第七章-MOS管模拟集成电路设计基础课件.ppt

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1、（a a）NMOSNMOS管管管管（b b）PMOSPMOS管管管管图图图图7.2.1 7.2.1 有源电阻有源电阻有源电阻有源电阻1 1、电流偏置电路、电流偏置电路、电流偏置电路、电流偏置电路 在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流 镜。所谓的电流镜是由两个镜。所谓的电流镜是由两个镜。所谓的电流镜是由两个镜。所谓的电流镜是由两个 或多个并联的相关电流或多个并联的相关电流或多个并联的相关电流或多个并联的相关电流 支路组成，各支路的电支路组成，各支路的

2、电支路组成，各支路的电支路组成，各支路的电 流依据一定的器件比例流依据一定的器件比例流依据一定的器件比例流依据一定的器件比例 关系而成比例。关系而成比例。关系而成比例。关系而成比例。1)NMOS1)NMOS基本电流镜基本电流镜基本电流镜基本电流镜 NMOSNMOS基本电流镜基本电流镜基本电流镜基本电流镜 由两个由两个由两个由两个NMOSNMOS晶体管组晶体管组晶体管组晶体管组 成，如图成，如图成，如图成，如图7.3.17.3.1所示。所示。所示。所示。图图图图7.3.1 NMOS7.3.1 NMOS基本电流镜基本电流镜基本电流镜基本电流镜2)NMOS2)NMOS威尔逊电流镜威尔逊电流镜威尔逊电

3、流镜威尔逊电流镜 NMOSNMOS基基基基本本本本电电电电流流流流镜镜镜镜因因因因为为为为沟沟沟沟道道道道长长长长度度度度调调调调制制制制效效效效应应应应的的的的作作作作用用用用，交交交交流流流流输输输输出出出出电电电电阻阻阻阻变变变变小小小小。从电路理论可知，采用电流串联负反馈也可以提高电路的输出电阻。从电路理论可知，采用电流串联负反馈也可以提高电路的输出电阻。从电路理论可知，采用电流串联负反馈也可以提高电路的输出电阻。从电路理论可知，采用电流串联负反馈也可以提高电路的输出电阻。威尔逊电流镜正是威尔逊电流镜正是威尔逊电流镜正是威尔逊电流镜正是 这样的结构。这样的结构。这样的结构。这样的结构。

4、NMOSNMOS威尔逊电流威尔逊电流威尔逊电流威尔逊电流 镜的电路如右图所示。镜的电路如右图所示。镜的电路如右图所示。镜的电路如右图所示。提高输出电阻的基本提高输出电阻的基本提高输出电阻的基本提高输出电阻的基本 原理是在原理是在原理是在原理是在MM1 1的源极接的源极接的源极接的源极接 有有有有MM2 2而形成的电流而形成的电流而形成的电流而形成的电流 串联负反馈。串联负反馈。串联负反馈。串联负反馈。图图图图7.3.2 NMOS7.3.2 NMOS威尔逊电流镜威尔逊电流镜威尔逊电流镜威尔逊电流镜 MM2 2在在在在电电电电路路路路中中中中相相相相当当当当于于于于一一一一个个个个串串串串联联联联

5、电电电电阻阻阻阻(有有有有源源源源电电电电阻阻阻阻)，构构构构成成成成电电电电流流流流串串串串联联联联负负负负反反反反馈馈馈馈。MM3 3的的的的漏漏漏漏节节节节点点点点提提提提供供供供了了了了MM1 1的的的的偏偏偏偏置置置置电电电电压压压压，如如如如果果果果因因因因为为为为某某某某种种种种原原原原因因因因使使使使输输输输出出出出电电电电流流流流I Io o增增增增加加加加，这这这这个个个个增增增增加加加加了了了了的的的的电电电电流流流流同同同同时时时时也也也也将将将将导导导导致致致致MM2 2的的的的V VGS2GS2增增增增加加加加，使使使使得得得得MM1 1的的的的栅栅栅栅源源源源电电

6、电电压压压压V VGS1GS1减减减减小小小小，从从从从而而而而使使使使电电电电流流流流减减减减小小小小。反反反反之之之之，如如如如果果果果某某某某种种种种原原原原因因因因使使使使I Io o减减减减小小小小，同同同同样样样样也也也也会会会会因因因因MM2 2的的的的作作作作用用用用阻阻阻阻止止止止电电电电流流流流变变变变小小小小。正是因为正是因为正是因为正是因为MM2 2的电流串联负反馈的作用，使的电流串联负反馈的作用，使的电流串联负反馈的作用，使的电流串联负反馈的作用，使I Io o趋于恒流，提高了交流输出电阻。趋于恒流，提高了交流输出电阻。趋于恒流，提高了交流输出电阻。趋于恒流，提高了交

