拉扎維模擬CMOS集成電路設(shè)計前十章全部課件

重郵光電工程學(xué)院模擬CMOS集成電路設(shè)計[美]理查德·拉扎維著西安交通大學(xué)出版社?20032021/10/10星期日1重郵光電工程學(xué)院第一章模擬集成電路設(shè)計緒論2021/10/10星期日2重郵光電工程學(xué)院自然界信號的處理高速、高精度、低功耗ADC的設(shè)計是模擬電路設(shè)計中的難題之一高性能放大器和濾波器設(shè)計也是熱點研究課題（a）自然界信號的數(shù)字化（b）增加放大器和濾波器以提高靈敏度2021/10/10星期日3重郵光電工程學(xué)院數(shù)字通信數(shù)字信號通過有損電纜的衰減和失真失真信號需放大、濾波和數(shù)字化后才再處理2021/10/10星期日4重郵光電工程學(xué)院數(shù)字通信100100使用多電平信號以減小所需的帶寬1011組合二進(jìn)制數(shù)據(jù)DAC 多電平信號ADC傳送端 接收端確定所傳送電平2021/10/10星期日5重郵光電工程學(xué)院磁盤驅(qū)動電子學(xué)存儲數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)硬盤存儲和讀出后的數(shù)據(jù)2021/10/10星期日6重郵光電工程學(xué)院無線接受機(jī)無線接收天線接收到的信號(幅度只有幾微伏)和噪聲頻譜接收機(jī)放大低電平信號時必須具有極小噪聲、工作在高頻并能抑制大的有害成分2021/10/10星期日7重郵光電工程學(xué)院光接收機(jī)轉(zhuǎn)換為一個小電流高速電流處理器激光二極管光敏二極管光纖系統(tǒng)2021/10/10星期日8重郵光電工程學(xué)院傳感器(a)簡單的加速度表 (b)差動加速度表汽車觸發(fā)氣囊的加速度檢測原理圖2021/10/10星期日9重郵光電工程學(xué)院模擬設(shè)計困難的原因是什么（1）？模擬集成電路設(shè)計緒論Ch.1#10A.模擬設(shè)計涉及到在速度、功耗、增益、精度、電源電壓等多種因素間進(jìn)行折衷，而數(shù)字電路只需在速度和功耗之間折衷。B.模擬電路對噪聲、串?dāng)_和其它干擾比數(shù)字電路要敏感得多。C.器件的二級效應(yīng)對模擬電路的影響比數(shù)字電路要嚴(yán)重得多。2021/10/10星期日10重郵光電工程學(xué)院模擬設(shè)計困難的原因是什么？D. 高性能模擬電路的設(shè)計很少能自動完成，而許多數(shù)字電路都是自動綜合和布局的。E.模擬電路許多效應(yīng)的建模和仿真仍然存在問題，模擬設(shè)計需要設(shè)計者利用經(jīng)驗和直覺來分析仿真結(jié)果。F.現(xiàn)代集成電路制造的主流技術(shù)是為數(shù)字電路開發(fā)的，它不易被模擬電路設(shè)計所利用，為了設(shè)計高性能的模擬電路，需不停開發(fā)新的電路和結(jié)構(gòu)。2021/10/10星期日11重郵光電工程學(xué)院 CMOS技術(shù)的發(fā)展及展望 時間19741977198019831986L（微米）6.04.03.02.01.219891995199820012004200720100.50.350.250.180.130.10.07由于器件尺寸的不斷縮小，幾G～幾十G的模擬CMOS電路已經(jīng)產(chǎn)生。（fT∝1/L2）2021/10/10星期日12重郵光電工程學(xué)院為什么要學(xué)習(xí)CMOS模擬電路設(shè)計？CMOS電路因其低成本、低功耗以及速度不斷的提高已成為當(dāng)今SOC設(shè)計的主流制造技術(shù)。由于模擬電路是SOC中不可缺少的部分，故高性能模擬CMOS電路的設(shè)計已成為當(dāng)今的難點和熱點。2021/10/10星期日13重郵光電工程學(xué)院第二章MOS器件物理基礎(chǔ)2021/10/10星期日14重郵光電工程學(xué)院 MOSFET的結(jié)構(gòu) 2021/10/10星期日15重郵光電工程學(xué)院 MOSFET的結(jié)構(gòu) 襯低（bulk、body）*D、S是對稱的，可互換！*所有pn結(jié)必須反偏！*BJT的pn結(jié)偏值呢？Ldrawn：溝道總長度LD：橫向擴(kuò)散長度Leff：溝道有效長度，Leff＝Ldrawn－2LD 2021/10/10星期日16重郵光電工程學(xué)院

同一襯底上的NMOS和PMOS器件 MOS管所有pn結(jié)必須反偏:*N-SUB接VDD！*P-SUB接VSS！*阱中MOSFET襯底常接源極S2021/10/10星期日17重郵光電工程學(xué)院 MOS器件符號 MOS管等效于一個開關(guān)!2021/10/10星期日18重郵光電工程學(xué)院 MOS器件的閾值電壓VTN（P） (a)柵壓控制的MOSFET(c)反型的開始(b)耗盡區(qū)的形成(d)反型層的形成2021/10/10星期日19重郵光電工程學(xué)院NMOS管VGS>VT、VDS=0時的示意圖耗盡層2021/10/10星期日20重郵光電工程學(xué)院NMOS管VGS>VT、0<VDS<VGS-VT時的示意圖2021/10/10星期日21重郵光電工程學(xué)院 NMOS溝道電勢示意圖（1） VG

