模拟CMOS集成电路设计复习提纲.pptx

会计学1模拟模拟CMOS集成电路设计复习提纲集成电路设计复习提纲第二章第二章 器件模型器件模型n nMOSFET的I-V特性n n饱和区电流公式饱和区电流公式n n线性区电流公式线性区电流公式n n沟道长度调制效应沟道长度调制效应n nMOSFET的小信号模型n n低频小信号模型：图低频小信号模型：图2.362.36n ng gmm、r ro o的表达式的表达式n n完整小信号模型：图完整小信号模型：图2.382.38华大微电子：模拟集成电路设计第1页/共77页MOSFET的的I-V特性特性华大微电子：模拟集成电路设计第2页/共77页几个常用的表达式几个常用的表达式华大微电子：模拟集成电路设计第3页/共77页MOSFET小信号模型（小信号模型（1）n nVBS=0时的低频小信号模型n n用于计算输出电阻、低频小信号增益华大微电子：模拟集成电路设计第4页/共77页MOSFET小信号模型（小信号模型（2）n n考虑衬偏效应时的低频小信号模型n n用于计算输出电阻、低频小信号增益华大微电子：模拟集成电路设计第5页/共77页完整的完整的MOSFET小信号模型小信号模型n n用于计算各节点的时间常数n n找出极点第6页/共77页第三章第三章 单级放大器单级放大器n n共源级n n共漏级n n共栅级n n共源共栅级第7页/共77页共源级共源级n n电阻负载n n电流源负载n n二极管接法的MOSFET负载n n源级负反馈第8页/共77页共源共源MOSFET第9页/共77页二极管接法的二极管接法的MOSFET第10页/共77页带电阻负载的共源级带电阻负载的共源级RdownRup第11页/共77页电流源负载的共源级电流源负载的共源级RdownRup第12页/共77页二极管接法二极管接法MOSFET负载的共源负载的共源级级RdownRup第13页/共77页带源极负反馈的共源级带源极负反馈的共源级RdownRup第14页/共77页共漏共漏MOSFET（源跟随器）（源跟随器）RS|ro第15页/共77页共栅管的输入电阻共栅管的输入电阻共栅管用做电流放大器没必要计算其电压放大倍数第16页/共77页共栅管的输出电阻共栅管的输出电阻RdownRup第17页/共77页共源共栅级的输出阻抗（共源共栅级的输出阻抗（1）第18页/共77页共源共栅级的输出阻抗（共源共栅级的输出阻抗（2）Rt第19页/共77页共源共栅级的输出阻抗（共源共栅级的输出阻抗（3）RdownRup第20页/共77页折叠共源共栅的输出电阻与增益折叠共源共栅的输出电阻与增益第21页/共77页第四章第四章 差分放大器差分放大器n n差分放大器的输出电阻n n差分放大器的增益n n输入共模电平Vin,CM的范围第22页/共77页差分放大器的输出阻抗与增益差分放大器的输出阻抗与增益（1）第23页/共77页差分放大器的输出阻抗与增益差分放大器的输出阻抗与增益（2）第24页/共77页共源共栅差分对共源共栅差分对第25页/共77页第六章第六章 频率特性频率特性n nMiller效应n n极点与结点的关联第26页/共77页第七章第七章 噪声噪声n n噪声类型：热噪声、闪烁噪声n n总输出噪声n n输入参考噪声n n单级放大器的噪声n n共源级：共源级：n n共源共栅级：共源共栅级：n n折叠共源共栅级折叠共源共栅级第27页/共77页西电微电子：模拟集成电路设计关于噪声关于噪声第28页/共77页电流源负载的共源电路的热噪声电流源负载的共源电路的热噪声第29页/共77页共源共栅电路的热噪声共源共栅电路的热噪声第30页/共77页折叠共源共栅电路的热噪声折叠共源共栅电路的热噪声第31页/共77页差分对的热噪声差分对的热噪声第32页/共77页共源共栅运放的噪声共源共栅运放的噪声第33页/共77页第八章第八章 