模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提綱匯編

1、華大微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提綱第二章 器件模型 MOSFET的I-V特性 飽和區(qū)電流公式 線性區(qū)電流公式 溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng) MOSFET的小信號(hào)模型 低頻小信號(hào)模型：圖2.36 gm、ro的表達(dá)式 完整小信號(hào)模型：圖2.38華大微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)MOSFET的I-V特性 thGSoxonDSthGSoxDDSDSthGSoxDDSthGSoxDthGSoxDVVLWCRVVVLWCIVVVVLWCIVVVLWCIVVLWCI12112121222線性電阻：深線性區(qū)：線性區(qū)：溝長(zhǎng)調(diào)制：飽和區(qū)：華大微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)幾個(gè)常用的表達(dá)式LILWCVrgIrLWCIVIVLWCgVVV

2、VVLWCIDoxdsatomDooxDdsatDdsatoxmthGSdsatthGSoxD1212122212飽和區(qū)：華大微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)MOSFET小信號(hào)模型（1） VBS=0時(shí)的低頻小信號(hào)模型 用于計(jì)算輸出電阻、低頻小信號(hào)增益華大微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)MOSFET小信號(hào)模型（2） 考慮襯偏效應(yīng)時(shí)的低頻小信號(hào)模型 用于計(jì)算輸出電阻、低頻小信號(hào)增益華大微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)完整的MOSFET小信號(hào)模型 用于計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間常數(shù) 找出極點(diǎn)第三章 單級(jí)放大器 共源級(jí) 共漏級(jí) 共柵級(jí) 共源共柵級(jí)共源級(jí) 電阻負(fù)載 電流源負(fù)載 二極管接法的MOSFET負(fù)載 源級(jí)負(fù)反饋共源MOSFETom

3、inoutooutooutoutinVoutoutoutingsrgVVrRrVIVIVRVVVin單管增益時(shí)，0|01二極管接法的MOSFET)r(ggrgRommomout1 111帶電阻負(fù)載的共源級(jí)RdownRup)r (RRgrRgRgVVrRRRRrRRRoDDmoDmoutminoutoDdownupoutodownDup )|()|(|電流源負(fù)載的共源級(jí)RdownRup121101212|oomoutmvoodownupoutodownouprrgRgArrRRRrRrR二極管接法MOSFET負(fù)載的共源級(jí)RdownRup211012212112121 11|1|1mmoutmin

4、outvommomoomdownupoutodownmupggRgVVA)rg(grgrrgRRRrRgR帶源極負(fù)反饋的共源級(jí)RdownRup)R(gRRRRggRGA)R(RRRRRRrgRRRRggGSmSDDSmmoutmvupdownDdownupoutSomdownDupSmmm1 1 |1011共漏MOSFET（源跟隨器）RS|rombmoSmvmbmoutggrRgAggR|110共柵管的輸入電阻ombmoDXXXXmbmXoXDXbsXrggrRIVVVggIrIRVVVV)(1)(001共柵管用做電流放大器沒必要計(jì)算其電壓放大倍數(shù)共柵管的輸出電阻SombmSombmoSdow

5、nDupdownupXXoutRrggRrggrRRRRRRIVR)()(|共源級(jí)參考源極負(fù)反饋電阻的RdownRup共源共柵級(jí)的輸出阻抗（1）（忽略襯偏效應(yīng)）共源級(jí)電路參考源極電阻負(fù)反饋的 )()(1221222122221oomoombmoombmoooutrrgrrggrrggrrR共源共柵級(jí)的輸出阻抗（2）12233331221222122221 )()(oomomtomoutoomoombmoombmootrrgrgRrgRrrgrrggrrggrrR（忽略襯偏效應(yīng)）共源級(jí)電路參考源極電阻負(fù)反饋的Rt共源共柵級(jí)的輸出阻抗（3）RdownRup 433122110122433|oomo

6、ommoutmvdownupoutoomdownoomuprrgrrggRgARRRrrgRrrgR折疊共源共柵的輸出電阻與增益outmvIoIoomIoutoomIoutRgArrrrrgrRrrgrR1011221222211| |折疊點(diǎn)看進(jìn)去的電阻為第四章 差分放大器差分放大器的輸出電阻差分放大器的增益輸入共模電平Vin,CM的范圍差分放大器的輸出阻抗與增益（1）)( |11111101DoDmoDDomoutmvoDoutRrRgrRRrgRgArRR)1( 1|1313110313mommoutmvmomoutgrggRgAgrgR311031|oomvoooutrrgArrR差分放

