CMOS混合信號電路設(shè)計答案

1、CMOS混合集成電路一、圖1是典型的共柵放大器的電路圖，請畫出電路小信號等效電路圖，采用小信號分析方法，推導(dǎo)框內(nèi)公式，并給出共柵放大器的優(yōu)點(diǎn)和典型應(yīng)用。圖1解答：共柵放大器的小信號等效電路圖如下所示，其中為負(fù)載電阻 得到， （1） （2）由（1），（2）解得： 當(dāng)輸出短接時的等效跨導(dǎo)為：計算輸出電阻的小信號等效電路如下所示：得到： （3） （4）由（3）（4）可得到：共柵級放大器具有較低的輸入電阻，高的輸出電阻和單位電流增益，可以用于電流緩沖器，適用于高頻和高帶寬電路。二、圖2是典型的共漏放大器的電路圖，請畫出電路小信號等效電路圖，采用小信號分析方法，推導(dǎo)框內(nèi)公式，并給出共漏放大器的優(yōu)點(diǎn)和典型

2、應(yīng)用。圖2解答：共漏放大器的小信號等效電路圖如下所示得到， （1） （2）由（1），（2）解得，當(dāng)輸出短接時的等效跨導(dǎo)為：由上式可以得到： 共漏級放大器具有輸入電阻高、輸出電阻低，增益近似為1，也稱為源極跟隨器，可用于輸入級、輸出級和緩沖級電路。三、圖3是共源放大器的典型應(yīng)用的電路圖，請畫出電路小信號等效電路圖，采用小信號分析方法，推導(dǎo)框內(nèi)公式，并給出其的優(yōu)點(diǎn)。圖3解答：共源放大器的小信號等效電路圖如下所示，其中為負(fù)載電阻得到， （1） （2）由（1），（2）解得，當(dāng)輸出短接時的等效跨導(dǎo)為：計算輸出電阻的小信號等效電路如下所示：共源級放大器的高頻等效電路如下所示：得到： 共源級放大器具有電壓增

3、益高，輸入電阻較大，適用于一些多級放大器電路的中間級或輸出級。4、 圖4所示（1）指出放大器的類型，M2管的作用是什么；（2）如果有源負(fù)載為簡單的鏡像電流源，請分析電路工作電壓范圍、輸出阻抗、增益、和極點(diǎn)頻率；（3）如果有源負(fù)載為增強(qiáng)型共源-共柵電流鏡，請分析電路工作電壓范圍、輸出阻抗、增益、和極點(diǎn)頻率；（4）比較（2）（3）兩種情況下的電路性能。圖4解答：（1）放大器為共源共柵級放大器，M2管共柵級連結(jié)提高輸出阻抗，但是會產(chǎn)生電壓余度消耗問題，在M2柵源間接一個放大器，可以提高M(jìn)2的跨導(dǎo)，相應(yīng)阻抗也提高了，但并不會消耗過多的電壓余度。（2）當(dāng)有源負(fù)載為簡單的鏡像電流源時，電路如下圖所示：輸入

4、電壓工作條件：輸出電壓擺幅：輸出阻抗：增益：極點(diǎn)頻率：（3）當(dāng)有源負(fù)載為增強(qiáng)型共源-共柵電流鏡時，電路如下圖所示：輸入電壓工作條件：輸出電壓擺幅：輸出阻抗為：增益：極點(diǎn)頻率：（4）當(dāng)有源負(fù)載為簡單的鏡像電流源時，輸出范圍較有源負(fù)載為增強(qiáng)型共源-共柵電流鏡寬一個，（3）中由于負(fù)載電流連接成共源共柵結(jié)構(gòu)，輸出電阻較（2）增大，因此輸出增益也增大，同時也造成（3）中極點(diǎn)頻率降低，這會導(dǎo)致電路的驅(qū)動能力和速度下降。5、 求MOS器件及R負(fù)載構(gòu)成的共源放大器輸出及輸入噪聲。令MOS器件輸出噪聲電流為，熱噪聲電流為，輸出噪聲為，等效輸入噪聲為，等效電路如圖5所示。圖5解答：MOS管會產(chǎn)生熱噪聲和1/f噪聲

5、，負(fù)載電阻R會產(chǎn)生熱噪聲，并且各種噪聲是非相關(guān)的。，。因此輸出總噪聲：共源級放大器的增益：輸入總噪聲：帶隙基準(zhǔn)電路的設(shè)計摘要：基準(zhǔn)電壓源是集成電路中一個重要的單元模塊。目前,基準(zhǔn)電壓源被廣泛應(yīng)用在高精度比較器、A/ D和D/ A 轉(zhuǎn)換器、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器等集成電路中。它產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓精度、溫度穩(wěn)定性和抗噪聲干擾能力直接影響到芯片,甚至整個控制系統(tǒng)的性能。因此,設(shè)計一個高性能的基準(zhǔn)電壓源具有十分重要的意義。自1971 年Robert Widla 提出帶隙基準(zhǔn)電壓源技術(shù)以后,由于帶隙基準(zhǔn)電壓源電路具有相對其他類型基準(zhǔn)電壓源的低溫度系數(shù)、低電源電壓,以及可以與標(biāo)準(zhǔn)CMOS 工藝兼容的特點(diǎn),所以在模

6、擬集成電路中很快得到廣泛研究和應(yīng)用。一 設(shè)計指標(biāo)：1、 溫度系數(shù)： 2、電壓系數(shù)：二、帶隙基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)圖6 參考電路圖3、 性能指標(biāo)分析如果將兩個具有相反溫度系數(shù)（TCs）的量以適合的權(quán)重相加，那么結(jié)果就會顯示出零溫度系數(shù)。在零溫度系數(shù)下，會產(chǎn)生一個對溫度變化保持恒定的量VREF。VREF= a1VBE+ a2VT(n)其中, VREF為基準(zhǔn)電壓, VBE為雙極型三極管的基極-發(fā)射極正偏電壓, VT為熱電壓。對于a1和a2的選擇，因為室溫下,然而,所以我們可以選擇令a1=1,選擇a2lnn使得,也就是，表明零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)為：對于帶隙基準(zhǔn)電路的分析，主要是在Cadence環(huán)境下進(jìn)行瞬態(tài)分析、d

7、c掃描分析。各器件參數(shù)Mp1(nvp)1/5Mn1(nvn)3/5Mp2(nvp)1/5Mn2(nvn)3/5Mp3(nvp)1/5Mn3(nvn)3/5Mp4(nvp)1/5Mn4(nvn)3/5Mp5(nvp)1/5Q1(pnp10)1Mp6(nvp)1/5Q2(pnp10)8R020kQ3(pnp10)1R1220K1、瞬態(tài)分析電源電壓Vdd=5v時，Vref1.2378V，下圖為瞬態(tài)分析圖。2.電壓系數(shù)的計算：下圖為基準(zhǔn)電壓Vref隨電源電壓Vdd變化dc分析掃描。掃描電壓范圍為：3到6v，基準(zhǔn)電壓Vref為1.238v，保持基本不變。由圖可得啊A、B兩點(diǎn)的電壓差V=1.2410-1.2350=0.006V；Vref值取A、B兩點(diǎn)的電壓平均值，Vref=（1.2410+1.2350）/2=1.238v；又Vdd=6-3=3v則：1615ppm/v3、 溫度系數(shù)的計算：下圖為基準(zhǔn)電壓Vref溫度temperature變化的dc分析掃描。溫度變化范圍：-20到130變化時，基準(zhǔn)電壓Vref的在1.2377到1.2