7、流输出电阻。在在在在这这这这个个个个结结结结构构构构中中中中，如如如如果果果果MM1 1利利利利MM2 2的的的的宽宽宽宽长长长长比比比比相相相相同同同同(其其其其他他他他的的的的器器器器件件件件参参参参数数数数也也也也相相相相同同同同)，因因因因为为为为在在在在其其其其中中中中流流流流过过过过的的的的电电电电流流流流相相相相同同同同，则则则则它它它它们们们们的的的的V VGSGS必必必必然然然然相相相相同同同同，使使使使MM3 3的的的的V VGS3GS3=2V=2VGS2GS2，而而而而MM2 2的的的的V VDS2DS2=V=VGS2GS2。MM1 1、MM2 2的的的的这这这这种种种种

8、V VDSDS上上上上的的的的差差差差异异异异也也也也将将将将导导导导致致致致参参参参考考考考电电电电流流流流与与与与输输输输出出出出电电电电流流流流的的的的误误误误差差差差，这这这这时时时时的的的的参参参参考考考考电电电电流流流流将将将将大大大大于于于于输输输输出出出出电电电电流流流流。如如如如果果果果MM1 1的的的的宽宽宽宽长长长长比比比比大大大大于于于于MM2 2的的的的宽宽宽宽长长长长比比比比，根根根根据据据据萨萨萨萨氏氏氏氏方方方方程程程程，在在在在相相相相同同同同的的的的电电电电流流流流条条条条件件件件下下下下，导导导导电电电电因因因因子子子子K K大大大大则则则则所所所所需需需

9、需的的的的V VGSGS就就就就比比比比较较较较小小小小。V VGS1GS1的的的的减减减减小小小小使使使使得得得得MM3 3的的的的V VDS3DS3减减减减小小小小，缩缩缩缩小小小小了了了了MM2 2和和和和MM1 1的的的的V VDSDS差差差差别别别别，可可可可以以以以使使使使误误误误差差差差减减减减小小小小。但但但但即即即即使使使使MM1 1的的的的宽宽宽宽长长长长比比比比再再再再大大大大，也也也也不不不不可可可可能能能能使使使使V VDS3DS3=V=VDS2DS2，所所所所以以以以，若若若若要要要要消消消消除除除除误误误误差差差差必必必必须须须须在在在在MM3 3的的的的漏漏漏漏

10、极极极极上串接一个电阻消耗掉多余的电压，使上串接一个电阻消耗掉多余的电压，使上串接一个电阻消耗掉多余的电压，使上串接一个电阻消耗掉多余的电压，使V VDS3DS3=V=VDS2DS2。右图所示的是威尔电流右图所示的是威尔电流右图所示的是威尔电流右图所示的是威尔电流镜的改进结构。由镜的改进结构。由镜的改进结构。由镜的改进结构。由M M M M4 4 4 4构成的构成的构成的构成的有源电阻有源电阻有源电阻有源电阻“消耗消耗消耗消耗”了一个了一个了一个了一个V V V VGSGSGSGS，使使使使M M M M2 2 2 2、M M M M3 3 3 3的源漏电压相等。的源漏电压相等。的源漏电压相等

11、。的源漏电压相等。如果如果如果如果M M M M1 1 1 1和和和和M M M M2 2 2 2的宽长比相同，的宽长比相同，的宽长比相同，的宽长比相同，从从从从M M M M1 1 1 1、M M M M2 2 2 2的栅极到的栅极到的栅极到的栅极到M M M M2 2 2 2、M M M M3 3 3 3的源极的压差为的源极的压差为的源极的压差为的源极的压差为2V2V2V2VGS2GS2GS2GS2，如果，如果，如果，如果M M M M2 2 2 2、M M M M3 3 3 3相同，则相同，则相同，则相同，则M M M M4 4 4 4的栅源的栅源的栅源的栅源电压就为电压就为电压就为电压

12、就为V V V VGS2GS2GS2GS2，使，使，使，使M M M M3 3 3 3管的源管的源管的源管的源漏电压和漏电压和漏电压和漏电压和M M M M2 2 2 2的源漏电压相的源漏电压相的源漏电压相的源漏电压相同，都为同，都为同，都为同，都为V V V VGS2GS2GS2GS2。这样的改进。这样的改进。这样的改进。这样的改进使参考支路和输出支路电流使参考支路和输出支路电流使参考支路和输出支路电流使参考支路和输出支路电流以一个几乎不变的比例存在。以一个几乎不变的比例存在。以一个几乎不变的比例存在。以一个几乎不变的比例存在。图图图图6-3-96-3-96-3-96-3-9 NMOSNMO