7、大器的輸出阻抗與增益（2）共源共柵差分對(duì) outmvoomoomoutRgArrgrrgR10755133|第六章 頻率特性 Miller效應(yīng) 極點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)第七章 噪聲 噪聲類型：熱噪聲、閃爍噪聲 總輸出噪聲 輸入?yún)⒖荚肼?單級(jí)放大器的噪聲 共源級(jí)： 共源共柵級(jí)： 折疊共源共柵級(jí)西電微電子：模擬集成電路設(shè)計(jì)關(guān)于噪聲dfiddfvdHzAiHzVvnnnn222222、更確切的描述應(yīng)該是為：噪聲譜密度，其量綱為：噪聲譜密度，其量綱描述注意：書上關(guān)于噪聲的電流源負(fù)載的共源電路的熱噪聲datDmdsatVIgwhyV2 ? 22聲，應(yīng)提高為了降低這種電路的噪共源共柵電路的熱噪聲乎不貢獻(xiàn)噪聲！低頻

8、情況下，共柵管幾折疊共源共柵電路的熱噪聲3dsatV聲，應(yīng)提高為了降低這種電路的噪差分對(duì)的熱噪聲dsatV聲，應(yīng)提高負(fù)載管的為了降低這種電路的噪共源共柵運(yùn)放的噪聲1211721232412mmmieqgkTVggVV其中第八章 反饋 反饋概述 降低增益靈敏度 擴(kuò)展帶寬 環(huán)路增益、開環(huán)增益、閉環(huán)增益等概念 四種反饋結(jié)構(gòu) 負(fù)載的影響 四種二端口網(wǎng)絡(luò)模型反 饋X(s)：輸入信號(hào)Y(s)：輸出信號(hào)Y(s)/ X(s)：閉環(huán)傳輸函數(shù)，閉環(huán)增益H(s)：前饋網(wǎng)絡(luò)；開環(huán)傳輸函數(shù)，開環(huán)增益G(s)：反饋網(wǎng)絡(luò)；若與頻率無關(guān)，可用代替H(s) G(s)：環(huán)路增益 ：反饋系數(shù)反饋的特性1：降低增益靈敏度AdAAAd

9、AAdAdAifAAAAXYACLCLCLCL1111) 1A ( 11112反饋的特性3： 擴(kuò)展帶寬000000000011111111 AsAAsAsAAAAsAAGivenCL電壓-電壓反饋前饋網(wǎng)絡(luò)A0：V-V；反饋網(wǎng)絡(luò)：V-V信號(hào)檢測(cè)：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸出，電壓信號(hào)，并聯(lián)信號(hào)返回：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸入，電壓信號(hào)，串聯(lián)也稱串聯(lián)-并聯(lián)反饋： “串聯(lián)-并聯(lián)反饋”，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)，檢測(cè)信號(hào)與輸出信號(hào)并聯(lián) “電壓-電壓反饋”，描述了反饋網(wǎng)絡(luò)的特性 兩種說法角度不同，信號(hào)的順序也不同001AAVVinout電壓-電壓反饋的特性 輸入端串聯(lián)， 輸入電阻增大 輸出端并聯(lián)， 輸出電阻減小000,0,11)1

10、 (AAVVARRRARinoutoutcloutinclin電流-電壓反饋前饋網(wǎng)絡(luò)Gm：V-I；反饋網(wǎng)絡(luò)RF：I-V信號(hào)檢測(cè)：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸出，電流信號(hào)，串聯(lián)信號(hào)返回：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸入，電壓信號(hào)，串聯(lián)也稱串聯(lián)-串聯(lián)反饋Gm：前饋網(wǎng)絡(luò)增益，導(dǎo)納的量綱RF：反饋網(wǎng)絡(luò)增益，電阻的量綱GmRF：無量綱FmminoutRGGVI1電流-電壓反饋的特性 輸入端串聯(lián)， 輸入電阻增大 輸出端串聯(lián)， 輸出電阻增大FmminoutoutFmcloutinFmclinRGGVIRRGRRRGR1)1 ()1 (,電壓-電流反饋前饋網(wǎng)絡(luò)R0：I-V；反饋網(wǎng)絡(luò)gmF：V-I信號(hào)檢測(cè)：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸出，電壓信號(hào)，并聯(lián)信號(hào)返回

