CMOS模拟集成电路—放大器的频率特性资料实用.pptx

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1、2023/4/131提纲1、概述2、共源级的频率特性3、源跟随器的频率特性（optional）4、共栅级的频率特性5、共源共栅级的频率特性6、差动对的频率特性 第1页/共29页2023/4/1321.0 波特（Bode）图1 1、在每个零点频率处，幅值曲线、在每个零点频率处，幅值曲线的斜率按的斜率按20dB/dec20dB/dec变化；在每个极变化；在每个极点频率处，其斜率按点频率处，其斜率按20dB/dec20dB/dec变变化。化。2 2、对一个在左半平面的极点（零、对一个在左半平面的极点（零点）频率点）频率 mm ，相位约在，相位约在0.1 0.1 mm处开处开始下降（上升），在始下降（

2、上升），在 mm处经历处经历4545（4545）的变化，在大约）的变化，在大约10 10 mm处处达到达到90 90（90 90）的变化。右）的变化。右半平面的情况，反之。半平面的情况，反之。1、概述第2页/共29页2023/4/1331、概述1.1密勒效应密勒定理：如果图(a)电路可以转换成图(b)的电路，则Z1=Z/(1-Av)，Z2=Z/(1-Av-1)，其中Av=VY/VX。第3页/共29页2023/4/134证明：通过阻抗Z由X流向Y的电流等于(VX-VY)/Z，由于这两个电路等效，必定有相等的电流流过Z1，于是 即，即，同理，同理，第4页/共29页2023/4/135例1 如图(a

3、)所示的电路，其中电压放大器的增益为-A，该放大器的其它参数是理想的。请计算这个电路的输入电容。从Vin抽取电荷解：运用密勒定理，把电路转换成图解：运用密勒定理，把电路转换成图(b)(b)的形式，由于的形式，由于Z=1/Z=1/(C(CF Fs)s)，则，则Z Z1 1=1/(C=1/(CF Fs)/(1+A)s)/(1+A)，因此输入电容等效于，因此输入电容等效于C CF F(1+A)(1+A)。第5页/共29页2023/4/136关于密勒定理的说明密勒定理没有规定电路转换成立的条件。若电路不能进行转换，则密勒定理的结果是不成立的。？如果阻抗Z在X点和Y点之间只有一个信号通路，则这种转换往往

4、是不成立的。在阻抗Z与信号主通路并联的多数情况下，密勒定理被证明是有用的。第6页/共29页2023/4/137关于密勒定理的说明（续）严格地说，密勒定理中的Av=VY/VX的值必须在所关心的频率下计算。然而采用低频下Av值的近似计算有助于了解电路的特性。如果用密勒定理来获得输入输出的传输函数，则不能同时用该定理来计算输出阻抗。第7页/共29页2023/4/1381.2 极点和结点的关联 A1和A2是理想电压放大器，R1和R2模拟每级的输出电阻，Cin和CN表示每级的输入电容，CP表示负载电容，则该电路的传输函数为可以把每一个极点和电路的一个结点联系起来，即j=j-1，j-1是从结点j到地“看到

5、”的电容和电阻的乘积，即“电路中的每一个结点对传输函数贡献一个极点”。第8页/共29页2023/4/139说明通常电路很难等效成上述简化电路的形式，很计算电路的极点。例如下面的电路同密勒效应一起对电路简化时，常常丢掉传输函数的零点。但极点与结点的关联（及密勒定理）为估算传输函数提供了一种直观的方法。第9页/共29页2023/4/13102、共源级的频率特性传输函数的估算 估算误差：估算误差：没有考虑电路零点没有考虑电路零点AV采用低频增益采用低频增益从从X X到地到地“看到的看到的”总电容为总电容为输入极点（主极点）的输入极点（主极点）的值值为为从输出到地从输出到地“看到的看到的”总电容为总电

6、容为输出极点输出极点推断传输函数为推断传输函数为第10页/共29页2023/4/1311传输函数精确计算 根据高频小信号等效电路由上述两个公式，得到其中*第11页/共29页2023/4/1312关于传输函数的讨论 根据公式*(教材中的公式6.23)分母写成如下形式 和估算方法得到的结果对比，可见分母多出RD(CGD+GDB)项，此项通常可以忽略。如果p2比p1离原点远得多，则第一极点值*第12页/共29页2023/4/1313关于传输函数的讨论（续）根据公式*(教材中的公式6.23)可以计算得到第二个极点 和估算方法得到的结果相同如果如果 ，则第二极点值，则第二极点值*第13页/共29页202