13、SNMOSNMOS电电电电流流流流镜镜镜镜所所所所能能能能提提提提供供供供的的的的电电电电流流流流偏偏偏偏置置置置通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下是是是是灌灌灌灌电电电电流流流流，即即即即电电电电流流流流是是是是流流流流入入入入漏漏漏漏极极极极的的的的情况。如果需要的是拉电流，则可采用情况。如果需要的是拉电流，则可采用情况。如果需要的是拉电流，则可采用情况。如果需要的是拉电流，则可采用PMOSPMOSPMOSPMOS电流镜。电流镜。电流镜。电流镜。3)PMOS3)PMOS3)PMOS3)PMOS电流镜电流镜电流镜电流镜 PMOSPMOSPMOSPMOS电电电电流流流流镜镜镜镜的的的的结

14、结结结构构构构与与与与工工工工作作作作原原原原理理理理与与与与NMOSNMOSNMOSNMOS结结结结构构构构相相相相同同同同。下下下下图图图图给给给给出出出出了了了了PMOSPMOSPMOSPMOS的的的的基基基基本本本本电电电电流流流流镜镜镜镜(a)(a)(a)(a)、威尔逊电流镜、威尔逊电流镜、威尔逊电流镜、威尔逊电流镜(b)(b)(b)(b)和改进型的威尔逊电流镜和改进型的威尔逊电流镜和改进型的威尔逊电流镜和改进型的威尔逊电流镜(c)(c)(c)(c)。图图图图6-3-10 PMOS6-3-10 PMOS6-3-10 PMOS6-3-10 PMOS电流镜电流镜电流镜电流镜 4)4)4)

15、4)参考支路电流参考支路电流参考支路电流参考支路电流I I I Ir r r r 形形形形成成成成参参参参考考考考支支支支路路路路的的的的电电电电流流流流的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理很很很很简简简简单单单单，只只只只要要要要能能能能够够够够形形形形成成成成对对对对电电电电源源源源(NMOS(NMOS(NMOS(NMOS电电电电流流流流镜镜镜镜)或对或对或对或对(PMOS(PMOS(PMOS(PMOS电流镜电流镜电流镜电流镜)的通路即可。的通路即可。的通路即可。的通路即可。(1)(1)(1)(1)简单的电阻负载参考支路简单的电阻负载参考支路简单的电阻负载参考支路简单的电阻负载参考支路

16、图图图图6-3-116-3-116-3-116-3-11 (2)(2)(2)(2)有源负载的参考支路有源负载的参考支路有源负载的参考支路有源负载的参考支路图图图图6-3-126-3-126-3-126-3-12图图图图6-3-136-3-13(3)(3)(3)(3)自给基准电流的结构自给基准电流的结构自给基准电流的结构自给基准电流的结构 如果在电流镜中的如果在电流镜中的如果在电流镜中的如果在电流镜中的参考电流就是一个恒流参考电流就是一个恒流参考电流就是一个恒流参考电流就是一个恒流 (如右图所示如右图所示如右图所示如右图所示)那么，那么，那么，那么，整个电路中的相关支路整个电路中的相关支路整个电

17、路中的相关支路整个电路中的相关支路电流就获得了稳定不变电流就获得了稳定不变电流就获得了稳定不变电流就获得了稳定不变的基础。的基础。的基础。的基础。图图图图6-3-146-3-146-3-146-3-14 右右右右图图图图给给给给出出出出了了了了一一一一种种种种自自自自给给给给基基基基准准准准电电电电流流流流的的的的结结结结构构构构形形形形式式式式。M M M M1 1 1 1、M M M M2 2 2 2、M M M M3 3 3 3组组组组成成成成了了了了一一一一个个个个两两两两输输输输出出出出支支支支路路路路的的的的NMOSNMOSNMOSNMOS电电电电流流流流镜镜镜镜，M M M M4

18、 4 4 4、M M M M5 5 5 5和和和和M M M M6 6 6 6组组组组成成成成了了了了两两两两输输输输出出出出支支支支路路路路的的的的PMOSPMOSPMOSPMOS电电电电流流流流镜镜镜镜。M M M M7 7 7 7、M M M M8 8 8 8和和和和R R R R所所所所构构构构成成成成的的的的“启启启启动动动动”电路电路电路电路 。图图图图6-3-156-3-156-3-156-3-152 2 2 2、电压偏置电路、电压偏置电路、电压偏置电路、电压偏置电路 前前前前面面面面虽虽虽虽然然然然尚尚尚尚未未未未介介介介绍绍绍绍电电电电压压压压偏偏偏偏置置置置电电电电路路路路

