模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)06頻率響應(yīng)

1、 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 1第六章第六章單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng) 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 2放大器的頻率特性放大器的頻率特性 前面我們對(duì)各種單級(jí)放大器的分析僅集前面我們對(duì)各種單級(jí)放大器的分析僅集中在它們的低頻特性上，忽略了器件的寄生中在它們的低頻特性上，忽略了器件的寄生電容和負(fù)載電容的影響。然而在模擬電路中電容和負(fù)載電容的影響。然而在模擬電路中，電路的速度和其它性能指標(biāo)是相互影響和，電路的速度和其它性能指標(biāo)是相互影響和相互制約的相互制約的(如增益如增益，速度，速度；速度速度，功耗，功耗；噪聲噪聲，速度，速度) ：可

2、以犧牲其它指標(biāo)來換：可以犧牲其它指標(biāo)來換取高的速度，也可以犧牲速度指標(biāo)來換取其取高的速度，也可以犧牲速度指標(biāo)來換取其它性能指標(biāo)的改善。因此理解單級(jí)放大器的它性能指標(biāo)的改善。因此理解單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)是深入理解模擬電路的重要基礎(chǔ)。頻率響應(yīng)是深入理解模擬電路的重要基礎(chǔ)。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 3簡單電路的傳輸函數(shù)簡單電路的傳輸函數(shù)ViV0SRCSRC1 11 11/SC1/SCR R1/SC1/SCV VV VA(S)A(S)i i0 02 2P PP Pi i0 0) )f ff f( (1 11 1| |f ff fj j1 11 1| | |j2j2fRC

3、fRC1 11 1| |(f)(f)V VV V1 1/ /2 2R RC Cf fp pP Pi i0 0f ff fa ar rc ct tg g( (j jf f) )V VV V式中式中:S SC C1 1R極點(diǎn)極點(diǎn) 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 4系統(tǒng)的傳輸函數(shù)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)0 0Z Z1 1P P1 1P P2 2S SA A ( (1 1) )Z Z( (S S) )A A( (S S) ) = = =S SS SP P( (S S) )( (1 1 + +) )( (1 1 + +) )在線性系統(tǒng)中在線性系統(tǒng)中, 電容電容C的阻抗用的阻抗用1/SC,

4、電感電感L的阻抗用的阻抗用SL, 利用純電阻分析方法求得輸出電壓與輸入電壓之利用純電阻分析方法求得輸出電壓與輸入電壓之比即為系統(tǒng)的傳輸函數(shù)比即為系統(tǒng)的傳輸函數(shù)A(S)。即。即:A(S)=V0(S)/Vin(S), 它是算子它是算子S的函數(shù)。傳輸函數(shù)具有重要意義，它不僅的函數(shù)。傳輸函數(shù)具有重要意義，它不僅可以用來分析系統(tǒng)的頻率特性，其可以用來分析系統(tǒng)的頻率特性，其L L-1-1( (A(S)()(傳輸函傳輸函數(shù)的拉普拉斯逆變換數(shù)的拉普拉斯逆變換) )就是系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)，對(duì)就是系統(tǒng)的時(shí)域沖擊響應(yīng)，對(duì)于任意的輸入信號(hào)與沖擊響應(yīng)的卷積，就是該輸入信于任意的輸入信號(hào)與沖擊響應(yīng)的卷積，就是該輸入信號(hào)作

5、用于系統(tǒng)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)。號(hào)作用于系統(tǒng)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)。右式為一兩極點(diǎn)右式為一兩極點(diǎn)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)系統(tǒng)的傳輸函數(shù), 式中式中A0為系統(tǒng)的為系統(tǒng)的低頻增益。低頻增益。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 5傳輸函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)傳輸函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)3.在在A(S)令令S=j, 則則| A(j) |的大小即是放大器的相頻特性的大小即是放大器的相頻特性(即放大器相移與頻率即放大器相移與頻率f的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系), 它也是頻率它也是頻率f的函數(shù)。的函數(shù)。顯然顯然, 極點(diǎn)對(duì)相位的貢獻(xiàn)為負(fù)極點(diǎn)對(duì)相位的貢獻(xiàn)為負(fù), 左半平面的零點(diǎn)對(duì)相位的貢左半平面的零點(diǎn)對(duì)相位的貢獻(xiàn)為正獻(xiàn)為正, 右右半平面