VD

Vt

VGS

VDS

VtVGD

VG

VD

VG

VS

VS

VD

VGS

VSD

VGS

VDS溝道未夾斷條件邊界條件:V(x)|x=0=0,V(x)|x=L=VDS2021/10/10星期日22重郵光電工程學(xué)院 NMOS溝道電勢示意圖（2） dq(x)

CoxWdx[vGS

v(x)

VTH]邊界條件:V(x)|x=0=0,V(x)|x=L=VDS2021/10/10星期日23重郵光電工程學(xué)院 I/V特性的推導(dǎo)(1) 2021/10/10星期日24重郵光電工程學(xué)院溝道單位長度電荷(C/m)I

Qd

vI/V特性的推導(dǎo)(2)電荷移動速度(m/s)Qd

WCox(VGS

VTH)Qd(x)

WCox(VGS

V(x)

VTH)Qd：溝道電荷密度Cox：單位面積柵電容WCox：MOSFET單位長度的總電容Qd(x)：沿溝道點x處的電荷密度V(x)：溝道x點處的電勢V(x)|x=0=0,V(x)|x=L=VDS2021/10/10星期日25重郵光電工程學(xué)院x

0V

0L VDS

IDdx

WCox

n[VGS

V(x)

VTH]dVID

WCox[VGS

V(x)

VTH]

ndV(x)dxLID

nCoxW[(VGS

VTH)VDS

12VDS2]I/V特性的推導(dǎo)(3)ID

WCox[VGS

V(x)

VTH]v對于半導(dǎo)體：(ID為常數(shù))vDSL02D 0v(x) )]12[i x]

[

nCoxW((vGS

VTH)v(x)

2021/10/10星期日26重郵光電工程學(xué)院 I/V特性的推導(dǎo)(4) L12ID

nCoxW[(VGS

VTH)VDS

VDS2]三極管區(qū)(線性區(qū))ID

nCoxW2 L(VGS

VTH)2每條曲線在VDS＝VGS－VTH時取最大值，且大小為：2021/10/10星期日27重郵光電工程學(xué)院NMOS管VGS>VT、VDS>VGS+VT時的示意圖電子耗盡區(qū)2021/10/10星期日28重郵光電工程學(xué)院飽和區(qū)的MOSFET（VDS≥VGS－VT）L12ID

nCoxW[(VGS

VTH)VDS

VDS2]ID

nCoxW2 L(VGS

VTH)2V'DS

VGS

VTH (Pinch

off)Qd(x)

WCox(VGS

V(x)

VTH)當(dāng)V(x)接近VGS-VT，Qd(x)接近于0，即反型層將在X≤L處終止，溝道被夾斷。2021/10/10星期日29重郵光電工程學(xué)院

飽和區(qū)MOSFET的I/V特性 ActiveRegion2021/10/10星期日30重郵光電工程學(xué)院 MOS管在飽和區(qū)電流公式 )2THn ox GSD2 Li

1(

C )W(v

Vμn 的典型值為：μn ≈580[cm2/Vs]2ox oxt≈50A,Cox oxt≈0.02

m,Cox oxt≈0.1

m,C

0.35fF/

m

6.9fF/

m2

1.75fF/

m22021/10/10星期日31重郵光電工程學(xué)院

三極管區(qū)的MOSFET L12ID

nCoxW[(VGS

VTH)VDS

VDS2]LID

nCoxW(VGS

VTH)VDS, VDS

2(VGS

VTH)RON

1L

nCoxW(VGS

VTH)等效為一個壓控電阻2021/10/10星期日32重郵光電工程學(xué)院飽和區(qū)MOSFET的I/V特性VDS=VGS-VTID溝道電阻隨VDS增加而增加導(dǎo)致曲線彎曲曲線開始斜率正比于VGS-VTVDS2021/10/10星期日33重郵光電工程學(xué)院MOSFET的跨導(dǎo)gmgm

ID

VGSVDSconstantL

nCoxW(VGS

VTH)Lgm

2

nCoxWID

2IDVGS

VTH2021/10/10星期日34重郵光電工程學(xué)院 MOS管工作狀態(tài)的判斷 gActive ActivedgdNMOS飽和條件：Vd≥Vg＋VTHNPMOS飽和條件：Vd≤Vg＋|VTHP|判斷MOS管是否工作在飽和區(qū)時，不必考慮Vs2021/10/10星期日35重郵光電工程學(xué)院MOS管的開啟電壓VT及體效應(yīng)QdepCoxVTH

MS

2

F

, where

MS

gate

silicon

F

kTq

ln

Nsubn

iQdep

4q

si

FNsubCox：單位面積柵氧化層電容ΦMS：多晶硅柵與硅襯底功函數(shù)之差Qdep耗盡區(qū)的電荷,是襯源電壓VBS的函數(shù)2021/10/10星期日36重郵光電工程學(xué)院 MOS管的開啟電壓VT及體效應(yīng) VTH