19、，但但但但实实实实际际际际上上上上在在在在上上上上一一一一段段段段已已已已经经经经用用用用到到到到了了了了电电电电压压压压偏偏偏偏置置置置，例例例例如如如如，电电电电流流流流镜镜镜镜中中中中V V V VGS1GS1GS1GS1和和和和有有有有源源源源负负负负载载载载的的的的偏偏偏偏置置置置电电电电压压压压V V V VB B B B。在在在在这这这这一一一一部部部部分分分分将将将将重重重重点点点点介介介介绍绍绍绍各各各各种种种种电电电电压压压压偏偏偏偏置电路的设计。置电路的设计。置电路的设计。置电路的设计。在在在在模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中的的的的电电电电压压压

20、压偏偏偏偏置置置置分分分分为为为为两两两两种种种种类类类类型型型型：通通通通用用用用电电电电压压压压偏偏偏偏置置置置电电电电路路路路和和和和基基基基准准准准电电电电压压压压电电电电路路路路。通通通通用用用用电电电电压压压压偏偏偏偏置置置置电电电电路路路路用用用用于于于于对对对对电电电电路路路路中中中中一一一一些些些些精精精精度度度度要要要要求求求求较较较较低低低低的的的的电电电电路路路路节节节节点点点点施施施施以以以以电电电电压压压压控控控控制；基准电压电路则是作为电压参考点对电路的某些节点施以控制。制；基准电压电路则是作为电压参考点对电路的某些节点施以控制。制；基准电压电路则是作为电压参考点

21、对电路的某些节点施以控制。制；基准电压电路则是作为电压参考点对电路的某些节点施以控制。（1 1 1 1）通用电压源通用电压源通用电压源通用电压源 通通通通用用用用电电电电压压压压源源源源是是是是一一一一些些些些简简简简单单单单的的的的电电电电路路路路，它它它它按按按按电电电电路路路路要要要要求求求求产产产产生生生生直直直直流流流流电电电电压压压压，并并并并控制相关器件的工作状态，一般没有特殊要求。控制相关器件的工作状态，一般没有特殊要求。控制相关器件的工作状态，一般没有特殊要求。控制相关器件的工作状态，一般没有特殊要求。最最最最简简简简单单单单的的的的电电电电压压压压源源源源是是是是分分分分压

22、压压压电电电电路路路路，它它它它的的的的输输输输出出出出既既既既可可可可以以以以是是是是单单单单点点点点的的的的，也也也也可可可可以以以以是是是是多多多多点点点点的的的的。在在在在电电电电子子子子线线线线路路路路中中中中常常常常采采采采用用用用电电电电阻阻阻阻分分分分压压压压电电电电路路路路作作作作为为为为电电电电压压压压偏偏偏偏置置置置的的的的发发发发生生生生电电电电路路路路，在在在在模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中则则则则常常常常采采采采用用用用有有有有源源源源电电电电阻阻阻阻作作作作为为为为分分分分压压压压电电电电路路路路的的的的基基基基本本本本单单单单元元元元。

23、图图图图6-3-156-3-156-3-156-3-15给出了全给出了全给出了全给出了全NMOSNMOSNMOSNMOS的分压器电路图的分压器电路图的分压器电路图的分压器电路图(a)(a)(a)(a)和和和和CMOSCMOSCMOSCMOS的分压器电路图的分压器电路图的分压器电路图的分压器电路图(b)(b)(b)(b)。图图图图(a)(a)(a)(a)，V V V V1 1 1 1=V=V=V=VGS1GS1GS1GS1，V V V V2 2 2 2=V=V=V=VGS1GS1GS1GS1+V+V+V+VGS2GS2GS2GS2；图图图图(b)(b)(b)(b)是是是是一一一一个个个个CMOS

24、CMOSCMOSCMOS的的的的分分分分压压压压器器器器结结结结构构构构，它它它它的的的的分分分分压压压压原原原原理与理与理与理与NMOSNMOSNMOSNMOS并没有什么区别，它的并没有什么区别，它的并没有什么区别，它的并没有什么区别，它的VoVoVoVo也可以用上式计算。也可以用上式计算。也可以用上式计算。也可以用上式计算。图图图图6-3-156-3-156-3-156-3-15 上上上上面面面面简简简简单单单单的的的的分分分分压压压压电电电电路路路路有有有有一一一一个个个个共共共共同同同同的的的的缺缺缺缺点点点点，那那那那就就就就是是是是它它它它们们们们的的的的输输输输出出出出电电电电压

