拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版.pptx

2.1、W/L=50/0.5，假设|VDS|=3V，当|VGS|从0上升到3V时，画出NFET和PFET的漏电流VGS变化曲线解：a)NMOS管：假设阈值电压VTH=0.7V,不考虑亚阈值导电 当VGS0.7V时，NMOS管工作在饱和区，NMOS管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则第1页/共37页a)PMOS管：假设阈值电压VTH=-0.8V,不考虑亚阈值导电 当|VGS|0.8V 时，PMOS管工作在截止区，则ID=0 当|VGS|0.8V时，PMOS管工作在饱和区，PMOS管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则第2页/共37页2.2 W/L=50/0.5,|ID|=0.5mA，计算NMOS和PMOS的跨导和输出阻抗，以及本证增益gmro解：本题忽略侧向扩散LD1）NMOS2）PMOS第3页/共37页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：第4页/共37页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工作在三极管区（线性区）第5页/共37页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第6页/共37页(a)综合以上分析VX1.97V时，M1工作在截止区，则IX=0,gm=0VX1.97V时，M1工作饱和区，则第7页/共37页(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管工作在线性区第8页/共37页当VX1.2V时,MOS管工作在饱和区第9页/共37页(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管工作截止区第10页/共37页(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1.8V1.9V时，MOS管S与D交换MOS管工作线性区第12页/共37页(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，则有第13页/共37页当VX1.82V时，MOS管工作在线性区？第14页/共37页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，则第15页/共37页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，则第16页/共37页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，则第17页/共37页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Vin1VTH当Vb-0.7 VX3V时，M1工作在饱和区当VX Vb-0.7时，M1工作在线性区，则第19页/共37页当VX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VN 0，电容C1开始放电第24页/共37页2.13 MOSFET的特征频率(transit frequency)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。(a)证明 注意：fT不包含S/D结电容的影响节点1，有输出：第25页/共37页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，其特征频率仍为第26页/共37页第27页/共37页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。第28页/共37页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)工作在线性区第29页/共37页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线性区第30页/共37页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第31页/共37页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：第32页/共37页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。第33页/共37页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的值第34页/共37页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？(a)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上升第35页/共37页THE END!THANK YOU!第36页/共37页Copyright for zhouqn感谢您的观看。第37页/共37页