VTH0

2

F

VSB

2

F

,

2q

siNsubCox無體效應(yīng)源極跟隨器有體效應(yīng)2021/10/10星期日37重郵光電工程學(xué)院 MOSFET的溝道調(diào)制效應(yīng) 2021/10/10星期日38重郵光電工程學(xué)院 MOSFET的溝道調(diào)制效應(yīng) LL’L'

L

L1/L'

1(1

L/L)L1/L'

1(1

VDS),

VDS

L/LID

L

nCoxW2 L(VGS

VTH)2(1

VDS)2021/10/10星期日39重郵光電工程學(xué)院

考慮溝道調(diào)制效應(yīng)后的跨導(dǎo)gm gm

nCoxWL(VGS

VTH)(1

VDS)λ∝1/L?ID/?VDS∝λ/L∝1/L2gm

2

nCoxWLID(1

VDS)gm

2IDVGS

VTH, (unchanged)2021/10/10星期日40重郵光電工程學(xué)院 MOS管跨導(dǎo)gm不同表示法比較 跨導(dǎo)gm123上式中:2021/10/10星期日41重郵光電工程學(xué)院亞閾值導(dǎo)電特性VGS?ID

I0exp???

kTq??

(ζ>1,是一個非理想因子)2021/10/10星期日42重郵光電工程學(xué)院 MOS器件版圖 2021/10/10星期日43重郵光電工程學(xué)院2 MOS電容器的結(jié)構(gòu) oxoxox oxt ≈0.1

m,Ct ≈0.02

m,Cox ox

0.35fF/

m6.9fF/

m2

1.75fF/

m2。t ≈50A,C

2021/10/10星期日44重郵光電工程學(xué)院MOS器件電容2021/10/10星期日45重郵光電工程學(xué)院

減小MOS器件電容的版圖結(jié)構(gòu) 對于圖a:CDB=CSB=WECj+2(W+E)Cjsw對于圖b:CDB=(W/2)ECj+2((W/2)+E)CjswCSB=2((W/2)ECj+2((W/2)+E)Cjsw==WECj+2(W+2E)Cjsw2021/10/10星期日46重郵光電工程學(xué)院

柵源、柵漏電容隨VGS的變化曲線 C1=WLCoxC3=C4=COVW Cov：每單位寬度的交疊電容MOS管關(guān)斷時:CGD=CGS=CovW,CGB=C1//C2MOS管深線性區(qū)時:CGD=CGS=C1/2+CovW,CGB=0,C2被溝道屏蔽MOS管飽和時:CGS=2C1/3+CovW,藹CGD=CovW,CGB=0,C2被溝道屏蔽2021/10/10星期日47重郵光電工程學(xué)院 MOS小信號模型 ro

VDS

1

ID

ID/

VDS

12 L

nCoxW(V)2GS

VTH

1

ID2021/10/10星期日48重郵光電工程學(xué)院襯底跨導(dǎo)gmbgmb

VBS

ID

nCoxW2 L(VGS

VTH)?

VBS?

VTH??Also,

VTH

VBS

VTH

VSB

(2

F

VSB)

1/22gmb

gm

2 2

F

VSB

gm2021/10/10星期日49重郵光電工程學(xué)院

柵極電阻 2021/10/10星期日50重郵光電工程學(xué)院完整的MOS小信號模型2021/10/10星期日51重郵光電工程學(xué)院 NMOS器件的電容--電壓特性 積累區(qū)強(qiáng)反型2021/10/10星期日52重郵光電工程學(xué)院本章基本要求1.掌握MOSFET電流公式及跨導(dǎo)公式。2.掌握MOSFET小信號等效電路。3.掌握MOSFET的二階效應(yīng)、用作恒流源的結(jié)構(gòu)特點及其飽和的判斷條件。4.了解MOS管的PN結(jié)必須反偏，會根據(jù)MOS管B連接的方式判定是哪種襯底。2021/10/10星期日53重郵光電工程學(xué)院第三章單級放大器2021/10/10星期日54重郵光電工程學(xué)院模擬電路設(shè)計的八邊形法則2021/10/10星期日55重郵光電工程學(xué)院模擬設(shè)計的小信號概念(1)設(shè)函數(shù):若:非線性系統(tǒng)的輸入輸出特性則增益:(X0,f(X0))就是靜態(tài)工作點。2021/10/10星期日56重郵光電工程學(xué)院模擬設(shè)計的小信號概念(2)d ngmvgsGS VTH)vgsLW

(V

i

k' 2021/10/10星期日57重郵光電工程學(xué)院模擬設(shè)計的小信號概念(3)2gsngsTHGS2n GS TH nTHgsGSnTHGSd nk' W

vLW2 L L1 W)22 L)2V

)v

2 L

V)

k'(V

k'(V

1 W

k'(V

v

VW

i

1k'(v

ViD

ID2gsn?gs n GSnTH gsd n GS2 L1 WWL 2 L LW 1 W

k'v

VTH)vgs

k'v2

k'(Vi

k'(V

V)vMOS管總電流為:MOS管的交流電流分量為:|vgs|

2(VGS

VTH)小信號的假定條件:通常認(rèn)為“?”兩邊之比<1:10時,“?”的條件成立,|vgs(t)|可視為小信號2021/10/10星期日58重郵光電工程學(xué)院模擬設(shè)計的小信號概念(例)假定VGS –VTH =1V,則|vgs(t)|可視為小信號的變化范圍為:|vgs(t)|<0.1·2(VGS–VTH)