11、：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸入，電流信號(hào)，并聯(lián)也稱并聯(lián)-并聯(lián)反饋R0：前饋網(wǎng)絡(luò)增益，電阻的量綱GmF：反饋網(wǎng)絡(luò)增益，導(dǎo)納的量綱R0GmF ：無量綱mFinoutGRRIV001電壓-電流反饋的應(yīng)用：光纖接收器 左圖，輸入阻抗R1 時(shí)間常數(shù)大，帶寬小 右圖，輸入阻抗為R1/(1+A) 時(shí)間常數(shù)小，帶寬大電壓-電流反饋的特性 輸入端并聯(lián)， 輸入電阻減小 輸出端并聯(lián)， 輸出電阻減小mFinoutmFoutcloutmFinclinGRRIVGRRRGRRR000,0,111電流-電流反饋 前饋網(wǎng)絡(luò)AI：I-I；反饋網(wǎng)絡(luò)：I-I 信號(hào)檢測(cè)：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸出，電流信號(hào)，串聯(lián) 信號(hào)返回：前饋網(wǎng)絡(luò)的輸入，電流信號(hào)，并聯(lián) 也

12、稱并聯(lián)-串聯(lián)反饋IIinoutAAII1電流-電流反饋的特性 輸入端并聯(lián)， 輸入電阻減小 輸出端串聯(lián)， 輸出電阻增大IIinoutIoutcloutIinclinAAIIARRARR1)1 (1,二端口線性時(shí)不變系統(tǒng)的四種模型a.Z模型b.Y模型c.H模型d.G模型反饋網(wǎng)絡(luò)類型與二端口網(wǎng)絡(luò)模型選取串聯(lián)并聯(lián)短路求開路求模型電流（并聯(lián)返回）電壓電流（串聯(lián)檢測(cè)）電流反饋電流并聯(lián)并聯(lián)短路求短路求模型電流（并聯(lián)返回）電壓電壓（并聯(lián)檢測(cè)）電流反饋電壓串聯(lián)串聯(lián)開路求開路求模型電壓（串聯(lián)返回）電流電流（串聯(lián)檢測(cè)）電壓反饋電流并聯(lián)串聯(lián)開路求短路求模型電壓（串聯(lián)返回）電流電壓（并聯(lián)檢測(cè)）電壓反饋電壓反饋網(wǎng)絡(luò)類型二

13、端口網(wǎng)絡(luò)一般描述- T T H - T T Y - T T Z - T T G - O X X 112211221122112222122212122121111XTXTOXTXTO第九章 運(yùn)放 增益的計(jì)算 小信號(hào)帶寬 共模輸入擺幅 共模輸出擺幅 共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì) 折疊共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì) 增益提高（gain boosting）技術(shù)的原理 運(yùn)放的噪聲增益的計(jì)算86624420|oomoommvrrgrrggA小信號(hào)帶寬 小信號(hào)帶寬通常定義為單位增益頻率fu 3dB頻率f3dB與fu的示意如下（均為對(duì)數(shù)坐標(biāo)）GBW與小信號(hào)建立時(shí)間(1)A(s)00000000d000d0d0)1 (1)1 (1

14、11f21)(fGBW.f,AAAsAAVVsAsAABWAinout時(shí)間常數(shù)為擴(kuò)展為閉環(huán)系統(tǒng)的角頻率帶寬閉環(huán)系統(tǒng)傳輸函數(shù)為其中統(tǒng)若該放大器為單極點(diǎn)系則增益帶寬積帶寬設(shè)放大器的低頻增益GBW與小信號(hào)建立時(shí)間(2)GBWtGBWttueAAaVtauVGBWAtoutin1 . 19 . 61000ln%1 . 073. 06 . 4100ln%1)()1 (1)(21)1 (1%1 . 0%10000穩(wěn)定精度：穩(wěn)定精度：時(shí)間常數(shù)單位增益接法A(s)GBW與小信號(hào)建立時(shí)間(3)GBWtGBWttueAAaVtauVGBWAARRRAsAsAtoutin1 . 19 . 61000ln%1 . 0

15、76. 06 . 4100ln%1)()1 (1)(211)1 (1,)1 (1)(%1 . 0%1000000212000穩(wěn)定精度：穩(wěn)定精度：時(shí)間常數(shù)倍閉環(huán)帶寬擴(kuò)展為設(shè)前饋放大器全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(1)Vvv V. V.A/V CA/V C AmW VVDDthpthn-p-noxpoxnv7 . 0| 0 )m0.5L(20 )m0.5L( 10 30 60 工藝200010功耗3V 3 11220參數(shù)輸出擺幅性能指標(biāo)全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(2)330uAII 3mA 300mV:V 300mV :VV 200mV :VV 500mV300 500mV200 200mV REF2R