6、的零點(diǎn)對(duì)相位的貢獻(xiàn)為負(fù)。半平面的零點(diǎn)對(duì)相位的貢獻(xiàn)為負(fù)。0 0Z Z 1 1P P 1 1P P 2 2S SA A( ( 1 1 ) )Z Z ( ( S S ) )A A ( ( S S ) ) = = =S SS SP P ( ( S S ) )( ( 1 1 + +) ) ( ( 1 1 + +) )1. 令令 Z( S)=0, 得零點(diǎn)得零點(diǎn)SZ, 令令 P( S)=0, 得極點(diǎn)得極點(diǎn)SP , 零、極點(diǎn)都零、極點(diǎn)都是復(fù)數(shù)是復(fù)數(shù) 。若。若Re(SZ) 0, 則稱則稱SZ為右半平面零點(diǎn)為右半平面零點(diǎn), 若若Re(SZ) 0, 則稱則稱SZ為左半平面零點(diǎn)為左半平面零點(diǎn); 最靠近坐標(biāo)原點(diǎn)的極點(diǎn)稱

7、為最靠近坐標(biāo)原點(diǎn)的極點(diǎn)稱為第一主極點(diǎn)，依次類推。第一主極點(diǎn)，依次類推。穩(wěn)定系統(tǒng)要求穩(wěn)定系統(tǒng)要求Re(SP) out , out可以忽略，可以忽略，CS放大器放大器表現(xiàn)為一單極點(diǎn)特性的放大器，則：表現(xiàn)為一單極點(diǎn)特性的放大器，則：f3dB =fPin=1/2in 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 20RS 很小時(shí)很小時(shí)(輸入近似為理想電壓源輸入近似為理想電壓源)CS放大器帶寬放大器帶寬out = RD(CGD+CDB) ; in=RSCGS+CGD(1-AV) ; AV=-gmRD AV(s) -gmRD/(1+sout)如果如果MOS管所有寄生電容的大小具管所有寄生電容的大

8、小具有相同的數(shù)量級(jí)，有相同的數(shù)量級(jí)，RS非常小非常小(輸入信號(hào)源近似輸入信號(hào)源近似為理想電壓源為理想電壓源)，則，則inCGD+CDB)該近似結(jié)果正是密勒簡化該近似結(jié)果正是密勒簡化“目視目視”結(jié)果，該項(xiàng)相對(duì)于輸入結(jié)結(jié)果，該項(xiàng)相對(duì)于輸入結(jié)點(diǎn)，誤差顯然要大一些。然而，在稍后的學(xué)習(xí)中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，誤差顯然要大一些。然而，在稍后的學(xué)習(xí)中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)算放大器中通常都有一個(gè)高阻抗結(jié)點(diǎn)，運(yùn)算放大器中通常都有一個(gè)高阻抗結(jié)點(diǎn)(該結(jié)點(diǎn)的該結(jié)點(diǎn)的Rout就是就是下級(jí)的下級(jí)的RS)，利用密勒電容的倍增效應(yīng)對(duì)運(yùn)放進(jìn)行頻率補(bǔ)償就利用密勒電容的倍增效應(yīng)對(duì)運(yùn)放進(jìn)行頻率補(bǔ)償就是在該高阻抗結(jié)點(diǎn)形成一個(gè)第一主極點(diǎn)，輸出結(jié)點(diǎn)的影響

9、相是在該高阻抗結(jié)點(diǎn)形成一個(gè)第一主極點(diǎn)，輸出結(jié)點(diǎn)的影響相對(duì)要小得多，而利用密勒定理簡化該該高祖抗結(jié)點(diǎn)的結(jié)果對(duì)要小得多，而利用密勒定理簡化該該高祖抗結(jié)點(diǎn)的結(jié)果(相相當(dāng)于當(dāng)于CS放大器中的放大器中的fPin)就相當(dāng)精確了！就相當(dāng)精確了！ 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 26G GD Dm mz zm mG GD D2 2C Cg gf f . . . . . .g gs sC C1 1C C( (C CR RC CR R) )C CR Rg g( (1 1R Rs s) )C CC CC CC CC C( (C CR RR Rs s) )R Rg g( (s sC CV VV