25、压压压值值值值随随随随着着着着电电电电源源源源电电电电压压压压的的的的变变变变化化化化将将将将发发发发生生生生变变变变化化化化。究究究究其其其其原原原原因因因因是是是是因因因因为为为为电电电电漏漏漏漏电电电电压压压压的的的的波波波波动动动动直直直直接接接接转转转转变变变变为为为为MOSMOSMOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的V V V VGSGSGSGS的的的的变变变变化化化化。如如如如果果果果电电电电源源源源电电电电压压压压的的的的波波波波动动动动能能能能够够够够被被被被某某某某个个个个器器器器件件件件“消消消消化化化化”掉掉掉掉，而而而而不不不不对对对对担担担担当当当当电电电电压

26、压压压输输输输出出出出的的的的V V V VGSGSGSGS产产产产生生生生影影影影响响响响就就就就可可可可以以以以使使使使输输输输出出出出电压不受电源电压波动的影响。电压不受电源电压波动的影响。电压不受电源电压波动的影响。电压不受电源电压波动的影响。要要要要使使使使V V V VGSGSGSGS不不不不发发发发生生生生变变变变化化化化，对对对对于于于于栅栅栅栅漏漏漏漏短短短短接接接接的的的的MOSMOSMOSMOS管管管管必必必必须须须须满满满满足足足足两两两两个个个个条条条条件件件件：一是一是一是一是V V V VGSGSGSGS不能被直接作用，二是不能被直接作用，二是不能被直接作用，二是

27、不能被直接作用，二是MOSMOSMOSMOS晶体管的电流不能发生变化。晶体管的电流不能发生变化。晶体管的电流不能发生变化。晶体管的电流不能发生变化。利用稳压管的输出特性同样可以得到稳定的输出电压。稳压管的利用稳压管的输出特性同样可以得到稳定的输出电压。稳压管的利用稳压管的输出特性同样可以得到稳定的输出电压。稳压管的利用稳压管的输出特性同样可以得到稳定的输出电压。稳压管的符号和伏符号和伏符号和伏符号和伏-安特性如下图所示。安特性如下图所示。安特性如下图所示。安特性如下图所示。图图图图6-3-166-3-166-3-166-3-16 在在在在MOSMOSMOSMOS模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成

28、电电电电路路路路中中中中的的的的稳稳稳稳压压压压管管管管可可可可以以以以采采采采用用用用pnpnpnpn+结结结结构构构构和和和和p p p p+n n n n+结结结结构构构构制制制制作作作作，其其其其中中中中，pnpnpnpn+结结结结构构构构的的的的稳稳稳稳压压压压值值值值V V V VZ Z Z Z在在在在6.57.5V6.57.5V6.57.5V6.57.5V，p p p p+n n n n+结结结结构构构构的的的的稳稳稳稳压压压压值值值值V V V VZ Z Z Z在在在在4.5V4.5V4.5V4.5V左左左左右右右右。从从从从稳稳稳稳压压压压管管管管的的的的输输输输出出出出特特

29、特特性性性性曲曲曲曲线线线线可可可可以以以以看看看看出出出出，当当当当电电电电流流流流在在在在一一一一定定定定的的的的范范范范围围围围内内内内波波波波动动动动时时时时，它它它它的的的的输输输输出出出出电电电电压压压压变变变变化化化化很很很很小小小小。从从从从这这这这一一一一点点点点我我我我们们们们又又又又得得得得到到到到了了了了一一一一个个个个器器器器件件件件的的的的电电电电阻阻阻阻特特特特性性性性：稳稳稳稳压压压压管管管管具具具具有有有有直直直直流流流流电电电电阻阻阻阻大大大大于于于于交交交交流流流流电电电电阻阻阻阻的的的的特特特特性性性性。当当当当然然然然，当当当当稳稳稳稳压压压压管管管管

30、正正正正向向向向运运运运用用用用的的的的时时时时候候候候，它它它它就就就就是是是是一一一一个个个个普普普普通通通通的的的的二二二二极极极极管管管管，它它它它的正向特性也表现为直流电阻大于交流电阻。的正向特性也表现为直流电阻大于交流电阻。的正向特性也表现为直流电阻大于交流电阻。的正向特性也表现为直流电阻大于交流电阻。利利利利用用用用稳稳稳稳压压压压管管管管构构构构造造造造电电电电压压压压偏偏偏偏置置置置电电电电路路路路的的的的基基基基本本本本结结结结构构构构非非非非常常常常简简简简单单单单，下下下下图图图图给给给给出出出出了了了了电电电电阻阻阻阻和和和和稳稳稳稳压管串联的电路结构和采用有源负载结

