CMOS模擬集成電路第3章—單級放大器

1、CMOS模擬集成電路設計單級放大器2022-7-4提綱2提綱 1、共源級放大器 2、共漏級放大器（源跟隨器） 3、共柵級放大器 4、共源共柵級放大器2022-7-432022-7-4共源級放大器41、共源級放大器 1.1 電阻做負載的共源級放大器 大信號分析cutoffactivetriode MOS管工作在飽和區(qū)時2022-7-4共源級放大器5 小信號分析 考慮溝道長度調(diào)制時，11/0inmoutDVVg VVRvmDAg R 2022-7-4共源級放大器6 討論 增益對信號電平的依賴關系導致了非線性2022-7-4共源級放大器7 1.2 MOS二極管連接做負載的共源級 MOS二極管連接二極

2、管連接的阻抗為二極管連接的阻抗為 考慮體效應時2022-7-4共源級放大器8 增益 NMOS二極管連接做負載其中沒有體效應 PMOS二極管連接做負載2022-7-49 另一種二極管連接nmos管做負載的結構 優(yōu)點？ 缺點？2022-7-410 另一種二極管連接nmos管做負載的結構 電流鏡只采用nmos 沒有體效應 增益精確 好的PSRR 兩倍功耗11022(/)(/)mvmgWLAgWL21/outmRg2022-7-4共源級放大器11 討論 增益與輸入信號無關，是器件尺寸的弱函數(shù)。 高增益要求會造成晶體管的尺寸不均衡。例：為了達到10倍增益， ，則(W/L)1=50(W/L)2在這個例子中

3、，在這個例子中，M2的過驅動電壓應該是的過驅動電壓應該是M1的過驅動電壓的的過驅動電壓的10倍。倍。若若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，嚴重制約輸出電，嚴重制約輸出電壓擺幅。壓擺幅。 允許的輸出電壓擺幅減小。2022-7-4共源級放大器12 1.3 電流源負載的共源級放大器 討論 獲得更大的增益 M2的輸出阻抗與所要求的M2的最小|VDS|之間聯(lián)系較弱，因此對輸出擺幅的限制較小。 長溝器件可以產(chǎn)生高的電壓增益。 同時增加W、L將引入更大的節(jié)點電容。 ID AV 考慮溝道長度調(diào)制，DDDVIIIA1)(12112022-7-4共源級放大器13 1.

4、4 帶源級負反饋的共源級放大器小信號直接分析方法這里，沒有考慮體效應這里，沒有考慮體效應和溝道長度調(diào)制效應和溝道長度調(diào)制效應討論增加源級負反饋電阻，使增益是gm的弱函數(shù)，實現(xiàn)線性的提高。線性化的獲得是以犧牲增益為代價的。當gmRS1, AVRD/RS111/0inmsoutDmVVg V RVRg V11/outmDDvinmSmSVg RRAVg RgR2022-7-4共源級放大器14 考慮溝道長度調(diào)制及體效應時，電路的交流小信號模型為2022-7-4共源級放大器15 小信號等效分析輔助定理：在線性電路中，電壓增益等于-GmRout，其中Gm表示輸出與地短接時電路的跨導；Rout表示當輸入電

5、壓為零時電路的輸出電阻。線性電路的輸出端口可用諾頓定理來等效，可得，輸出電壓為-IoutRout，定義Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。Gm?Rout?諾頓定理：線性有源單口網(wǎng)絡等效電流源的恒流源等于有源單口網(wǎng)絡的短路電流，內(nèi)阻等于網(wǎng)絡中所有獨立源不激勵時的端口電阻。2022-7-4共源級放大器16 計算Gm由于 ，所以因此，2022-7-4共源級放大器17 計算Rout計算流經(jīng)ro的電流,帶入V1，得到：得到所以，輸出電阻增大！2022-7-4共源級放大器18 計算AvAv=-Gm(Rout|RD)() /1()mDDSOmmbSg RRRrggR 若忽略rO和gm

6、b的影響，即rO和gmb=0,1mDvmSg RAg R2022-7-4共漏級放大器192、共漏級放大器（源跟隨器） 大信號分析當VinVTH時，M1處于截止狀態(tài)，Vout等于零；Vin增大并超過VTH，M1導通進入飽和區(qū)；Vin進一步增大， Vout跟隨Vin的變化，且兩者之差為VGS。2022-7-4共漏級放大器20 小信號分析考慮體效應 討論 增益VDD-|VTH1|，M1截止，電流I1全部通過M2，有Vout=VDD-I1RD 如果VinVDD-|VTH1|，M1開啟處于飽和區(qū)， 隨著Vin ，ID2，當ID1=I1時，ID20，有 當Vin下降到Vin1以下，ID1趨向大于I1，迫使M1進入線性區(qū)使ID1=I1。2022-7-436小結小信號增益輸出電阻輸入電阻擺幅線性度共源級電阻負載二極管負載忽略忽略小較好帶源級負反饋忽略好共漏極（電流源負載）忽略忽略小差共柵極忽略共源共柵級（電流源負載）小outmRg)|(ODrR22mbmmggg221mbmggsmDmRgRg1DsOsmbmRRrRgg|)(1直流或低頻下！1mbmmgggmbmgg1DmbmRgg)(OmbmODrggrR)(1DOs