：

a.大增益需要极大的器件尺寸

b.输出摆幅小

提高输出摆幅的方法：

加电流源

3.电流源做负载

4.深线性区MOS管做负载

^

5.带源极负反馈

①增益与跨导

！

随着RS增大，Gm和增益都变为gm的弱函数,提高了线性度；但以牺牲增益为代价。

另外，可以通过如下方法简便计算：

Av=“在漏极节点看到的电阻”/“在源极通路上看到的电阻”

②输出电阻

￥

源跟随器（共漏）

1.负载为Rs

2.负载为电流源

3.考虑rO和RL后的增益（注意分析过程）

》

4.负载为理想电流源时输出电阻Ro

共栅级

1.不考虑沟长调制效应时增益

，体效应导致增益增加

2.输入阻抗

<

RD=0时，共栅级输入阻抗相当于源跟随器输出阻抗

，故在RD较小时，输入阻抗小

3.输出阻抗

计算结果同带源极负反馈的共源级的Rout，故输出阻抗很大

;

共源共栅级

1.增益（不考虑沟长调制）

（注意此处为约等于且结果为负，具体增益参照P71，掌握方法即可）

2.输出阻抗

M2管将M1管的输出阻抗提高为原来的（gm2+gmb2）rO2倍；有利于实现高增益

>

3.其他性质：

①作理想电流源，代价：

输出摆幅减小

②屏蔽特性：

Vout端有ΔVout的电压跳变时，表现在X点的电压跳变很小，屏蔽了输出节点对输入管的影响

4.折叠共源共栅

5.总结：

、

基本差动对

1.大信号差分特性

上式假定了M1、M2均工作在饱和区，然鹅

2.大信号共模特性

）

共模输入电平必须满足：

3.小信号差分特性

因此，当ΔVin为下值时跨导降为0：

，其表征放大器所允许的最大输入差分信号

:

差模增益：

用叠加法、半电路法均可求全差分时的差模增益，结论为：

①单边输入时差模增益为-gmRD

②差分输入时差模增益为-gmRD

③单边输入时单端输出增益为-gmRD/2

4.小信号共模特性

若电路完全对称，则流过M1和M2管的直流电流总为ISS/2，不随Vin,CM的变化而变化，因此，VX和VY不变；

非理想性包括：

M1和M2之间有失配（W/L、VTH等），RD1和RD2之间有失配（阻值不完全相等等）；尾电流源ISS的内阻RSS不是无穷大

￥

①尾电流内阻非无穷大时

若电路完全对称，则VP会随Vin,CM的变化而变化，导致尾电流变化，Vout1和Vout2会随之变化，但Vout1和Vout2总相等，故可短接，将M1、M2并联处理（注意此时跨导为2gm）

共模增益为：

②输入管失配对共模响应的影响

共模到差模转换的增益：

5.CMRR-共模抑制比

<

Common-ModeRejectionRatio，用来综合反映差分放大器的性能

基本电流镜

原理：

利用输出电流与参考电流的过驱动电压相同

、

因此

复制精度受工艺（宽长比）、沟长调制效应的影响

有源电流镜

密勒效应

如果上图1的电路可以转换成图2的电路，则

@

是在所关心的频率下的小信号增益，通常为简化计算，我们一般用低频增益来代替AV，这样足可以使我们深入理解电路的频率特性。

极点与结点的关联

1.CS放大器的简化频率特性分析

如果忽略输出结点与输入结点的相互作用，我们可以利用密勒定理得到CS放大器的两个极点频率：

"

2.共源放大器的频率特性（理论推导）

将分母化为：

其零点：

总而言之：

若题目出到图，根据公式给出极点、零点，之后若表达传输函数，则模仿理论推导中增益的表达形式。

噪声类型

.

1.热噪声

①定义：

导体中载流子的随机运动，引起导体两端电压波动

②电阻的热噪声

，教材上默认Δf=1Hz

③MOS管沟道区的热噪声

单个MOS管能产生的最大热噪声电压：

（也即如果有负载，ro要替换为负载RD）

减少gm可降低噪声。

当gm不影响其他关键指标时，应尽量小

2.MOS管的闪烁噪声（1/f噪声）

①来源：

载流子在栅和衬底界面处的俘获与释放，导致源漏电流有噪声

用与栅极串联的电压源来模拟

②表达式：

③1/f噪声的转角频率fC

。

热噪声和1/f噪声曲线的交叉点

电路中的噪声表示

1.方法一：

输出参考噪声电压

把输入置零，计算电路中各噪声源在输出端产生的总噪声

例：

求如图所示共源级电路的总输出噪声电压

）

2.方法二：

输入参考噪声电压

在输入端用一个信号源来代表所有噪声源的影响

对于上例，

3.用电压源与电流源共同表示输入参考噪声

'