31、构的电路形式。压管串联的电路结构和采用有源负载结构的电路形式。压管串联的电路结构和采用有源负载结构的电路形式。压管串联的电路结构和采用有源负载结构的电路形式。图图图图6-3-176-3-176-3-176-3-17（2 2 2 2）基准电压源）基准电压源）基准电压源）基准电压源 理理理理想想想想的的的的基基基基准准准准电电电电压压压压源源源源，要要要要求求求求它它它它不不不不仅仅仅仅有有有有精精精精确确确确稳稳稳稳定定定定的的的的电电电电压压压压输输输输出出出出值值值值，而而而而且且且且具具具具有有有有低低低低的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数。温温温温度度度度系系系系数数数数是是是是指

32、指指指输输输输出出出出电电电电参参参参量量量量随随随随温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化量量量量，温温温温度度度度系数可以是正的。系数可以是正的。系数可以是正的。系数可以是正的。要要要要使使使使输输输输出出出出电电电电参参参参量量量量的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数小小小小，自自自自然然然然会会会会想想想想到到到到利利利利用用用用具具具具有有有有正正正正温温温温度度度度系系系系数数数数的的的的器器器器件件件件和和和和具具具具有有有有负负负负温温温温度度度度系系系系数数数数的的的的器器器器件件件件适适适适当当当当地地地地组组组组合合合合，实实实实现现现现温温温温度度度度补补补补偿偿

33、偿偿，得得得得到到到到低低低低温度系数甚至零温度系数的电路结构。温度系数甚至零温度系数的电路结构。温度系数甚至零温度系数的电路结构。温度系数甚至零温度系数的电路结构。但但但但遗遗遗遗憾憾憾憾的的的的是是是是，在在在在MOSMOSMOSMOS电电电电路路路路的的的的情情情情况况况况下下下下，器器器器件件件件的的的的选选选选择择择择有有有有限限限限，而而而而且且且且基基基基本本本本器器器器件件件件参参参参数数数数与与与与工工工工艺艺艺艺参参参参数数数数和和和和温温温温度度度度参参参参数数数数有有有有强强强强烈烈烈烈的的的的依依依依从从从从关关关关系系系系，使使使使温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿较

34、较较较之之之之双极型电路更困难。在实践中已设计出全双极型电路更困难。在实践中已设计出全双极型电路更困难。在实践中已设计出全双极型电路更困难。在实践中已设计出全MOSMOSMOSMOS的电压基准电路。的电压基准电路。的电压基准电路。的电压基准电路。E/DNMOSE/DNMOSE/DNMOSE/DNMOS基准电压源基准电压源基准电压源基准电压源 增增增增强强强强型型型型和和和和耗耗耗耗尽尽尽尽型型型型MOSMOSMOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压有有有有非非非非常常常常类类类类似似似似的的的的负负负负温温温温度度度度系系系系数数数数，因因因因此此此此，它它

35、它它们们们们的的的的电电电电压压压压差差差差对对对对温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化不不不不敏敏敏敏感感感感，可可可可以以以以利利利利用用用用这这这这个个个个特特特特点点点点制制制制造造造造温温温温度稳定的电压基准。度稳定的电压基准。度稳定的电压基准。度稳定的电压基准。图图图图6-3-186-3-186-3-186-3-18所所所所示示示示的的的的是是是是以以以以耗耗耗耗尽尽尽尽型型型型/增增增增强强强强型型型型阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压差差差差为为为为基基基基础础础础的的的的电电电电压压压压基基基基准准准准电电电电路路路路的的的的原原原原理理理理图图图图。假假假假设设设设电电电

36、电路路路路中中中中的的的的增增增增强强强强型型型型NMOSNMOSNMOSNMOS管管管管M M M M1 1 1 1的的的的阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压为为为为V V V VTNETNETNETNE，耗耗耗耗尽尽尽尽型型型型NMOSNMOSNMOSNMOS管管管管M M M M2 2 2 2的的的的阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压为为为为V V V VTNDTNDTNDTND，并并并并假假假假定定定定R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2相相相相匹匹匹匹配配配配。作作作作为为为为M M M M1 1 1 1、M M M M2 2 2 2的的的的负负负负载载载载。A A

37、 A A是是是是一一一一高高高高增增增增益益益益放放放放大大大大器器器器，构构构构成成成成负负负负反反反反馈馈馈馈工工工工作作作作方方方方式式式式。M M M M1 1 1 1、M M M M2 2 2 2的的的的栅栅栅栅源源源源电电电电压压压压之之之之差差差差作作作作为基准输出电压，即为基准输出电压，即为基准输出电压，即为基准输出电压，即V V V VREFREFREFREF=A(V=A(V=A(V=A(VD1D1D1D1-V-V-V-VD2D2D2D2)=V)=V)=V)=VGSEGSEGSEGSE-V-V-V-VGSDGSDGSDGSD。图图图图6-3-186-3-18 在在在在工工工工