10、 VD DB B) )G GD DD DG GS SS SG GD DD Dm mS SD DB BG GD DS SB BG GS SG GD DG GS SD DS S2 2D Dm mG GD Di i0 0CS放大器簡化與精確分析的比較（放大器簡化與精確分析的比較（3）從上面的傳輸函數(shù)中我們發(fā)現(xiàn)從上面的傳輸函數(shù)中我們發(fā)現(xiàn)CS放大器還存在一個(gè)放大器還存在一個(gè)零點(diǎn)，這在密勒簡化分析中是沒有的，這也是兩者間零點(diǎn)，這在密勒簡化分析中是沒有的，這也是兩者間的最大區(qū)別。由于零點(diǎn)在運(yùn)放的穩(wěn)定性中起著很大的的最大區(qū)別。由于零點(diǎn)在運(yùn)放的穩(wěn)定性中起著很大的作用，因此在放大器頻率特性中不能忽略，但是作用，因

11、此在放大器頻率特性中不能忽略，但是我們我們可以利用另外一種方法來求可以利用另外一種方法來求CS放大器的零點(diǎn)放大器的零點(diǎn)fZ。根據(jù)傳輸函數(shù)零點(diǎn)根據(jù)傳輸函數(shù)零點(diǎn)的的定義，的的定義，CS放放大器的零點(diǎn)大器的零點(diǎn)fZ為：為： 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 27CS放大器零點(diǎn)的產(chǎn)生放大器零點(diǎn)的產(chǎn)生 零點(diǎn)意味著存在某一頻率零點(diǎn)意味著存在某一頻率fZ使輸出使輸出Vout0。 當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)之間存在兩條信號(hào)通路時(shí)，傳輸函數(shù)就當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)之間存在兩條信號(hào)通路時(shí)，傳輸函數(shù)就可能產(chǎn)生零點(diǎn)可能產(chǎn)生零點(diǎn)(有可能是復(fù)數(shù)有可能是復(fù)數(shù))。一般而言一般而言，若兩條，若兩條通路到達(dá)輸出結(jié)點(diǎn)時(shí)信號(hào)極性相同且傳輸函數(shù)

12、存通路到達(dá)輸出結(jié)點(diǎn)時(shí)信號(hào)極性相同且傳輸函數(shù)存在零點(diǎn)，則為左半平面零點(diǎn)；若兩條通路到達(dá)輸在零點(diǎn)，則為左半平面零點(diǎn)；若兩條通路到達(dá)輸出結(jié)點(diǎn)時(shí)信號(hào)極性相反，則為右半平面零點(diǎn)。出結(jié)點(diǎn)時(shí)信號(hào)極性相反，則為右半平面零點(diǎn)。Vin 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 28CS放大器零點(diǎn)的簡易求法放大器零點(diǎn)的簡易求法1 1G GD DZ Zm m 1 1V VC C S S = =g g V Vm mZ ZG GD Dg gS S = =C C零點(diǎn)零點(diǎn)SZ也可以這樣求：因?yàn)楫?dāng)也可以這樣求：因?yàn)楫?dāng)S=SZ時(shí)，時(shí)，Vout(S)/Vin(S)0，也即也即Vout(S) 0，這意味著即使此時(shí)將輸出

13、結(jié)這意味著即使此時(shí)將輸出結(jié)點(diǎn)短路，必有點(diǎn)短路，必有Iout=0。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 29源跟隨器的頻率特性（無密勒效應(yīng)）源跟隨器的頻率特性（無密勒效應(yīng)） 沒有密勒效應(yīng)沒有密勒效應(yīng)-CGD 沒有接在輸出于輸入結(jié)點(diǎn)之沒有接在輸出于輸入結(jié)點(diǎn)之間間 (因小信號(hào)因小信號(hào)MOS管漏極管漏極D接地接地)。 CL 包含如下電容包含如下電容: CSB1, CDB,SS, CGD,SS 下一級(jí)的輸下一級(jí)的輸入電容入電容 Cin。 因因CGS在輸出于輸入結(jié)點(diǎn)之間在輸出于輸入結(jié)點(diǎn)之間 ， in無法無法“目視目視”。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 30源跟

