模拟集成电路频率特性精选文档.ppt

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1、模拟集成电路频率特性本讲稿第一页，共三十八页概述在单级放大器的低频特性分析中，忽略了器件的负载电容。记入寄生电容后的分析结果复杂、不直观。可采用一些简化电路结构的方法。密勒效应：将二端点X、Y之间的阻抗等效成二端点分别对地 的阻抗。流过Z的电流是则，有同样的电流流过Z1：本讲稿第二页，共三十八页概述同样的，流过Z2的电流为：1)密勒定理没有指出怎样的电路可以等效。因此，并不是所以电路都能用密勒定理等效。例：X和Y间只有一个通路的电路是不能等效的。2)在阻抗Z和主通路并联的通常情况下，密勒定理是有效的。如图，可以将输入和输出间的阻抗等效到输入和输出端进行处理。本讲稿第三页，共三十八页概述密勒效应

2、：3)如果用密勒定理来获得输入输出传递函数，则，不能用该定理来计算输出阻抗。因为，求传递函数时，求输出阻抗时，外加 二种情况下，得到的 可能是不同的。4)Av和频率有关。在一般的应用中，用低频时的增益近似。本讲稿第四页，共三十八页概述极点和结点的关联：利用密勒定理，可以将每一结点的阻抗看成结点到地的总电容和总电阻。A1、A2是理想的，R1、R2是输出电阻，Cin、CN是输入电容，Cp是负载电容。是一种近似方法，没有考虑零点。本讲稿第五页，共三十八页概述将放大器和输出结点一起考虑：a)R、C电路b)跨导放大器和输出负载c)主极点近似带宽单位增益带宽本讲稿第六页，共三十八页共源级电路结构：CGS和

3、CDB是接地电容。饱和时，CGD在栅极的密勒等效项：CGD使输入电容增加，带宽下降。本讲稿第七页，共三十八页共源级CGD在漏极的密勒等效项：近似公式是一个双极点的函数，希望是只有一个主极点。近似公式中没有考虑零点。低频增益近似。本讲稿第八页，共三十八页共源级等效电路：对X点：对Vout点：由上面二方程可得：本讲稿第九页，共三十八页共源级有二个极点，一个零点。是复杂的公式，其中对分母作适当处理：假定：本讲稿第十页，共三十八页共源级低频时，跨导还没有下降，可忽略令:则当频率上升时，可考虑第二个极点。若 很大，本讲稿第十一页，共三十八页共源级结论：当输入RC很大时，输入极点是主极点，结果和近似公式相

4、同。零点：直观上，CGD 提供了一 条 从输入到输出的前馈通道。高频时：流过M1和CGD的电流方向相同，大小相反。直观上，左图是共源级的频率相应曲线。本讲稿第十二页，共三十八页共源级另一种近似方法：忽略输入结点引入的极点（Rs=0），只考虑输出极点，则是单级点函数。输入电容是前级的负载电容。本讲稿第十三页，共三十八页共源级a)若 CL 是在输出结点上看到的总电容。带宽b)同样可得零点c)单位增益带宽本讲稿第十四页，共三十八页共源级将结果推广到MOS负载：带宽：结论：本讲稿第十五页，共三十八页共源级输入阻抗：不再是无限大。输入阻抗：不再是无限大。1)输入阻抗是一个电容。2)高频时，如图本讲稿第十

5、六页，共三十八页共源级低频时，s很小，3)若CGD很大，则零点不能忽略。前馈通路近似为短路本讲稿第十七页，共三十八页源跟随器源跟随器作为输出级（缓冲、电平移位）时，负载一般是电容。输入可能是高增益级的输出阻抗，但可以和输入电容一起看作前级的输出极点。X和Y之间的CGS使二极点的相互作用很大，二极点难以和结点对应。因为：Rs和CGS的值都很大，造成overshoot 和ringing。假定Rs=0，则忽略一个极点，频率特性是一个单极点函数。本讲稿第十八页，共三十八页源跟随器小信号分析：一个极点：一个零点：在左半平面。高频时，通过CGS的直馈通路和通过M1的信号极性相同本讲稿第十九页，共三十八页源