16、EF19dsat9dsat8dsat5dsat4dsat1I功耗分配過驅(qū)動(dòng)電壓分配尾電流管過驅(qū)動(dòng)電壓：負(fù)載管過驅(qū)動(dòng)電壓：放大管過驅(qū)動(dòng)電壓：設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(3)9001111125021985412LWLWLWVLWCIdsatoxD確定各晶體管的寬長(zhǎng)比由簡(jiǎn)單電流公式電流、過驅(qū)動(dòng)電壓已知全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(4)DdsatpDdsatnoomoomoutdsatDdsatDomDoDoxdsatDthGSDthGSoxGSDmthGSoxDIVIVrrgrrgRVIVIrgIrILWCVIVVIVVLWCVIgVVLWCI521275513322|2|212122)(2)(

17、)(21全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(5) 40001/11111141642|2|20850521210521275513311vvdsatpdsatndsatvDdsatpDdsatnoomoomoutdsatDmAmmLWLAVVVAIVIVrrgrrgRVIg則若則溝道長(zhǎng)度，若所有晶體管均取最小全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(6)VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVthbthbthbthbdsatthdsatDDbthbthbdsatdsatdsatthbdsatthDDbdsatthbn3)|2V3 . 2| 4 . 2|0.8V7 . 0|31525252557231

18、319133177399（電壓擺幅留余量，取留余量，取偏置電壓設(shè)計(jì)全差分共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)(小結(jié))（注意留出余量）電壓擺幅要求，確定各偏置根據(jù)過驅(qū)動(dòng)電壓與輸出）滿足要求時(shí)，可增加（寬長(zhǎng)比不變，增益不各晶體管的尺寸根據(jù)增益的要求，確認(rèn)長(zhǎng)比電流，確定各晶體管寬根據(jù)過驅(qū)動(dòng)電壓與支路確定各支路的直流電流電壓確定各晶體管的過驅(qū)動(dòng)5.L4.3. 2. 1單端輸出折疊共源共柵運(yùn)放的設(shè)計(jì)（小結(jié)）變）體管的寬長(zhǎng)（寬長(zhǎng)比不根據(jù)增益，修改部分晶比，確定各晶體管的寬長(zhǎng)根據(jù)電流、過驅(qū)動(dòng)電壓的直流工作電流相等與尾電流管注：使負(fù)載管，確定各支路電流根據(jù)過驅(qū)動(dòng)電壓、確定各管的過驅(qū)動(dòng)電壓，確定根據(jù)定根據(jù)建立時(shí)間要求，確6. 5

19、)M9,M(g4.3.GBW2GBW. 221lnGBW. 11110m11%1 . 0MCgtLm增益提高技術(shù)的原理1221121212221212121111122)1 (11)1 (11)()0(oomomooooutoutoutooutmooXoXoutXmoXoutXXoomoutrrgArgArrrIVRrVgArrVrVVVVgrVIVAVAVrrgR右圖：左圖：V1增益！通過提高輸出阻抗提高轉(zhuǎn)換速率 理想運(yùn)放：Iout正比于輸入階躍信號(hào) 真實(shí)運(yùn)放：Iout受限 單級(jí)運(yùn)放的最大充放電電流ISSSRVIVCtCISRSSLSRLSS轉(zhuǎn)換速率與小信號(hào)建立（1）GBWSRVtttGBW

20、tSRVtOUTSRtotalOUTSR1 . 121000ln%1 . 0%1 . 0轉(zhuǎn)換速率與小信號(hào)建立（2）1%1 . 01%1 . 011%1 . 011119 . 6;9 . 69 . 69 . 621000ln 2222 dsatSSLtotalSRtotaltotaldsatSRdsatdsatSSLdsatLSSLdsatDLmSSLSRLSSVVICtttttVVttVVVICGBWtVCICVICgGBWVICSRVtCISR的貢獻(xiàn)必須考慮否則，結(jié)論：若時(shí)，當(dāng)?shù)谑?穩(wěn)定性與頻率補(bǔ)償 補(bǔ)償?shù)姆椒?極點(diǎn)位置與相位裕度的關(guān)系補(bǔ)償?shù)姆椒ˋoutAoutANXNmAmCRCRCCC

21、CgCg1CGX1GX2LPXPX1L75的值降低可增加的頻率，可降低降低主極點(diǎn)：降低方法取最小尺寸高頻應(yīng)用時(shí)，等寄生電容、所以應(yīng)降低等限制、受因?yàn)椋禾岣叻椒O點(diǎn)位置與相位裕度（1）)(tan90)(tan)(tan9090)(tan)(tan)(tan)(tan1802131211111211121puupnppnupupupupnupupupnppuffPMfffffffPMffffffffffPMffff則均遠(yuǎn)大于、若，所以補(bǔ)償后，則、極點(diǎn)分別是設(shè)單位增益頻率極點(diǎn)位置與相位裕度（2）GBW423 .84100 .7646 .7134 .632 45)(tan90 )(tan90 452222222110212ppppppppvupupufPMGBWfPM