0.2V注意該值(|vgs(t)|

0.2V)比BJT相對與VBE=0.7V的|vbe(t)|

10mV大得多,這是因為Id與Vgs成平方關(guān)系,而Ic與Vbe成指數(shù)關(guān)系,Ic=f(vbe)曲線比Id=f(vgs)曲線陡峭得多。2021/10/10星期日59L2DSTHGSn oxD

V)2(1

λv )i

1(μC )W(vDDo1IVAλ

I

r

重郵光電工程學(xué)院MOS管的小信號電阻r00.005

λ

0.03[V-1]2021/10/10星期日60重郵光電工程學(xué)院

采用電阻負(fù)載的共源級(CS) 2021/10/10星期日61重郵光電工程學(xué)院采用電阻負(fù)載的共源級(CS)斜率(即增益)最大為多少？輸出電壓擺幅最大為多少?靜態(tài)工作點易觀察到的兩個問題：?放大器增益最大可達(dá)到多少？?輸出電壓擺幅最大為多少？V0Vin2021/10/10星期日62重郵光電工程學(xué)院簡單CS放大器的設(shè)計參數(shù)? 固定設(shè)計參數(shù):kn’,VTH,λ(由制造工藝決定)? 設(shè)計目標(biāo):一定大小的放大器增益Av=-gmRD(Avmax=？)? 設(shè)計可變參數(shù):VDD,ID,VG,W/L,RD(VDD通常也是固定的)? 附加設(shè)計條件:功耗大小要求；輸入、輸出電壓范圍(擺幅)? 限制條件:MOS管必須工作在飽和狀態(tài)輸出電壓擺幅2021/10/10星期日63重郵光電工程學(xué)院A問題：圖(b)中臨界飽和點(A)gm最大，設(shè)為靜態(tài)工作

點放大器可獲得最大增益。這種說法對嗎？為什么？ VinA-VTM1在飽和區(qū)gm=β(Vgs-VT)M1在線性區(qū)gm=βVDS臨界飽和點A

電阻負(fù)載共源級的ID(Vin)、gm（Vin）VinAVinA-VT2021/10/10星期日64重郵光電工程學(xué)院電阻負(fù)載共源級的小信號等效電路

gmroAvmax本征增益，大約為10~30DWLIDRAv

gmro||RDAv

gmRD

2μnCoxWLIDVRD2μnCoxAv

0mm0mm1r =(10 30) 1 >>gg11r//gg~≈2021/10/10星期日65重郵光電工程學(xué)院

電阻負(fù)載CS放大器設(shè)計參數(shù)的制約關(guān)系 DWm DvnCox IDRA

gR

2μWLIDLVRD2μnCoxAv

?增益AV與W/L、ID、RD(VRD)三個參數(shù)有關(guān)。?若保持ID、RD為常數(shù)，W/L↑，AV↑，但MOS管寄生電容↑，高頻相應(yīng)(放大器的f3dB↓)變差。?若保持為ID、W/L常數(shù)，RD↑，AV↑，這意味著VDS↓，放大器靜態(tài)工作點下移，輸出電壓的擺幅↓。?若保持W/L、VRD不變，ID↓，AV↑，這意味著RD↑，版圖面積↑，電阻噪聲↑，放大器速度↓(輸出節(jié)點時間常數(shù)RC↑)，溝道調(diào)制效應(yīng)的影響↑(r0與RD更接近)。2021/10/10星期日66重郵光電工程學(xué)院

二極管連接的MOS管的小信號等效電阻 roVx(gm

gmb)Vx

Ix二極管連接的MOS管從源極看進(jìn)去的小信號等效電阻：常用公式1Vx

1gm

gmb||ro

Ix gm

gmb

2021/10/10星期日67重郵光電工程學(xué)院二極管連接的MOS管小信號阻抗1VX= RD+r0≈+IX 1+(gm+gmb)r0(gm+gmb)r0gm+gmbRin11Vxgm

gmb||ro

RDIx gm

gmb對于圖(c)對于圖(a)、(b)(a)

(b)(c)λ=0時同(a)`(b)2021/10/10星期日68重郵光電工程學(xué)院單級放大器Ch.3#16 MOS二極管連接負(fù)載的共源極 1 gm1 1

Av

gm1gm2

gmb2 gm21

η1(W/L)1Av

up(W/L)2(W/L)21

ηun(W/L)1Av

增益與偏置電流無關(guān)，即輸入與輸出呈線性(大信號時也如此！)Rin=1/(gm2+gmb2)Rin=1/gm2NMOS二極管Vbs≠0PMOS二極管Vbs=0問題:ID1

0時，M2是工作在飽和區(qū)還是線性區(qū)?2021/10/10星期日69重郵光電工程學(xué)院二極管連結(jié)MOS管的工作狀態(tài)MOS管二極管連結(jié)并導(dǎo)通時,Vg=Vd,顯然,不論是NMOS還是PMOS管,均工作在飽和區(qū)!!!2021/10/10星期日70重郵光電工程學(xué)院MOS二極管連接負(fù)載的共源極(例1)μp(W/L)2

100μn(W/L)1則有：通常：μn

2μp(W/L)2

50(W/L)于是：

1V若需A =10? 若(W/L)2=1，則(W/L)1>>1;(W?L)1很大,若(W/L)1=1，則(W/L)2<<1,(W?L)2很大,無論如何，這都會導(dǎo)致要么輸入寄生電容太大或輸出寄生電容太大((W?L)越大,寄生電容也越大)，從而減小3dB帶寬。? 相對而言，(W/L)2<<1對帶寬的影響比(W/L)1>>1要小。? 這體現(xiàn)了增益與速度(帶寬)的矛盾!2021/10/10星期日71重郵光電工程學(xué)院MOS二極管連接負(fù)載的共源極22?