38、作作作作过过过过程程程程中中中中，若若若若某某某某种种种种原原原原因因因因引引引引起起起起V V V VD1D1D1D1上上上上升升升升，这这这这将将将将引引引引起起起起V V V VREFREFREFREF上上上上升升升升，并并并并因此使因此使因此使因此使I I I IDEDEDEDE上升，迫使上升，迫使上升，迫使上升，迫使V V V VD1D1D1D1下降，保证下降，保证下降，保证下降，保证V V V VRFERFERFERFE的稳定。的稳定。的稳定。的稳定。V V V VREFREFREFREF的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数决决决决定定定定于于于于3 3 3 3个个个个因因因因

39、素素素素：M M M M1 1 1 1、M M M M2 2 2 2的的的的阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压之之之之差差差差的的的的温温温温度度度度系系系系数；数；数；数；M M M M1 1 1 1、M M M M2 2 2 2的漏极电流的漏极电流的漏极电流的漏极电流I I I ID D D D的温度系数；沟道电子迁移率的温度系数。的温度系数；沟道电子迁移率的温度系数。的温度系数；沟道电子迁移率的温度系数。的温度系数；沟道电子迁移率的温度系数。近近近近似似似似计计计计算算算算的的的的结结结结果果果果表表表表明明明明：在在在在低低低低温温温温范范范范围围围围，影影影影响响响响温温温温度度度度

40、稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的主主主主要要要要因因因因素素素素是是是是迁迁迁迁移移移移率率率率的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数，这这这这时时时时V V V VRFERFERFERFE的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数是是是是正正正正的的的的；在在在在高高高高温温温温范范范范围围围围内内内内，影影影影响响响响V V V VRFERFERFERFE的的的的温温温温度度度度稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的主主主主要要要要因因因因素素素素是是是是阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压差差差差的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数，V V V VRFERFERFERFE的的的的温温温温度系数

41、是负的；在室温附近，度系数是负的；在室温附近，度系数是负的；在室温附近，度系数是负的；在室温附近，V V V VRFERFERFERFE的温度系数比较小。的温度系数比较小。的温度系数比较小。的温度系数比较小。工作在亚阈值区的工作在亚阈值区的工作在亚阈值区的工作在亚阈值区的CMOSCMOS基准电压源基准电压源基准电压源基准电压源 当当当当MOSMOS器器器器件件件件在在在在极极极极小小小小电电电电流流流流下下下下工工工工作作作作时时时时，栅栅栅栅极极极极下下下下方方方方呈呈呈呈现现现现的的的的沟沟沟沟道道道道相相相相当当当当薄薄薄薄，并并并并且且且且包包包包含含含含的的的的自自自自由由由由载载载

42、载流流流流子子子子非非非非常常常常少少少少。器器器器件件件件的的的的这这这这一一一一工工工工作作作作区区区区域域域域被被被被称称称称为为为为弱弱弱弱反反反反型型型型或或或或亚亚亚亚阈阈阈阈值值值值区区区区。工工工工作作作作在在在在亚亚亚亚阈阈阈阈值值值值区区区区的的的的NMOSNMOS晶晶晶晶体体体体管管管管，当当当当漏漏漏漏源源源源电电电电压压压压大大大大于于于于几几几几个个个个热热热热电电电电势势势势Vt(=kT/q)Vt(=kT/q)时时时时，具具具具有有有有正正正正温温温温度度度度系系系系数数数数，约约约约为为为为+1500ppm+1500ppmCC。利利利利用用用用MOSMOS器器器

43、器件件件件在在在在亚亚亚亚阈阈阈阈值值值值区区区区的的的的电电电电流流流流、电电电电压压压压的的的的指指指指数数数数关关关关系系系系，采采采采用用用用图图图图6-3-19(a)6-3-19(a)所所所所示示示示的的的的结结结结构构构构，我我我我们们们们可可可可以以以以得得得得到到到到具具具具有有有有正正正正温温温温度度度度系系系系数数数数的的的的VV这这这这是是是是一一一一个个个个正正正正温温温温漂漂漂漂源源源源，如如如如果有一个负温源与它相抵消，则可以得到低温漂的电压基准。果有一个负温源与它相抵消，则可以得到低温漂的电压基准。果有一个负温源与它相抵消，则可以得到低温漂的电压基准。果有一个负温

44、源与它相抵消，则可以得到低温漂的电压基准。图图图图 (b)(b)给给给给出出出出了了了了一一一一个个个个电电电电路路路路结结结结构构构构，这这这这里里里里的的的的负负负负温温温温漂漂漂漂源源源源是是是是V VBEBE，V VBEBE的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数为为为为-2mV2mVCC。图图图图中中中中连连连连接接接接成成成成二二二二极极极极管管管管结结结结构构构构的的的的NPNNPN晶晶晶晶体体体体管管管管是是是是由由由由CMOSCMOS结结结结构构构构中中中中的的的的n n+掺掺掺掺杂杂杂杂区区区区(NMOS(NMOS的源漏掺杂的源漏掺杂的源漏掺杂的源漏掺杂)做发射区，做发射区

