CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)ch3單級(jí)放大器實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)ch3單級(jí)放大器實(shí)用分離器件構(gòu)成的音頻放大器2第1頁/共35頁用CMOS集成電路實(shí)現(xiàn)的音頻放大器二者有哪些區(qū)別？3第2頁/共35頁4第3頁/共35頁3.1共源級(jí)放大器電阻做負(fù)載的共源級(jí)放大器大信號(hào)分析cutoffactivetriodeMOS管工作在飽和區(qū)時(shí)5第4頁/共35頁線性區(qū)時(shí)6第5頁/共35頁小信號(hào)分析7考慮溝道長度調(diào)制時(shí)，用小信號(hào)模型求解小信號(hào)增益第6頁/共35頁輸入電阻：輸出電阻：8第7頁/共35頁9練習(xí)第8頁/共35頁10第9頁/共35頁電阻做負(fù)載的共源級(jí)放大器的缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：增益低，因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)高增益，必須加大負(fù)載電阻，這不僅占用了很大的版圖面積，而且要求很高的電源電壓，所以在低頻模擬集成電路中很少采用。寄生電容和噪聲比較小，適應(yīng)于低增益高頻放大器（如在RF電路中得到廣泛應(yīng)用）討論：11第10頁/共35頁

MOS二極管連接做負(fù)載的共源級(jí)12小信號(hào)阻抗為MOS二極管連接的小信號(hào)阻抗第11頁/共35頁13考慮體效應(yīng)，求源極看進(jìn)去的阻抗小信號(hào)阻抗為第12頁/共35頁二極管連接做負(fù)載的共源級(jí)增益其中NMOS二極管連接做負(fù)載14直觀看電路，即可得出結(jié)論第13頁/共35頁沒有體效應(yīng)PMOS二極管連接做負(fù)載增益與輸入信號(hào)無關(guān)！（線性度好）增益是器件尺寸的弱函數(shù)，因此增益比較低討論：15第14頁/共35頁16例：為了達(dá)到10倍增益，，則(W/L)1=50(W/L)2因此為了達(dá)到10倍增益，M2的過驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)該是M1的過驅(qū)動(dòng)電壓的10倍。若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，嚴(yán)重制約輸出電壓擺幅。允許的輸出電壓擺幅減小討論（續(xù)）：不能達(dá)到高增益的原因器件大小失配第15頁/共35頁17這是改進(jìn)的二極管連接放大器，提高了放大倍數(shù)，保留了線性度好的特點(diǎn)。第16頁/共35頁輸出電阻您能直觀觀察出來嗎？18第17頁/共35頁19輸出電壓范圍？輸入電壓范圍？第18頁/共35頁電流源做負(fù)載的共源級(jí)20可以實(shí)現(xiàn)較高增益第19頁/共35頁同樣大小的交流小信號(hào)電阻，用飽和區(qū)MOS管實(shí)現(xiàn)比用電阻實(shí)現(xiàn)不僅容易，而且消耗的電壓余度要小得多21第20頁/共35頁輸出擺幅思考：隨著放大倍數(shù)的提高，輸入電壓范圍越來越小，我們真的能保證輸入信號(hào)在這么小的范圍內(nèi)嗎？22反饋第21頁/共35頁23電流增大，增益怎么變化？第22頁/共35頁帶源級(jí)負(fù)反饋的共源級(jí)放大器24第23頁/共35頁增加源級(jí)負(fù)反饋電阻，使增益是gm的弱函數(shù)，實(shí)現(xiàn)線性的提高。線性化的獲得是以犧牲增益為代價(jià)的?？鐚?dǎo)隨著Vin的變化而變化，引入非線性對(duì)于一般的共源放大器25如果RS較大，第24頁/共35頁考慮溝道長度調(diào)制及體效應(yīng)時(shí)，電路的交流小信號(hào)模型為計(jì)算的復(fù)雜性大大增加…我們需要建立一種直觀的聯(lián)系來分析問題26第25頁/共35頁輔助定理：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(shí)電路的跨導(dǎo)；Rout表示當(dāng)輸入電壓為零時(shí)電路的輸出電阻。Gm?Rout?輔助定理的由來：線性電路的輸出端口可用諾頓定理來等效，輸出電壓為-IoutRout，定義Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。27第26頁/共35頁計(jì)算Gm28第27頁/共35頁計(jì)算Rout輸出電阻增大了約倍！29第28頁/共35頁計(jì)算AvAv=-Gm(Rout||RD)結(jié)果看起來相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，實(shí)際問題的分析中往往不需要考慮體效應(yīng)和溝調(diào)效應(yīng)。30第29頁/共35頁Av=“在漏極節(jié)點(diǎn)看到的電阻”/“在源極通路上看到的電阻”這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)結(jié)果，僅適合帶源級(jí)負(fù)反饋的共源級(jí)的分析，但是這個(gè)結(jié)論可以極大地簡化電路的分析。31第30頁/共35頁從MOS源極看到的阻抗約等于漏端的電阻被大大衰減了，這個(gè)特性被稱為阻抗變換特性證明如下：第31頁/共35頁33練習(xí)1第32頁/共