(VGS2

VTH2)?

L?2?

W??

(VGS1

VTH1)

up?un??

L?1?

W?∵Von2=VDD-Vo-|VTP|∴Vo=VDD-|VTP|-Von2D1 D2∵I =I ∴Vp 2 GS1 TH1 on1A=-μn(W/L)1=-|VGS2-VTH2|=-Von2μ(W/L)V -V

V記Von=VGS-VT表示MOS管的過驅(qū)動電壓(Von越大,MOS管工作電流也越大),該式表明增益是兩管過驅(qū)動電壓之比，AV越大，Von2越大，Vomax越小。2021/10/10星期日72重郵光電工程學(xué)院假定Von1=VGS1-VTH1=Vin-VTH1≥0.2V? 設(shè)電源電壓VDD=3V, |VTN|=|VTP|=0.7V????若AV=-10,則|VGS2|≥|AV|?Von1+|VTH2|=2.7V∵|VDS2|=|VGS2|≥2.7V故Vo=VDD-|VDS2|≤3-2.7=0.3V,聯(lián)系到M1飽和要求:Vo=VDS1≥VGS1-VTH1=Von1=0.2V.故Vo的變化范圍僅有0.2V～0.3V，輸出電壓擺幅非常小。 MOS二極管連接負(fù)載的共源極(例2) Vp

2GS1 TH1 on1A=-μn(W/L)1=-|VGS2-VTH2|=-Von2μ(W/L)V -V

V問題: 顯而易見,Vin

,Vo

,又∵Vo≥Vin-VTH1(M1飽和要求)故存在Vinmax,那么Vinmax=?2021/10/10星期日73重郵光電工程學(xué)院求上例中Vinmax=?(例3)Vp 2 GS1 TH1 on1A=-μn(W/L)1=-|VGS2-VTH2|=-Von2μ(W/L)V -V

V∴Vinmax=(3–0.7)/(1+10)+0.7=0.91V? 設(shè)電源電壓VDD=3V,|AV|=10,|VTN|=|VTP|=0.7V∵M(jìn)1臨界飽和時:Vo=Von1=VGS1-VTH1=

Vinmax-VTH1又∵|VGS2|=|AV|(Vinmax-VTH1)+|

VTH2|又∵Vo+|VGS2|=

VDD∴(Vinmax-VTH1)(1+|AV|)+|VTH2|=

VDD∴Vinmax=(VDD-|VTH2|)/(1+|AV|)+

VTH1??∴0.7V=VTH1<Vin≤0.91V易見，M1的輸入電壓范圍也很窄!2021/10/10星期日74重郵光電工程學(xué)院MOS二極管連接負(fù)載的共源極1||ro1||ro2)gm2

gmb2Av

gm1(Rin=[1/(gm2+gmb2)]//r02Rin=(1/gm2)//r02NMOS負(fù)載時，λ≠0，γ≠0PMOS負(fù)載時，λ≠0，γ=0o1 o2gm2m1Av

g( 1||r||r )思考題:當(dāng)M1截止時，輸出電壓最大值為多少?2021/10/10星期日75重郵光電工程學(xué)院具有階躍偏置電流的二極管連接器件在數(shù)字電路中,NMOS、PMOS的柵極在開關(guān)導(dǎo)通時分別接“1”、“0”電平,截止時剛好相反,兩種開關(guān)并聯(lián)即構(gòu)成CMOS傳輸門。? 若I1越來越小,VGS越來越接近VTH? I1越來越接近0時,忽略漏電流的影響,我們有：VGS≈VTH2,因此Vout≈VDD-VTH2!!!? 此即NMOS模擬開關(guān)傳送高電平時的閾值損失特性? PMOS開關(guān)呢？情況又如何？2021/10/10星期日76重郵光電工程學(xué)院 MOS二極管連接共源極的最大輸出電壓 M1截止若上圖中M2的柵極接一個固定電壓Vb結(jié)果又如何?2021/10/10星期日77重郵光電工程學(xué)院MOS二極管連接共源極的最大輸出電壓M1截止2021/10/10星期日78重郵光電工程學(xué)院 MOS二極管連接負(fù)載共源極的小結(jié) ? 增益AV

[(W/L)1/(W/L)2]1/2=Von2/Von1。? 增益AV不高(一般<10)，且輸入、輸出擺幅小，這一特點限制了它的應(yīng)用。?它的優(yōu)點是跨導(dǎo)gm與電流ID無關(guān)，放大器的線性特性好，大信號下也如此。二極管連接的MOS管常用來構(gòu)成有源電流鏡。? 有改善AV不高、輸出擺幅小這一缺點的電路，但效果不是特別明顯。2021/10/10星期日79重郵光電工程學(xué)院 MOS二極管連接負(fù)載的共源極(例4) 右圖中M1偏置在飽和區(qū)，漏電流為I1。已知IS=0.75I1，求AV=？2D2m2 pvμp(W/L)24μn(W/L)1g μ(W/L)IA

μC(W/L)I

n OX 1D1g

m1(VGS14Av

V

TH1)|VGS2

VTH2|

ID1

4ID2,

2p2nLLμ(VGS2

VTH2)?