14、隨器的頻率特性（源跟隨器的頻率特性（1）L L1 1G GS Sm m 1 1o ou ut tL L1 1o ou ut tm mG GS SC C S SV VC C S S+ +g g V V = =V V C C S S V V = =V Vg g + +C C S Si in nS S1 1G GS S1 1o ou ut tG GD D1 1o ou ut tV V = =R R V VC C S S+ +( (V V + +V V ) )C C S S + +V V + +V VKCL:KVL: 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 31源跟隨器的頻率特性（源跟

15、隨器的頻率特性（2）m mG GS SG GD DG GD DS Sm mL LG GD DG GD DG GS SL LG GS SS S2 2G GS Sm mi i0 0g gC CC CC CR Rg gs s) )C CC CC CC CC C( (C CR Rs ss sC Cg gV VV V) ) f f( (f f , , C CC CC CR Rg g2 2g gf fp p1 1p p2 2G GS SL LG GD DS Sm mm mp p1 1 g gC CC CC CR R2 21 1m mG GS SL LG GD DS S 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率

16、響應(yīng)Ch. 6 # 32 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 33源跟隨器的輸入阻抗（源跟隨器的輸入阻抗（1）m mb bm mb bm mG GS Si in n1 1/ /g g/ /g gg g1 1s sC C1 1Z ZL Lm mb bG GS Sm mG GS Si in ns sC Cg g1 1s sC Cg g1 1s sC C1 1Z Z若忽略若忽略CGD:(低頻時(shí)低頻時(shí):gmb|SCL|) C C) )g g/ /( (g gg gC CC C G GD Dm mb bm mm mb bG GS Si in n(與用彌勒定與用彌勒定理時(shí)一樣理時(shí)一樣)

17、M1體效應(yīng)的等效電阻體效應(yīng)的等效電阻) )s sC C1 1|g g1 1( (sCsCI Ig gI IsCsCI IV VL LmbmbGSGSX Xm mX XGSGSX XX XCGS的密勒效應(yīng)的密勒效應(yīng) 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 34源跟隨器的輸入阻抗（源跟隨器的輸入阻抗（2）L LG GS S2 2m mL LG GS Si in nC CC Cs sg gs sC C1 1s sC C1 1Z Z對(duì)于給定的對(duì)于給定的S=j , 輸入阻抗輸入阻抗由由 CGS 、CL 和一個(gè)和一個(gè)負(fù)電阻負(fù)電阻 -gm/(CGSCL 2)(S2|s=j =- 2)串串聯(lián)。

18、聯(lián)。(高頻時(shí)高頻時(shí):gmb|SCL|)L Lm mb bG GS Sm mG GS Si in ns sC Cg g1 1s sC Cg g1 1s sC C1 1Z Z 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 35源跟隨器的輸出阻抗（源跟隨器的輸出阻抗（1）S SR RX XX XO OU UT T/ /I IV VZ ZG GS Sm mG GS SS Ss sC Cg g1 1C Cs sR Rm m1 1/ /g g(高頻時(shí)高頻時(shí))(低頻時(shí)低頻時(shí))若忽略若忽略CGD和體效應(yīng)和體效應(yīng):X X1 1S SGSGS1 1X X1 1m mGSGS1 1V VV VsRsRC

19、CV VI IV Vg gs sC CV V 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 36源跟隨器的輸出阻抗（源跟隨器的輸出阻抗（2）(高頻時(shí)高頻時(shí))(低頻時(shí)低頻時(shí))o ou ut tS SZ ZR Ro ou ut tm m1 1Z Zg g上面那個(gè)圖像更象是上面那個(gè)圖像更象是|Zout|=f( )圖像？源跟隨器作為緩沖圖像？源跟隨器作為緩沖器工作必然器工作必然1/gm0, 故故ro/(1-AV) fP,A，fP,X fP,Y ) 。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 49電流源負(fù)載的共源共柵放大器頻率特性電流源負(fù)載的共源共柵放大器頻率特性 電流源負(fù)載時(shí)

