CMOS模拟集成电路设计ch非线性与不匹配实用.pptx

2023/2/211提纲1、非线性2、不匹配第1页/共22页2023/2/2121、非线性1.1 概述电路的非线性可以看成是信号转移特性的斜率以及小信号增益随电路的非线性可以看成是信号转移特性的斜率以及小信号增益随输入电平的变化输入电平的变化对于小的对于小的x x，y y(t)=(t)=1 1x x(t t)第2页/共22页2023/2/2131.1 概述（续）第3页/共22页2023/2/2141.1 概述（续）方法一：实际特性曲线与理想方法一：实际特性曲线与理想曲线的最大偏差曲线的最大偏差VV与最大输出与最大输出值归一化值。值归一化值。方法二：输入施加正弦信号，测量输出，将所有谐波能量（除方法二：输入施加正弦信号，测量输出，将所有谐波能量（除去基频）之和用基频能量来归一化，这样的度量称为去基频）之和用基频能量来归一化，这样的度量称为“总谐波总谐波失真失真”（THDTHD）非线性的度量非线性的度量对于三阶非线性对于三阶非线性第4页/共22页2023/2/2151.2 差动电路的非线性差动电路的输入输出特性差动电路的输入输出特性f f(-x-x)=-f=-f(x x)差动信号驱动的差动电路不会产生偶次谐波差动信号驱动的差动电路不会产生偶次谐波线性度线性度第5页/共22页2023/2/2161.3 负反馈对非线性的影响负反馈可以提高系统的线性度负反馈可以提高系统的线性度考察一个考察一个“轻度非线性轻度非线性”系系统，统，y 1 1x x+2 2x x2 2施加信号施加信号x x(t t)=)=V Vm mcoscost taby(t)第6页/共22页2023/2/2171.3 负反馈对非线性的影响（续）2 2 b b是微小量是微小量对比于没有负反馈时，对比于没有负反馈时，第7页/共22页2023/2/2181.4 电容器的非线性线性电容线性电容依赖电压的电容依赖电压的电容电压为电压为V V1 1的电容的电容非线性电容非线性电容例，对于开关电容同相放大器，例，对于开关电容同相放大器，放大模式初期，放大模式初期，放大模式终止时，放大模式终止时，电荷守恒，得到电荷守恒，得到第8页/共22页2023/2/2191.5 线性化技术 “全局全局”负反馈负反馈稳定性、稳定时间稳定性、稳定时间 源级负反馈源级负反馈单端电路，忽略体效应单端电路，忽略体效应差动对中的源级负反馈差动对中的源级负反馈线性度线性度增益、噪声增益、噪声a a电路消耗电路消耗I ISSSSR RS S/2/2电压余度电压余度b b电路没有上述问题，但是产生电路没有上述问题，但是产生了较高噪声、失调了较高噪声、失调第9页/共22页2023/2/21101.5 线性化技术（续）V VDSDS恒定恒定的的工作在线性区工作在线性区输入管的差动对输入管的差动对缺点：缺点：跨导小跨导小 输入共模电平必须控制输入共模电平必须控制 M3M3、M4M4及放大器产生更大的噪声及放大器产生更大的噪声第10页/共22页2023/2/21111.5 线性化技术（续）“后校正后校正”第11页/共22页2023/2/21122、不匹配2.1 机理更大的器件，失配更小更大的器件，失配更小K KVTHVTH，K KKK是比例系数是比例系数第12页/共22页2023/2/21132.2 不匹配对电路性能的影响 直流失调直流失调V Vinin=0,V=0,Voutout00 更低的共模抑制更低的共模抑制 有限偶次失真有限偶次失真第13页/共22页2023/2/21142.2 不匹配对电路性能的影响（续）直流失调直流失调差动对的失调差动对的失调V VTHTH,(W/L),(W/L)R R 负载电阻的失配和晶体管尺寸的失配对失调的影响随负载电阻的失配和晶体管尺寸的失配对失调的影响随平衡过平衡过驱动电压驱动电压增大而增大增大而增大 阈值电压失配直接折合到输入阈值电压失配直接折合到输入忽略忽略CCoxox的失配的失配由由V Vos,inos,in=V=VGS1GS1-V-VGS2GS2，得到，得到第14页/共22页2023/2/21152.2 不匹配对电路性能的影响（续）直流失调直流失调电流源的失调电流源的失调 为使电流失调最小，必须使过驱动电压达到最大。为使电流失调最小，必须使过驱动电压达到最大。忽略忽略CCoxox的失配的失配第15页/共22页2023/2/21162.2 不匹配对电路性能的影响（续）偶次失真偶次失真失配降低了对称性，引入了有限的偶次失配降低了对称性，引入了有限的偶次非线性。非线性。对于差动电路，对于差动电路，x x1 1=-=-x x2 2,上式简化为上式简化为第16页/共22页2023/2/21172.3 失调消除技术 输出失调存储输出失调存储 需要专用的失调消除周期需要专用的失调消除周期 S3S3，S4S4没有电荷注入失配没有电荷注入失配 A Av v不能太大，否则不能太大，否则A Av vV VOSOS会使会使放大器输出饱和放大器输出饱和,通常通常A Av v1010第17页/共22页2023/2/21182.3 失调消除技术（续）输入失调存储输入失调存储 需要专用的失调消除周期需要专用的失调消除周期 较输出失调存储，可以用于较高电压增益的放大器中较输出失调存储，可以用于较高电压增益的放大器中 S3S3，S4S4断开时，电荷注入失配可能会使放大器输出饱和断开时，电荷注入失配可能会使放大器输出饱和第18页/共22页2023/2/21192.3 失调消除技术（续）辅助放大级消除放大器失调辅助放大级消除放大器失调 需要专用的失调消除周期需要专用的失调消除周期 信号通路中没有电容信号通路中没有电容 信号通路上存在两个电压增益级信号通路上存在两个电压增益级 放大器放大器A A1 1与与A Aauxaux的输出电压是很难相加的的输出电压是很难相加的误差！S3S4闭合时，形成反馈回路V1？S3S4断开时第19页/共22页2023/2/21202.3 失调消除技术（续）辅助放大级消除放大器失调辅助放大级消除放大器失调电流相加电流相加消除周期消除周期S3S3，S4S4断开后断开后 S S3 3,S,S4 4断开注入的电荷注入失配会产生一个不能被校正的误差电压断开注入的电荷注入失配会产生一个不能被校正的误差电压第20页/共22页2023/2/2121小结1、非线性非线性概念及度量线性化技术负反馈工作在线性区的差动对后校正2、不匹配大尺寸器件具有小的失配失调消除技术输入/输出失调存储辅助放大级消除失调第21页/共22页2023/2/2122感谢您的欣赏！第22页/共22页