??

?2?

W?TH1)

4μ(VGS1

V?

??

?1?

W?增加IS在相同增益下可增加輸出電壓擺幅。2021/10/10星期日80重郵光電工程學(xué)院采用電流源負(fù)載的共源級2TH1 outin1D1LnOX)

I1(V

V )(1

λVW?

??

??

?I

0.5μCCj由上式可知:若I1為理想恒流,Vin↑,則Vout↓Ij也可以這樣理解:靜態(tài)時,I1=ID1,V0為一確定的靜態(tài)電壓,Ij=0。Vin↑,ID1↑,Ij=I1-ID1<0,Cj(可以理解成是負(fù)載電容,也可以理解成是寄生電容)放電,V0↓,反之,Vin↓,ID1↓,Ij=I1-ID1>0,Cj充電,V0↑2021/10/10星期日81重郵光電工程學(xué)院單級放大器Ch.3#29電流源負(fù)載共源級的輸出電壓擺幅問題記Von=VGS-VT，常稱Von為MOS管的過驅(qū)動電壓,它表征MOS管工作電流的大小M1、M2飽和要求:Von1=Vin-VTN≤Vout≤Vb+|VTP|=VDD–Von21. 輸出電壓擺幅與Vin、Vb有關(guān)(也常說成與Von1、Von2有關(guān),兩種說法是一致的)。保持ID不變,若(W/L)1,2↑，Von1、2↓,Vin↓,Vb↑,擺幅增加(反之減小)。但(W·L)↑，寄生電容↑，高頻性能變差，f3dB↓。此即擺幅與帶寬的折衷。2. 若保持(W/L)1,2不變，ID↑(ID增加一般來說放大器速度也增加),Von↑,Vin↑,Vb↓,擺幅減小(反之增加)。此即速度與擺幅的折衷。問題: 靜態(tài)工作點Vout如何計算?????2021/10/10星期日82重郵光電工程學(xué)院單級放大器

電流源負(fù)載共源級的靜態(tài)點問題(1)

n(W/L)1(Vin-VTN)2(1+

1V0)=

P(W/L)2(VDD-Vb-|VTP|)2[1+

1(V0-VDD)]靜態(tài)時(Vin、Vb為一固定常數(shù))，Vout的大小由溝道調(diào)制效應(yīng)(λ1、λ2)決定，若不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)則無法求得靜態(tài)工作點，這種情況叫靜態(tài)工作點無法“目測”靜態(tài)工作點不能“目測”in TN DD 0 TP0DDTP inTN22 2V=V-|V|-β1(V-V)β若不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)：β1(V-V)2=β2(V -V-|V|)2靜態(tài)工作點可以“目測”2021/10/10星期日83重郵光電工程學(xué)院單級放大器ISS變化2ΔISS導(dǎo)致V01變化ΔV01等效于Vin變化ΔVin導(dǎo)致V0變化ΔV0

靜態(tài)點不能“目測”帶來的問題(1) 半電路ISS的變化導(dǎo)致靜態(tài)點電壓的劇烈變化恒流源負(fù)載的CS用作差分輸入級的半電路時,ISS若因輸入共模電壓Vin1=Vin2發(fā)生變化帶來溝道調(diào)制效應(yīng)(ISS通常是以單NMOS構(gòu)成的簡單恒流源)導(dǎo)致ISS有一微小變化2ΔISS,其靜態(tài)電壓V01因r01//r02較大而變化一較大量2ΔISS(r01//r02)(特別是共源共柵結(jié)構(gòu)尤其明顯),這將導(dǎo)致后級因此無法正常工作。該電路作為差分對的半邊電路時，必需輔以穩(wěn)定Vout靜態(tài)電壓的電路(通常稱為共模反饋電路)才能正常工作！2021/10/10星期日84重郵光電工程學(xué)院

靜態(tài)點不能“目測”與能“目測”的差異

Vout=

ISS/gm3<<

ISS(r01//r02) A B2ΔISS靜態(tài)時A、B兩點電壓相等,因從M2(3)漏端看進(jìn)去的阻抗1/gm2(3)遠(yuǎn)小于r01//r02,故ISS若因共模電壓Vin1=Vin2發(fā)生變化帶來溝道調(diào)制效應(yīng)(ISS通常是以單NMOS構(gòu)成的簡單恒流源)導(dǎo)致ISS有一微小變化2ΔISS,則靜態(tài)電壓的變化比恒流源負(fù)載的CS小得多,故該二級管連接負(fù)載的CS電路作為差分對的半邊電路時，勿需共Rin

1/gm3不能“目測”時的變化量模反饋電路即能正常工作！2021/10/10星期日85重郵光電工程學(xué)院采用電流源負(fù)載共源級的AV1 Dn ox Dm o1λILW

1????