20、電流源負(fù)載時(shí)RD ，fP,Y ，若若RS較大，較大， fP,X與與 fP,Y很接近，放很接近，放大器此時(shí)帶寬大器此時(shí)帶寬 。 電流源負(fù)載的共源共柵可獲得高增益和大的輸出擺幅電流源負(fù)載的共源共柵可獲得高增益和大的輸出擺幅, 但一但一方面從方面從M2源端看進(jìn)去的電阻源端看進(jìn)去的電阻 Rin (Rin=RI1/gm2r02+1/gm2), 另另一方面一方面 AVX ，CGD1的密勒效應(yīng)變大，的密勒效應(yīng)變大， inX ，fP,X ，三個(gè)極三個(gè)極點(diǎn)靠近的程度加大帶寬點(diǎn)靠近的程度加大帶寬 ，增益與帶寬的矛盾很突出。，增益與帶寬的矛盾很突出。 ) )C Cg gg gg g( (1 1 C C2 2R R1

21、 1f fG GD D1 1m mb b2 2m m2 2m m1 1G GS S1 1S SA Ap p, ,GS2GS2SB2SB2DB1DB1GD1GD1mb2mb2m2m2X Xp,p,C CC CC CC C2 2g gg gf fGD2GD2L LDB2DB2D DY Yp,p,C CC CC C2 2R R1 1f f 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 50共源共柵放大器頻率特性總結(jié)共源共柵放大器頻率特性總結(jié) 共源共柵放大器的輸入阻抗和低頻增益共源共柵放大器的輸入阻抗和低頻增益同同 CS 放大器相同。放大器相同。 共源共柵放大器因共柵管的低輸入阻抗共源共柵放

22、大器因共柵管的低輸入阻抗減小了共源管的增益減小了共源管的增益( -1)，從而減小了，從而減小了CGD1的密勒效應(yīng)，故獲得了比的密勒效應(yīng)，故獲得了比CS放大器放大器更大的帶寬。更大的帶寬。 恒流源負(fù)載的共源共柵放大器因三個(gè)極恒流源負(fù)載的共源共柵放大器因三個(gè)極點(diǎn)相互靠近，帶寬有明顯下降。點(diǎn)相互靠近，帶寬有明顯下降。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 51基本差動(dòng)對(duì)的頻率響應(yīng)基本差動(dòng)對(duì)的頻率響應(yīng)差動(dòng)對(duì)因差動(dòng)信號(hào)和共模信差動(dòng)對(duì)因差動(dòng)信號(hào)和共模信號(hào)的等效電路不一樣，故差號(hào)的等效電路不一樣，故差動(dòng)響應(yīng)與共模響應(yīng)的高頻響動(dòng)響應(yīng)與共模響應(yīng)的高頻響應(yīng)應(yīng)分開分析。應(yīng)應(yīng)分開分析。 單級(jí)放大器的

23、頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 52差分對(duì)差模信號(hào)響應(yīng)的頻率特性差分對(duì)差模信號(hào)響應(yīng)的頻率特性基本差分對(duì)的半電路同單級(jí)基本差分對(duì)的半電路同單級(jí)CS放大器相同，故差分對(duì)的差模放大器相同，故差分對(duì)的差模高頻響應(yīng)同高頻響應(yīng)同CS放大器，只是需放大器，只是需注意，因電路完全對(duì)稱，差分注意，因電路完全對(duì)稱，差分對(duì)的極點(diǎn)數(shù)等于一條通路的極對(duì)的極點(diǎn)數(shù)等于一條通路的極點(diǎn)數(shù)，而不是兩條通路中極點(diǎn)點(diǎn)數(shù)，而不是兩條通路中極點(diǎn)數(shù)之和。數(shù)之和。 差模高頻響應(yīng)因差模高頻響應(yīng)因CGD1的密勒效應(yīng)使帶寬變窄。的密勒效應(yīng)使帶寬變窄。 上述缺點(diǎn)可利用共源共柵結(jié)構(gòu)克服。但因共源共上述缺點(diǎn)可利用共源共柵結(jié)構(gòu)克服。但因共源共