反馈反馈n n反馈概述n n降低增益灵敏度降低增益灵敏度n n扩展带宽扩展带宽n n环路增益、开环增益、闭环增益等概念环路增益、开环增益、闭环增益等概念 n n四种反馈结构n n负载的影响n n四种二端口网络模型四种二端口网络模型第34页/共77页反反 馈馈X(s)X(s)：输入信号：输入信号Y(s)Y(s)：输出信号：输出信号Y(s)/X(s)Y(s)/X(s)：闭环闭环传输函数，传输函数，闭环增益闭环增益H(s)H(s)：前馈网络；：前馈网络；开环开环传输函数，传输函数，开环增益开环增益G(s)G(s)：反馈网络；若与频率无关，可用：反馈网络；若与频率无关，可用 代替代替H(s)G(s)H(s)G(s)：环路增益环路增益 ：反馈系数：反馈系数第35页/共77页反馈的特性反馈的特性1：降低增益灵敏度：降低增益灵敏度第36页/共77页反馈的特性反馈的特性3：扩展带宽扩展带宽第37页/共77页电压电压-电压反馈电压反馈n n前馈网络前馈网络A A0 0：V-VV-V；反馈网络；反馈网络：V-VV-Vn n信号检测：前馈网络的输出，电压信号，信号检测：前馈网络的输出，电压信号，并联并联n n信号返回：前馈网络的输入，电压信号，信号返回：前馈网络的输入，电压信号，串联串联n n也称串联也称串联-并联反馈：并联反馈：n n“串联串联-并联反馈并联反馈”，反馈信号与输入信号串联，检测信号与输出信，反馈信号与输入信号串联，检测信号与输出信号并联号并联n n“电压电压-电压反馈电压反馈”，描述了反馈网络的特性，描述了反馈网络的特性n n两种说法角度不同，信号的顺序也不同两种说法角度不同，信号的顺序也不同第38页/共77页电压电压-电压反馈的特性电压反馈的特性n n输入端串联，输入端串联，n n输入电阻增大输入电阻增大n n输出端并联，输出端并联，n n输出电阻减小输出电阻减小第39页/共77页电流电流-电压反馈电压反馈n n前馈网络前馈网络GGmm：V-IV-I；反馈网络；反馈网络R RF F：I-VI-Vn n信号检测：前馈网络的输出，电流信号，信号检测：前馈网络的输出，电流信号，串联串联n n信号返回：前馈网络的输入，电压信号，信号返回：前馈网络的输入，电压信号，串联串联n n也称也称串联串联-串联反馈串联反馈n nGGmm：前馈网络增益，导纳的量纲：前馈网络增益，导纳的量纲n nR RF F：反馈网络增益，电阻的量纲：反馈网络增益，电阻的量纲n nGGmmRRF F：无量纲：无量纲第40页/共77页电流电流-电压反馈的特性电压反馈的特性n n输入端串联，输入端串联，n n输入电阻增大输入电阻增大n n输出端串联，输出端串联，n n输出电阻增大输出电阻增大第41页/共77页电压电压-电流反馈电流反馈n n前馈网络前馈网络R R0 0：I-VI-V；反馈网络；反馈网络g gmFmF：V-IV-In n信号检测：前馈网络的输出，电压信号，信号检测：前馈网络的输出，电压信号，并联并联n n信号返回：前馈网络的输入，电流信号，信号返回：前馈网络的输入，电流信号，并联并联n n也称也称并联并联-并联反馈并联反馈n nR R0 0：前馈网络增益，电阻的量纲：前馈网络增益，电阻的量纲n nGGmFmF：反馈网络增益，导纳的量纲：反馈网络增益，导纳的量纲n nR R0 0GGmF mF：无量纲：无量纲第42页/共77页电压电压-电流反馈的应用：光纤接收电流反馈的应用：光纤接收器器n n左图，输入阻抗R1 n n时间常数大，带宽小时间常数大，带宽小n n右图，输入阻抗为R1/(1+A)n n时间常数小，带宽大时间常数小，带宽大第43页/共77页电压电压-电流反馈的特性电流反馈的特性n n输入端并联，输入端并联，n