1??2μ C I ????

g r

(∵λ∝1/L)注意增益與ID的平方根成反比!注意其AV與擺幅之間的關(guān)系同帶電阻負(fù)載CS的差別D益、擺幅、速度之間的折衷關(guān)系。IW

L

Av

gmro1||ro21. 若W、ID不變,L↑(r02↑),AV↑，但過驅(qū)動電壓Von↑，輸出電壓擺幅↓，若同時保持Von不變(即擺幅不變)，則需W↑，這會導(dǎo)致寄生電容↑,放大器帶寬↓。這充分體現(xiàn)了模擬設(shè)計中的增益、擺幅、帶寬之間的折衷關(guān)系。(電阻負(fù)載CS中ID不變,RD↑,AV↑,擺幅一定↓)2. 若L、ID不變,W↑,AV↑，過驅(qū)動電壓Von↓，輸出電壓擺幅↑,這會導(dǎo)致寄生電容↑,放大器帶寬↓。這體現(xiàn)了模擬設(shè)計中的增益、擺幅、帶寬之間的折衷關(guān)系。3. 若ID↓,AV↑,過驅(qū)動電壓Von↓,擺幅↑,放大器速度↓(ID↓),這體現(xiàn)了增2021/10/10星期日86重郵光電工程學(xué)院

工作在線性區(qū)的MOS負(fù)載的共源級 Av

gmRON21bDDON2(V

V

|VTHP|)R

?μnCox??

L?

2?

W?2021/10/10星期日87重郵光電工程學(xué)院工作在線性區(qū)的MOS負(fù)載的共源級M2工作在線性區(qū)需滿足:Vout-VDD≤Vb-VDD-VTH2,即如何確定Vb？M2導(dǎo)通需滿足:Vb-VDD≤VTH2,即

Vb≤VDD+VTH2?Av

gmRON21DD bμnCoxON2(V

V

|VTHP|)R

?

??

L?

2?

W?Vb≥Vout+VTH2? M2工作在深線性區(qū)需滿足:2(Vb-VDD-VTH2)>>Vout-VDD,即:Vb>>VDD/2+VTH2+Vout/2? Vb、(W/L)2還應(yīng)滿足Ron2大小的要求產(chǎn)生上述條件的Vb很難,且AV不高,故這種放大器很少采用!!!2021/10/10星期日88重郵光電工程學(xué)院 CS放大器小結(jié) 1.帶電阻負(fù)載的CS增益AV=-gmRD,因RD↑,芯片版圖面積↑,且噪聲↑,輸出擺幅↓,故難于獲得高增益,但因電阻的匹配好,常用于作低失調(diào)放大器的差分輸入級。2. 帶MOS二極管連接負(fù)載的CS增益AV=-gm1/gm2,因擺幅、帶寬、芯片版圖面積等原因難于獲得高增益,因此用得較少。3. 帶恒流源負(fù)載的CS增益AV=-r01//r02,因高增益與輸出擺幅沒有不可避免的矛盾,故用得最多,用作差分輸入級的半電路時需共模反饋電路以穩(wěn)定靜態(tài)直流工作點。4. 由于存在密勒效應(yīng)，頻帶一般，常同CB聯(lián)合構(gòu)成CS—CB放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級。2021/10/10星期日89重郵光電工程學(xué)院

帶源極負(fù)反饋的共源級(λ=0，γ=0) Av

GmRDm SvA1

gR

gmRDm Smgm1

gRG

若gmRD>>1,AV≈RD/RS,輸入與輸出呈線性,因AV

,輸入電壓線性范圍

,這是以犧牲增益為代價的。同時RS的引入,輸出電壓V0min=Von1+VRS(比無RS時:V0min=Von1大了VRS)。輸出擺幅

。等效跨導(dǎo)假定λ=0，γ=02021/10/10星期日90重郵光電工程學(xué)院帶源極負(fù)反饋的共源級(λ=0，γ=0)m SvRDA1/gm

RS

1

gR

gmRDRS=0、RS≠0漏電流和跨導(dǎo)曲線的差異從源級看進(jìn)去的阻抗源級反饋電阻負(fù)載電阻RS=0RS≠02021/10/10星期日91重郵光電工程學(xué)院帶源極負(fù)反饋的共源級(λ=0，γ=0)Rin=1/gm2負(fù)載電阻m Sm SvRD1/g

R

1

gRgm

RDA

? 注意到M2連接為二極管，故其小信號等效電阻為1/gm2。? 于是，AV=-RD/(1/gm1+1/gm2)從源級看進(jìn)去的阻抗源級反饋電阻2021/10/10星期日92m SvA1

gR

gmRDm Sm 1 Doutm S

in 1m 1 SinD Sin1V1

gRgVR

m in D

V

gVR

1

gR

V

V

V

IR

V

gVR=-GmRD等效跨導(dǎo)重郵光電工程學(xué)院帶源極負(fù)反饋的共源級(λ=0，γ=0)假定λ=0，γ=02021/10/10星期日93重郵光電工程學(xué)院在講解考慮溝道調(diào)制效應(yīng)和襯偏效應(yīng)(λ≠0，γ≠0)，的帶源極負(fù)反饋的共源級之前我們先來看一個輔助定理！2021/10/10星期日94重郵光電工程學(xué)院輔助定理在線性電路中，電壓增益Av=-GmRout，其中Gm表示輸出對地短接時電路的跨導(dǎo)；Rout表示當(dāng)輸入電壓為零時電路的輸出電阻。如上圖所示。如果電路的Gm、Rout可以通過觀察確定，這個輔助定理將會非常有用。∵Vout=-IoutRout，定義Gm=Iout/Vin，則Vout=GmVinRout∴Av=Vout/Vin=-GmRout2021/10/10星期日95重郵光電工程學(xué)院帶負(fù)反饋的共源級的等效跨導(dǎo)GmmbmSinmoout Smbm in out Somb Xm 1gmroVrrg )RS