24、柵結(jié)構(gòu)需消耗更多的電壓余度，因此放大器輸出柵結(jié)構(gòu)需消耗更多的電壓余度，因此放大器輸出擺幅要減小一些。擺幅要減小一些。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 53知識(shí)回顧：基本差分對(duì)低頻時(shí)的共模知識(shí)回顧：基本差分對(duì)低頻時(shí)的共模差模轉(zhuǎn)換差模轉(zhuǎn)換D DSSSSm2m2m1m1m2m2m1m1CMCMin,in,Y YX XDMDMCMCMV,V,R R1 1)R)Rg g(g(gg gg gV VV VV VA ARSS 用用 ro3|(1/CPs)代替代替 , RD 用用 RD|(1/CL s)代替代替即可得到基本差分對(duì)的共模高頻響應(yīng)。即可得到基本差分對(duì)的共模高頻響應(yīng)。 單級(jí)放大

25、器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 54基本差分對(duì)的共模高頻響應(yīng)基本差分對(duì)的共模高頻響應(yīng)) )1 1)r)rg g(g(gC Cr rs s)(1)(1C CsRsR(1(1) )C Csrsr(1(11 1)r)rg g(g(g)R)Rg g(g(g1 1 s sC C1 1|)r)rg g(g(g s sC C1 1|)R)Rg g(g(gV VV VV V(s)(s)A Ao3o3m2m2m1m1P Po3o3L LD DP Po3o3o3o3m2m2m1m1D Dm2m2m1m1P Po3o3m2m2m1m1L LD Dm2m2m1m1CMCMin,in,Y YX XDMD

26、MCMCMV,V,注意該傳輸函數(shù)有一個(gè)左半平面的零點(diǎn)注意該傳輸函數(shù)有一個(gè)左半平面的零點(diǎn)! AV,CM-DM 在在 fz=1/(2ro3CP)開始以開始以20dB/dec的斜率上升。的斜率上升。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 55基本差分對(duì)的帶寬基本差分對(duì)的帶寬m m1 1m m2 2D D0 03 3 P PV V, , C CM M- -D DM M0 03 3 P Pm m1 1m mb b1 10 03 3D D L Lm m1 1m mb b1 10 03 3( (g g - -g g ) )R R1 1+ +S Sr r C CA A= =1 1+ +S S

27、r r C C( (g g + +g g ) )r r + +1 1( (1 1+ +S SR R C C ) )( (1 1+ +) )( (g g + +g g ) )r r + +1 1G GD DD Dm m1 1( (2 2) )D DM MS SG GS SD DD DD DB BG GD Dm m1 1( (2 2) )( (S SC C - -g g) )R RA A = = 1 1+ +S SR R C C + +( (1 1+ +g gR R ) ) 1 1+ +S SR R( (C C + +C C ) ) 在某一頻率在某一頻率 f=fP,DM 差模增益差模增益 ADM

28、開始下降。開始下降。 在某一頻率在某一頻率 f=fZ,CM共模增益共模增益 ACM開始上升。開始上升。 從某種意義上說，上面兩個(gè)頻率中更低的一個(gè)從某種意義上說，上面兩個(gè)頻率中更低的一個(gè)頻率才是放大器的帶寬。頻率才是放大器的帶寬。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 56基本差分對(duì)共模響應(yīng)的頻率特性小結(jié)基本差分對(duì)共模響應(yīng)的頻率特性小結(jié)基本差分對(duì)的共模高頻特性一般由基本差分對(duì)的共模高頻特性一般由節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)P的總電容決定。因?yàn)闉槭馆敵龅目傠娙輿Q定。因?yàn)闉槭馆敵鰯[幅盡可能大，需擺幅盡可能大，需M1(2)和用作尾電和用作尾電流管的流管的M3過驅(qū)動(dòng)電壓盡可能小過驅(qū)動(dòng)電壓盡可能小(特別特別