7、3/4/1314关于传输函数的讨论（续）根据公式*(教材中的公式6.23)可以计算得到零点 *第14页/共29页2023/4/13163、源跟随器的频率特性传输函数由于X点和Y点通过CGS有很强的相互作用，很难把一个极点和结点进行关联。根据高频小信号等效电路（忽略体效应）得到又由得到第16页/共29页2023/4/1317关于传输函数的讨论同样，假设两个极点相距较远，则第一极点的值为传输函数包含一个左半平面零点z=-gm/CGS。由传导的信号与本征晶体管产生的信号以相同的极性相加。当Rs0时，主极点频率近似为gm/(CL+Cgs)。第17页/共29页2023/4/13214、共栅级的频率特性传

8、输函数忽略沟道长度调制效应输入极点输出极点没有电容的密勒乘积项，可达到宽带。根据极点和结点的关联根据极点和结点的关联第21页/共29页2023/4/13225、共源共栅级的频率特性极点分析忽略沟道长度调制效应从从X X点向上看的电阻，即共栅级的输入电点向上看的电阻，即共栅级的输入电阻为：阻为：(R(RDD+r+rO2O2)/1+(g)/1+(gm2m2+g+gmb2mb2)r)rO2O2 当当R RDD较小时，约为较小时，约为1/(g1/(gm2m2+g+gmb2mb2)，则，则A A点到点到X X的增益为的增益为-g-gm1m1/(g/(gm2m2+g+gmb2mb2)Rx1/(gm2+gm

9、b2)极点：极点：（若gm1gm2，miller效应倍乘项约为2）第22页/共29页2023/4/13236、差动对的频率特性差动信号的频率响应半边等效对差动信号的响应，与共源级的相同，表对差动信号的响应，与共源级的相同，表现为现为C CGDGD的密勒乘积项。的密勒乘积项。（采用共源级的频率特性的分析方法）（采用共源级的频率特性的分析方法）由于差动对的每一边具有相同的传输函数，由于差动对的每一边具有相同的传输函数，因此传输函数中的极点数应是一条通路的因此传输函数中的极点数应是一条通路的极点数，而不是两条通路中极点数之和。极点数，而不是两条通路中极点数之和。第23页/共29页2023/4/132

10、4共模信号的频率响应考虑考虑M1M1和和M2M2失配，根据低频差动对共模响失配，根据低频差动对共模响应（第四章应（第四章4.434.43公式），公式），共模输入等效电路以以r rO3O3|1/(C|1/(CP Ps)s)代替代替r rO3O3，以，以R RDD|1/(C|1/(CL Ls)s)代替代替R RDD，这里，RSSrO3此电路存在电压余度与共模抑制比的折中问题，欲此电路存在电压余度与共模抑制比的折中问题，欲 高频时的高频时的共模抑制比，要求共模抑制比，要求 C CP P，即，即 MM3 3尺寸，但尺寸，但MM3 3消耗的电压余度消耗的电压余度，导致，导致电压余度电压余度 第24页/共

11、29页2023/4/1325高阻抗负载差动对的频率响应考虑高阻抗输出负载的差动对，并考虑负考虑高阻抗输出负载的差动对，并考虑负载电容载电容C CL L（包括（包括PMOSPMOS的漏结电容和栅漏交的漏结电容和栅漏交叠电容）叠电容）r rO1O1|r|rO3O3的值很大，因此输出极点的值很大，因此输出极点(r(rO1O1|r|rO3O3)C)CL L-1-1成为主极点成为主极点G点为交流地第25页/共29页2023/4/1326有源电流镜为负载的差动对的频率特性（optional）电流镜引入一个极点电流镜引入一个极点镜像极点。镜像极点。由由M3M3和和M4M4组成的通路包含结点组成的通路包含结点

12、E E对应对应的一个极点。的一个极点。C CE E包括包括C CGS3GS3,C,CGS4GS4,C,CDB3DB3,C,CDB1DB1,以及以及C CGD1GD1和和C CGD4GD4的密勒效应。的密勒效应。镜像极点输出极点戴维南等效假定假定1/g1/gmPmPr11，第27页/共29页2023/4/1328小结1、概述2、共源级的频率特性含有miller乘积项带宽较低3、源跟随器的频率特性（optional）4、共栅级的频率特性不含miller乘积项带宽较大5、共源共栅级的频率特性屏蔽可以减弱miller乘积项值提高带宽6、差动对的频率特性与单边放大器分析类似电流镜做负载的差动对增加了一个镜像极点gmp/CE 及零点-2g mp/CE第28页/共29页2023/4/13概述-密勒效应29感谢您的欣赏！第29页/共29页