n输入电阻减小输入电阻减小n n输出端并联，输出端并联，n n输出电阻减小输出电阻减小第44页/共77页电流电流-电流反馈电流反馈n n前馈网络前馈网络A AI I：I-II-I；反馈网络；反馈网络：I-II-In n信号检测：前馈网络的输出，电流信号，信号检测：前馈网络的输出，电流信号，串联串联n n信号返回：前馈网络的输入，电流信号，信号返回：前馈网络的输入，电流信号，并联并联n n也称也称并联并联-串联反馈串联反馈第45页/共77页电流电流-电流反馈的特性电流反馈的特性n n输入端并联，输入端并联，n n输入电阻减小输入电阻减小n n输出端串联，输出端串联，n n输出电阻增大输出电阻增大第46页/共77页二端口线性时不变系统的四种模二端口线性时不变系统的四种模型型a.a.Z Z模型模型b.b.Y Y模型模型c.c.HH模型模型d.d.GG模型模型第47页/共77页反馈网络类型与二端口网络模型反馈网络类型与二端口网络模型选取选取第48页/共77页第九章第九章 运放运放n n增益的计算n n小信号带宽n n共模输入摆幅n n共模输出摆幅n n共源共栅运放的设计n n折叠共源共栅运放的设计n n增益提高（gain boosting）技术的原理n n运放的噪声第49页/共77页增益的计算增益的计算第50页/共77页小信号带宽小信号带宽n n小信号带宽小信号带宽通常定义为单位增益频率通常定义为单位增益频率f fu un n3dB3dB频率频率f f3dB3dB与与f fu u的示意如下（均为对数坐标）的示意如下（均为对数坐标）第51页/共77页GBW与小信号建立时间与小信号建立时间(1)A(s)第52页/共77页GBW与小信号建立时间与小信号建立时间(2)A(s)第53页/共77页GBW与小信号建立时间与小信号建立时间(3)第54页/共77页全差分共源共栅运放的设计全差分共源共栅运放的设计(1)第55页/共77页全差分共源共栅运放的设计全差分共源共栅运放的设计(2)第56页/共77页全差分共源共栅运放的设计全差分共源共栅运放的设计(3)第57页/共77页全差分共源共栅运放的设计全差分共源共栅运放的设计(4)第58页/共77页全差分共源共栅运放的设计全差分共源共栅运放的设计(5)第59页/共77页全差分共源共栅运放的设计全差分共源共栅运放的设计(6)第60页/共77页全差分共源共栅运放的全差分共源共栅运放的设计设计(小结小结)第61页/共77页单端输出折叠共源共栅运放的设计（小结）单端输出折叠共源共栅运放的设计（小结）单端输出折叠共源共栅运放的设计（小结）单端输出折叠共源共栅运放的设计（小结）第62页/共77页增益提高技术的原理增益提高技术的原理V1第63页/共77页转换速率转换速率n n理想运放：Iout正比于输入阶跃信号n n真实运放：Iout受限n n单级运放的最大充放电电流单级运放的最大充放电电流I ISSSS第64页/共77页转换速率与小信号建立（转换速率与小信号建立（1）第65页/共77页转换速率与小信号建立（转换速率与小信号建立（2）第66页/共77页第十章第十章 稳定性与频率补偿稳定性与频率补偿n n补偿的方法n n极点位置与相位裕度的关系第67页/共77页补偿的方法补偿的方法第68页/共77页极点位置与相位裕度（极点位置与相位裕度（1）第69页/共77页极点位置与相位裕度（极点位置与相位裕度（2）第70页/共77页补偿的例子补偿的例子第71页/共77页Miller补偿前后的比较补偿前后的比较V1第72页/共77页负零点与正零点（负零点与正零点（RHP）第73页/共77页负零点与非主极点负零点与非主极点第74页/共77页RZ的实现的实现第75页/共77页转换速率：单级运放转换速率：单级运放VS两级运放两级运放第76页/共77页