29、是在低電源電壓情況下是在低電源電壓情況下)，即它們的，即它們的寬長比較大，于是寬長比較大，于是P點(diǎn)的寄生電容可點(diǎn)的寄生電容可能會(huì)變得相當(dāng)大。如果此時(shí)輸出極能會(huì)變得相當(dāng)大。如果此時(shí)輸出極點(diǎn)頻率點(diǎn)頻率(同差模時(shí)該節(jié)點(diǎn)的極點(diǎn)頻率同差模時(shí)該節(jié)點(diǎn)的極點(diǎn)頻率)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于P點(diǎn)的極點(diǎn)頻率點(diǎn)的極點(diǎn)頻率(也即也即P點(diǎn)高阻特性明顯下降時(shí)，輸出節(jié)點(diǎn)高阻特性明顯下降時(shí)，輸出節(jié)點(diǎn)的阻抗還很高點(diǎn)的阻抗還很高)，則此時(shí)共模增益，則此時(shí)共模增益ADM增加增加，CMRR減小減小(即即尾電流阻抗下降導(dǎo)致尾電流阻抗下降導(dǎo)致CMRR ) ，如果電路失配，共模，如果電路失配，共模差模差模的轉(zhuǎn)換電平較大，輸出端高頻電源噪聲和輸入端的共模

30、噪聲顯的轉(zhuǎn)換電平較大，輸出端高頻電源噪聲和輸入端的共模噪聲顯著增加。著增加。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 57電流源負(fù)載差分對(duì)的頻率特性電流源負(fù)載差分對(duì)的頻率特性CL 包括包括M3、M4的的CGD 和和 CDB 差分輸出時(shí)差分輸出時(shí), CGD3 和和 CGD4 感應(yīng)到節(jié)點(diǎn)感應(yīng)到節(jié)點(diǎn) G的信號(hào)大的信號(hào)大小相等、方向相反，故小相等、方向相反，故G點(diǎn)小信號(hào)時(shí)接地。點(diǎn)小信號(hào)時(shí)接地。 也可以理解為也可以理解為M3、M4的柵極接的是一個(gè)固定偏置的柵極接的是一個(gè)固定偏置電平，它不隨輸入信號(hào)的變化而變化，故電平，它不隨輸入信號(hào)的變化而變化，故G點(diǎn)小點(diǎn)小信號(hào)時(shí)接地。信號(hào)時(shí)接地。 單級(jí)

31、放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 58電流源負(fù)載差分對(duì)的半電路電流源負(fù)載差分對(duì)的半電路1 1) )C C( (C CR RC CR R) )C CR Rg g( (1 1R Rs s) )C CC CC CC CC C( (C CR RR Rs s) )R Rg g( (s sC C( (s s) )V V( (s s) )V VD DB BG GD DD DG GS SS SG GD DD Dm mS SD DB BG GD DS SB BG GS SG GD DG GS SD DS S2 2D Dm mG GD Di in no ou ut t將前面帶電阻負(fù)載時(shí)的傳輸函將

32、前面帶電阻負(fù)載時(shí)的傳輸函數(shù)中的數(shù)中的 RD 用用 ro1|ro3代替即得代替即得到恒流源負(fù)載的差分對(duì)傳輸函到恒流源負(fù)載的差分對(duì)傳輸函數(shù)。數(shù)。1.由于由于ro1|ro3和和CL較大，因此該節(jié)點(diǎn)的極點(diǎn)頻率較較大，因此該節(jié)點(diǎn)的極點(diǎn)頻率較輸入極點(diǎn)低，是第一主極點(diǎn)。輸入極點(diǎn)低，是第一主極點(diǎn)。2. fh1/2CL(ro1|ro3 ) 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 59電流源負(fù)載差分對(duì)的共模響應(yīng)電流源負(fù)載差分對(duì)的共模響應(yīng)帶電流源負(fù)載的差分對(duì)的共帶電流源負(fù)載的差分對(duì)的共模響應(yīng)同帶電阻負(fù)載差分對(duì)模響應(yīng)同帶電阻負(fù)載差分對(duì)的共模響應(yīng)完全一樣，只須的共模響應(yīng)完全一樣，只須用用 ro1|ro3

