拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解中文PPT资料.ppt

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本题忽略侧向扩散LD,1）NMOS,2）PMOS,Copyrightforzhouqn,2.3导出用ID和W/L表示的gmro的表达式。

画出以L为参数的gmroID的曲线。

注意L,解：

Copyrightforzhouqn,2.4分别画出MOS晶体管的IDVGS曲线。

a）以VDS作为参数；

b）以VBS为参数，并在特性曲线中标出夹断点,解：

以NMOS为例,当VGSVTH时，MOS截止，则ID=0,当VTHVGSVDS+VTH时，MOS工作在饱和区,当VGSVDS+VTH时，MOS工作在三极管区（线性区）,Copyrightforzhouqn,2.5对于图2.42的每个电路，画出IX和晶体管跨导关于VX的函数曲线草图，VX从0变化到VDD。

在（a）中，假设Vx从0变化到1.5V。

（VDD=3V）,（a）,上式有效的条件为,即,Copyrightforzhouqn,（a）综合以上分析,VX1.97V时，M1工作在截止区，则IX=0,gm=0,VX1.97V时，M1工作饱和区，则,Copyrightforzhouqn,（b）=0,VTH=0.7V,当0VX1V时，MOS管的源-漏交换,工作在线性区，则,当1VVX1.2V时,MOS管工作在线性区,Copyrightforzhouqn,当VX1.2V时,MOS管工作在饱和区,Copyrightforzhouqn,（C）=0,VTH=0.7V,当VX0.3V时，MOS管的源-漏交换，工作在饱和区,当VX0.3V时，MOS管工作截止区,Copyrightforzhouqn,（d）=0,VTH=-0.8V,当0VX1.8V时，MOS管上端为漏极，下端为源极，MOS管工作在饱和区,当1.8VVX1.9V时，MOS管工作在线性区,Copyrightforzhouqn,当VX1.9V时，MOS管S与D交换,MOS管工作线性区,Copyrightforzhouqn,（e）=0,当VX=0时,VTH=0.893V，此时MOS工作在饱和区,随着VX增加，VSB降低，VTH降低，此时MOS管的过驱动电压增加，MOS管工作在饱和区；

直到过驱动VDSAT上升到等于0.5V时，MOS管将进入线性区，则有,Copyrightforzhouqn,当VX1.82V时，MOS管工作在线性区？

Copyrightforzhouqn,2.7对于图2.44的每个电路，画出Vout关于Vin的函数曲线草图。

Vin从0变化到VDD=3V。

解：

（a）=0,VTH=0.7V,右图中，MOS管源-漏极交换,当Vin0.7V时，M1工作在截止区，Vout=0,当0.7Vin1.7V时，M1工作在饱和区，则,当1.7VVin3V时，M1工作在线性区，则,Copyrightforzhouqn,2.7（b）=0,VTH=0.7V,当0Vin1.3V时，M1工作在线性区，则,当Vin1.3V时，M1工作在饱和区，则,Copyrightforzhouqn,2.7（c）=0,VTH=0.7V,当0Vin2.3V时，M1工作在线性区，则,当Vin2.3V时，M1工作在饱和区，则,Copyrightforzhouqn,2.7（d）=0,VTH=-0.8V,当0Vin1.8V时，M1工作在截止区，则,M1工作在饱和区边缘的条件为Vout=1.8V，此时假设Vin=Vin1，因而,当1.8VVinVin1时，M1工作在饱和区,当Vin1Vin时，M1工作在线性区,Copyrightforzhouqn,2.9对于图2.46的每个电路，画出IX和VX关于时间的函数曲线图。

C1的初始电压等于3V。

（a）=0,VTH=0.7V，VbVTH,当Vb-0.7VX3V时，M1工作在饱和区,当VXVb-0.7时，M1工作在线性区，则,Copyrightforzhouqn,当VXVb-0.7时，M1工作在线性区，则,Copyrightforzhouqn,2.9（b）=0,VTH=0.7V,当VX初始电压为3V，M1工作在饱和区,t=0时,VX=3V,Copyrightforzhouqn,2.9（c）=0,VTH=0.7V,当VX初始电压为3V，VDS=0V，M1工作在深线性区,Copyrightforzhouqn,2.9（d）=0,VTH=0.7V,IX=I1,Copyrightforzhouqn,2.9（e）=0,VTH=0.7V,电容C1的初始电压为3V,初始状态（时间t=0），如右图所示，电容C1的充电电流IC1=0，此时M1的漏电流IX=I1；

同时VX=Vb-VGS1+3,当时间t=0+时，如右图所示，M1的一部分漏电流将对电容C1的进行充电，此时IX-IC1=I1,=当IX=IC1时，I1=0若电流源I1为理想电流源，则VN-,实际上VN不可能低于0.6V，若低于0.6V，则PN结正向导通若电流源I1不是理想电流源，则VN0，电容C1开始放电,Copyrightforzhouqn,2.13MOSFET的特征频率（transitfrequency）fT，定义为源和漏端交流接地时，器件的小信号增益下降为1的频率。

证明注意：

fT不包含S/D结电容的影响,节点1，有,输出：

Copyrightforzhouqn,2.13（b）假设栅电阻RG比较大，且器件等效为n个晶体管的排列，其中每个晶体管的栅电阻等于RG/n。

证明器件的fT与RG无关，其特征频率仍为,Copyrightforzhouqn,Copyrightforzhouqn,2.13（c）对于给定的偏置电流，同过增加晶体管的宽度（因此晶体管的电容也增加）使工作在饱和区所需的漏-源电压最小。

利用平方率特性证明,这个关系表明：

当所设计的器件工作于较低时，速度是如何被限制的。

Copyrightforzhouqn,2.16考虑如图2.50所示的结构，求ID关于VGS和VDS的函数关系，并证明这一结构可看作宽长比等于W/（2L）的晶体管。

假设=0,第一种情况：

M1、M2均工作在线性区,相当于W/（2L）工作在线性区,Copyrightforzhouqn,2.16第二种情况：

M1工作在线性区，M2工作在饱和区,相当于W/（2L）工作在饱和区,注意：

M1始终工作在线性区，因为M2的过驱动电压大于0,线性区,Copyrightforzhouqn,2.16上面讨论，可知：

（1）M2工作在饱和区，则电流满足平方关系

（2）M2工作在线性区，则电流满足线性关系,Copyrightforzhouqn,2.17已知NMOS器件工作在饱和区。

如果（a）ID恒定，（b）gm恒定，画出W/L对于VGS-VTH的函数曲线。

饱和区：

Copyrightforzhouqn,2.18如图2.15所示的晶体管，尽管处在在饱和区，解释不能作为电流源使用的原因。

以上电路的电流与MOS管的源极电压VS有关，而电流源的电流是与其源极电压VS无关的。

Copyrightforzhouqn,2.27已知NMOS器件工作于亚阈值区，为1.5，求引起ID变化一个数量级所需的VGS的变化量。

如果ID=10A，求gm的值,Copyrightforzhouqn,2.28考虑VG=1.5V且VS=0的NMOS器件。

解释如果将VD不断减小到低于0V或者将Vsub不断增大到0V以上，将会发生什么情况？

如果VD不断减小到低于0V，则NMOS的源-漏交换NMOS工作在线性区,（b）如果VB不断上升，VSB不断降低，则阈值电压不断减小,漏电流ID上升,Copyrightforzhouqn,THEEND!

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