45、，做发射区，做发射区，p p阱为基区，阱为基区，阱为基区，阱为基区，NN型衬底为集电区的寄生双极晶体管。型衬底为集电区的寄生双极晶体管。型衬底为集电区的寄生双极晶体管。型衬底为集电区的寄生双极晶体管。图图图图6-3-196-3-196-3-196-3-197.3.2 7.3.2 放大电路放大电路放大电路放大电路 放放放放大大大大器器器器是是是是模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路的的的的基基基基本本本本信信信信号号号号放放放放大大大大单单单单元元元元。在在在在模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中的的的的放放放放大大大大电电电电路路路路有有有有多多多多种种种种形形

46、形形式式式式，其其其其基基基基本本本本构构构构成成成成包包包包括括括括放放放放大大大大器器器器件件件件(有有有有时时时时又又又又称称称称为为为为工工工工作作作作管管管管)和和和和负负负负载载载载器器器器件件件件。放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的设设设设计计计计主主主主要要要要有有有有两两两两个个个个内内内内容容容容：电电电电路路路路的的的的结结结结构构构构设设设设计计计计和和和和器器器器件件件件的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸设设设设计计计计。电电电电路路路路的的的的结结结结构构构构设设设设计计计计是是是是根根根根据据据据功功功功能能能能和和和和性性性性能能能能要要要要求求求求，利利利利用用用

47、用基基基基本本本本的的的的积积积积木木木木单单单单元元元元适适适适当当当当地地地地连连连连接接接接和和和和组组组组合合合合来来来来构构构构造造造造电电电电路路路路，通通通通过过过过器器器器件件件件的的的的设设设设计计计计实实实实现现现现所所所所需需需需的的的的性性性性能能能能参参参参数数数数。这这这这个个个个过过过过程程程程可可可可能能能能要要要要经经经经过过过过多多多多次次次次反反反反复复复复，不不不不断断断断地地地地修修修修正正正正电路结构和器件参数，最后获得符合要求的电路单元。电路结构和器件参数，最后获得符合要求的电路单元。电路结构和器件参数，最后获得符合要求的电路单元。电路结构和器件参

48、数，最后获得符合要求的电路单元。1 1 1 1、单级倒相放大器、单级倒相放大器、单级倒相放大器、单级倒相放大器 倒倒倒倒相相相相放放放放大大大大器器器器的的的的基基基基本本本本结结结结构构构构通通通通常常常常是是是是漏漏漏漏输输输输出出出出的的的的MOSMOSMOSMOS工工工工作作作作管管管管和和和和负负负负载载载载的的的的串串串串联联联联结构。结构。结构。结构。（1 1 1 1）基本放大电路）基本放大电路）基本放大电路）基本放大电路 下下下下图图图图给给给给出出出出了了了了6 6 6 6种种种种常常常常用用用用的的的的MOSMOSMOSMOS倒倒倒倒相相相相放放放放大大大大器器器器电电电电

49、路路路路结结结结构构构构。其其其其基基基基本本本本工工工工作作作作管管管管上上上上是是是是NMOSNMOSNMOSNMOS晶晶晶晶体体体体管管管管，各各各各放放放放大大大大器器器器之之之之间间间间的的的的不不不不同同同同主主主主要要要要表表表表现现现现在在在在负负负负载载载载的的的的不不不不同同同同上上上上，也也也也正正正正是是是是因因因因为为为为负负负负载载载载的的的的不不不不同同同同，导导导导致致致致了了了了其其其其输输输输出出出出特特特特性性性性上上上上的的的的很很很很大大大大区区区区别别别别。图图图图中中中中的的的的输入信号输入信号输入信号输入信号V V V VININININ中包含了

50、直流偏置和交流小信号。中包含了直流偏置和交流小信号。中包含了直流偏置和交流小信号。中包含了直流偏置和交流小信号。图图图图6-3-20 6-3-20 6-3-20 6-3-20 基本放大器基本放大器基本放大器基本放大器l电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载NMOSNMOSNMOSNMOS放大器放大器放大器放大器 电压增益电压增益电压增益电压增益A A A AV V V V为：为：为：为：式中，式中，式中，式中，g g g gm1m1m1m1是是是是 NMOSNMOSNMOSNMOS管管管管M M M M1 1 1 1在在在在 饱和区的跨饱和区的跨饱和区的跨饱和区的跨 导，导，导，导，r r r ro