33、代替代替RD即可。即可。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)P形成的極點(diǎn)依然是主形成的極點(diǎn)依然是主極點(diǎn)。極點(diǎn)。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 60有源負(fù)載差分對(duì)的高頻響應(yīng)有源負(fù)載差分對(duì)的高頻響應(yīng)由于由于電路非完全對(duì)稱，電路非完全對(duì)稱，該電路差模響應(yīng)有兩個(gè)該電路差模響應(yīng)有兩個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)在輸出節(jié)點(diǎn)極點(diǎn)，一個(gè)在輸出節(jié)點(diǎn)，一個(gè)在節(jié)點(diǎn)，一個(gè)在節(jié)點(diǎn)X(注意雙注意雙端輸出時(shí)沒有這個(gè)極點(diǎn)端輸出時(shí)沒有這個(gè)極點(diǎn))，該極點(diǎn)也稱，該極點(diǎn)也稱“鏡像極鏡像極點(diǎn)點(diǎn)”。 X CX/gm3， CX是是 X節(jié)點(diǎn)到地的總電容節(jié)點(diǎn)到地的總電容，它，它包含包含CGS3,CGS4,CDB3,CDB1 和和 CGD1 及及 CGD4的密勒效

34、的密勒效應(yīng)。下面來求其傳輸函數(shù)。應(yīng)。下面來求其傳輸函數(shù)。 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 61有源負(fù)載差分對(duì)的小信號(hào)模型有源負(fù)載差分對(duì)的小信號(hào)模型 由前面分析我們知道由前面分析我們知道: VX=gm1ro1Vin=gmNroNVin RX=2ro1=2roN 圖中未標(biāo)電容全部忽略圖中未標(biāo)電容全部忽略 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 62有源負(fù)載差分對(duì)的差模高頻響應(yīng)（有源負(fù)載差分對(duì)的差模高頻響應(yīng)（1） 假定假定 1/gmProP VE=(Vout-VX)(1/(CEs+gmP) / RX+(1/(CEs+gmP) M4 的小信號(hào)電流為的小信號(hào)電流為

35、 gm4VE - gm4VE-IX=Vout(CLs+roP-1)L LoNoNmPmPoPoPE EoPoPoNoNoPoPoNoNmPmP2 2L LE EoNoNoPoPE EmPmPoNoNmNmNininoutout)C)Cr r2g2g(1(1r r)C)Cr r(2r(2ra a) )r r(r(r2g2gasass sC CC Cr r2r2rs)s)C C(2g(2gr rg gV VV V 單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)Ch. 6 # 63有源負(fù)載差分對(duì)的差模高頻響應(yīng)（有源負(fù)載差分對(duì)的差模高頻響應(yīng)（2）L LoNoNmPmPoPoPE EoPoPoNoNoPoPo

36、NoNmPmP2 2L LE EoNoNoPoPE EmPmPoNoNmNmNininoutout)C)Cr r2g2g(1(1r r)C)Cr r(2r(2ra a) )r r(r(r2g2gasass sC CC Cr r2r2rs)s)C C(2g(2gr rg gV VV V由于鏡像極點(diǎn)比輸由于鏡像極點(diǎn)比輸出極點(diǎn)高很多，用出極點(diǎn)高很多，用前面估算極點(diǎn)的方前面估算極點(diǎn)的方法可得：法可得：L LoNoNoPoPL LoNoNmPmPoPoPoPoPoNoNmPmPL LoNoNmPmPoPoPoPoPoNoNmPmPL LoNoNmPmPoPoPE EoPoPoNoNoPoPoNoNmPmPh h)C)Cr r|(r(r1 1C Cr rg g2r2r) )r r(r(r2g2g)C)Cr r2g2g(1(1r r) )r r(r(r2g2g)C)Cr r2g2g(1(1r r)C)Cr r(2r(2r) )r r(r(r2g2gf fL LoPoPoNoNp1p1)C)Cr r|2 2(r(r1 1f fE EmPmPp2p22 2C Cg gf fE EmPmPp2p2Z Z2 2C C2g2g2f2ff