如图，

4.辅助定理

源漏之间的噪声电流源可以等效为与栅级串联的噪声电压源（对任意的ZS）

条件：

均由有限阻抗驱动；低频时

。

单级放大器中的噪声

1.共源级

（已在上边讲过，不赘叙）

例：

M1和M2均工作在饱和区。

计算：

①输入参考热噪声电压

②若负载电容为CL，求总输出热噪声

③若输入是振幅为Vm的低频正弦信号，求输出信噪比

:

①

（利用交流小信号模型，ro1与ro2在漏端并联）

②

（

频带内积分，得总输出热噪声

③输入信号在输出端产生的信号振幅为：

SNR（SignalandNoiseRatio）为功率之比：

2.共源共栅级

￥

（只考虑热噪声）

M2的噪声对输出噪声的贡献很小，因为图（c）中从M2栅极到输出的增益很小（同带源极负反馈的放大器）

3.折叠共源共栅电路的热噪声

（M2为共栅管，其热噪声可忽略不计，即右式第二项可省去）

（gm1ro1的由来：

易得Vn22=4kT*2/（3gm2），由知Vn,out，最后该项与Vin,2呈现一个gm1RD倍的关系）

[

差动对中的噪声

输入参考噪声电压是共源级的两倍

噪声带宽

总噪声：

噪声带宽为：

）

反馈概述

1.基本概念

X（s）：

输入信号

Y（s）：

输出信号

Y（s）/X（s）：

闭环传输函数，闭环增益

~

H（s）：

前馈网络；开环传输函数，开环增益

G（s）：

反馈网络；若与频率无关，可用β代替

H（s）×G（s）：

环路增益

β：

反馈系数

2.反馈系统的组成部分：

①前馈放大器

②检测输出的方式

③反馈网络

^

④产生反馈误差的方式

3.反馈电路的特性

①降低增益灵敏度

②改变输入、输出阻抗

③扩展带宽

④抑制非线性

反馈结构

例：

反馈结构包括哪四种，它们对反馈网络的输入、输出阻抗有何要求，对整个电路的闭环输入、输出阻抗有何影响

）

四种反馈的记忆方法：

①明确命名方式，如，电流-电压反馈指的是输出端电流反馈，输入端电压反馈（输出、输入的位置千万别搞反了！

！

！

）

②明确一个“正统原则”，也即：

一般来说提到电压都是串联，提到电流都是并联，然后我们再记住以输入为正统

③开始列表格，左边一列四行写下四种反馈：

电压-电压、电流、电压、电压-电流、电流-电流

④根据①和②，确定每一种反馈方式的基本电路图（脑补也行，知道大概即可），比如：

电流-电压反馈，输出端电流，输出端非正统，因此电流对应了串联；输入端电压，输入端正统，因此电压对应了串联

⑤记住最后一个原则：

串联端的反馈会要求对应端反馈网络低阻抗（理解为避免串联分压）、使对应端闭环阻抗增加（想象电阻串联，阻抗肯定增加咯）；并联端的反馈会要求对应端反馈网络高阻抗（理解为避免并联分流）、使对应端闭环阻抗下降。

比如：

电流-电压反馈，我们已经脑补出它输入端串联、输出端也串联，因此两端闭环阻抗都增加，要求反馈网络两端都低阻抗。

是不是瞬间感觉简单了很多呢QUQ

]

1.电压-电压反馈：

串联-并联，反馈与输入串联，检测与输出并联

要求：

反馈网络高输入阻抗、低输出阻抗

特性：

①输入端串联，–输入电阻增大

②输出端并联，–输出电阻减小

2.电流-电压反馈：

串联-串联，反馈与输入串联，检测与输出也串联

）

3.电压-电流反馈：

并联-并联

4.电流-电流反馈：

并联-串联

负载的影响

运算放大器概述

;

1.定义：

高增益的差分放大器

2.小信号带宽：

单位增益频率fu

3dB频率f3dB与fu的示意如下（均为对数坐标）

3.共模输入、输出摆幅（通过以下例子掌握方法）

方法概括：

a.结果先用每个管子的VGS或Vov（过驱动电压）/Vdsat表示，最后化为只含有Vov与Vth

b.如果出现Vb等栅电压，优先用Vb来表征Vin或Vout

c.求下限往下看，求上限往上看

@

①单级运放的输入共模电平范围

②共源共栅运算放大器，如下左图（重点掌握，必要时可只看图当做题目，之后与标准答案对照）

增益表达式：

输入共模电平范围：

输出共模电平范围：

>

③双端输出共源共栅运放的输出范围（注意输出要乘以2！

！

！

）

4.共源共栅运放设计

设计流程：

已知：

VDD、功耗、Av0、输出摆幅

。

①确定各晶体管的过驱动电压

根据设计经验，

放大管过驱动电压：

200mV

负载管过驱动电压：

200~500mV

尾电流管过驱动电压：

300~500mV

②确定各支路的直流电流（功耗分配）