6、跟随器输入阻抗：CGD是输入到地的电容，可先忽略。求得的输入阻抗和CGD并联得到总的阻抗。高频时：CGS和CL串联，再和一个负阻串联。本讲稿第二十页，共三十八页源跟随器输出阻抗：在输出结点并联的元件有：忽略上述并联项，忽略由小信号等效电路，得到：低频时，高频时，一般情况下，电路作为缓冲器，Rs很大，输出阻抗随频率上升而增加。本讲稿第二十一页，共三十八页源跟随器输出阻抗的电感等效：输出阻抗可写为：若源跟随器的前级输出阻抗很大，则源跟随器的输出阻抗表现出电感现象。带大电容负载时，阶跃响应为减幅震荡。本讲稿第二十二页，共三十八页共栅级若忽略沟道长度调制效应，输入输出结点是“孤立”的，易达到宽带。交流

7、接地引入二个极点，没有直馈通路，没有零点本讲稿第二十三页，共三十八页共栅级若计入沟道长度调制效应，输入输出结点不是“孤立”的。输入阻抗与输出结点有关，很难把极点和结点对应。例6.7 给出了传递函数和输入阻抗的推导结果。输入阻抗：当CL或s很大时，输入阻抗约为：输出阻抗和共源共栅级相似，在下面讨论。本讲稿第二十四页，共三十八页共源共栅级通过共栅器件M2抑制结点X的密勒效应，提高带宽。对M1而言，X点的负载电阻是，M1的输入密勒项为：本讲稿第二十五页，共三十八页共源共栅级多了一个内部结点X：输出结点：有三个极点，其中 一般不考虑。设计时 选择在高频处。则：是主极点，传输函数是单极点函数。本讲稿第二

8、十六页，共三十八页共源共栅级若RD由M3来代替，考虑 和 而因为 X点的负载电阻 本讲稿第二十七页，共三十八页共源共栅级Afoutu若要满足电路的相位补偿条件，必须：调节 满足电路的相位补偿条件。共源共栅级的输出阻抗忽略Cy和CGD1，则输出阻抗相当于源极负反馈的共源级的情况。有一个极点，对电流源的应用有影响。本讲稿第二十八页，共三十八页差动对可分别讨论差分信号和共模信号的频率特性。对于双端输出的对称差动对 可采用半边电路等效，则频率特性和共源级相同。例如:输入结点有密勒项可以近似得到：共模频率特性 如果只考虑 ，则可利用差分对公式 本讲稿第二十九页，共三十八页差动对a)一般要求M3在饱和区内

9、，I很大，VDS很小。即M3的宽长比很大，寄生电容 很大。b)代表输出（差模）极点，代表P点（共模）极点。共模抑制比下降不明显。本讲稿第三十页，共三十八页差动对高阻抗负载的情况对偏置点G，M3、M4将大小相等，方向相反的电流导入G，则G点可近似交流接地。负载电容是各管的漏级电容和栅漏交叠电容。上述公式可适用。很大，很大，则输出极点是主极点。本讲稿第三十一页，共三十八页差动对CMOS差动对1)和双端输出（全对称）的电路相比，引入了一个镜像极点E。2)输出极点本讲稿第三十二页，共三十八页差动对3)零点：电路从输入到输出有二个通道，引入了零点 对通道M1、M3、M4:对通道M2:零点在左半平面。4)

10、主极点近似本讲稿第三十三页，共三十八页例1：电流漏共源级的性能已知：W1=2 m,L1=1 m,W2=1 m,L2=1 m,VDD=5,VGG1=3 v,Cgd1=Cgd2 100fF,Cbd1=200fF,Cbd2=100fF,Cgs2=200fF,CL=1pF。计算输出摆幅和小信号性能。本讲稿第三十四页，共三十八页例2：CMOS差动对的性能本讲稿第三十五页，共三十八页已知：VDD=-VSS=2.5V,SR 10V/s(CL=5pF),Pdiss 1mW.f-3dB 100kHz(CL=5pF),Av=100V/V,-1.5VICMR2V 参数：KN=110A/V2,KP=50A/V2,VTN=0.7V,VTP=-0.7V,N=0.04V-1，P=0.05V-1.例2：CMOS差动对的性能1)由压摆率SR 10V/s(CL=5pF),由功率2)考虑Rout 是否满足带宽。取：本讲稿第三十六页，共三十八页例2：CMOS差动对的性能3)最大输入共模电压4)增益本讲稿第三十七页，共三十八页例2：CMOS差动对的性能5)最小输入共模电压6)选择M5 很容易进入线性区。本讲稿第三十八页，共三十八页