]roR

[1

(g

I

out

GR)

IoutRSR)

g(

I

g(V

IV

IoutRS

gV

gλ≠0，γ≠0Iout

gmV1

gmbVbs

Iro2021/10/10星期日96重郵光電工程學(xué)院共源極的輸出電阻RoutROUT

[1

(gm

gmb)ro]RS

roROUT

ro[1

(gm

gmb)RS]Av

GmRD||ro

Irog

mb

VbsIX

gmV1

gm(

IXRS)

gmbIXRS

IroVX

ro(IX

(gm

gmb)RSIX)

IXRS輸出電阻比不帶RS時擴(kuò)大了[1+(gm+gmb)]RS倍!2021/10/10星期日97mbmSm)RS]rogmroR

[1

(g

gG

重郵光電工程學(xué)院帶負(fù)反饋的共源級(λ≠0，γ≠0)λ≠0，γ≠0由代維南定理，可求得輸出端的等效輸出電阻：ROUT

[1

(gm

gmb)ro]RS

roAv

Gm(RD||ROUT)由輔助定理,得:2021/10/10星期日98重郵光電工程學(xué)院恒流源負(fù)載、帶源極負(fù)反饋的增益Av

GmRD||ro

RD||ro

||{[1

(gm

gmb)ro]Rs

ro}mb S oS mm)R]rgmroR

[1

(g

gG

AV與RS無關(guān)，請解釋這個現(xiàn)象！Av

gmro!2021/10/10星期日99重郵光電工程學(xué)院

帶源級負(fù)反饋電阻的CS放大器小結(jié) 1. 因引入負(fù)反饋電阻RS,AV

,輸入線性范圍

,常在高線性的V/I變換電路中用作差分輸入級的半電路。2. 因輸出阻抗較高,利用該特性可在MOS管的源級加入負(fù)反饋電阻以構(gòu)成高性能電流源。3. 因負(fù)反饋電阻RS的引入,輸出電壓允許的最小值增加,即輸出擺幅

。即因此多消耗了一些電壓余度。2021/10/10星期日100重郵光電工程學(xué)院源極跟隨器及其小信號等效電路mbmmbmout1g g g

gR

1||1

Smmm SSmbmvRSgRSgmRS1/g

R

g

g1/g

(

m mb)R

1

(g

g)RA

問題:M1會隨Vin↑而進(jìn)入線性區(qū)嗎?2021/10/10星期日101重郵光電工程學(xué)院源極跟隨器的輸出電阻mbmmbmXoutg1g1R1

//I g

g

V

XV1

VX

IX

gmVX

gmbVX

0襯偏效應(yīng)等效于在輸出端接了一個電阻1/gmb——這僅對源跟隨器是正確的！襯偏效應(yīng)使源跟隨器的輸出電阻減小了！2021/10/10星期日102重郵光電工程學(xué)院源極跟隨器的輸出電阻(例)習(xí)題2.2：W/L=50/0.5，ID=0.5mA，求gm1gm

3.66L

273Ω1

g

2μnCoxWID

3.66mA/VoutNMOSmNMOSR若是PMOS管，該值還會增加近乎1倍對于BJT：Rout=re=VT/IC=26mV/0.5mA=52Ω易見,BJT射極跟隨器的輸出電阻比MOS源跟隨器的輸出電阻小很多,且實際用作輸出級時ID更大些，RoutBJT/RoutMOS會更大一些!!這也是源跟隨器驅(qū)動能力不強(qiáng)、實際中驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載不常用的原因。實際中常用什么做輸出級驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載呢?2021/10/10星期日103重郵光電工程學(xué)院驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載的A類BiCMOS輸出級Q1是N—SUB上的襯底NPN，注意：因N—SUB接最高電位VDD，故Q1的集電極C只能接VDD。同理，P—SUB上只能做襯底PNP，因P—SUB接最低電位VEE，故襯底PNP的集電極C只能接VEE。襯底NPN(PNP)的

可做到>100。2021/10/10星期日104mbmgmg

gAV

重郵光電工程學(xué)院恒流源偏值源極跟隨器的增益λ1=λ2=0，γ1≠0代維南等效2021/10/10星期日105重郵光電工程學(xué)院恒流源負(fù)載的源極跟隨器gm11g ||ro1||ro2||RLmb1g ||ro1||ro2||RLmb

如何求Vout的擺幅?擺幅Av、Vb、偏值電流I0、頻率響應(yīng)的折衷關(guān)系如何？λ1≠0，λ2≠0，γ1≠0輸出端視在輸入阻抗此項始終不變2021/10/10星期日106重郵光電工程學(xué)院例3.8：計算下圖電路的電壓增益AVgm11

(1||r||r|| 1g o1 o2 g

g )mb1 m2 mb21||r||r|| 1o1 o2gmb1 gm2

gmb2Av

輸出端視在輸入阻抗021//rgm2+gmb2λ1≠0,λ2≠0γ1≠0,γ2≠0從M2源端看進(jìn)去的阻抗為：從M1源端看進(jìn)去的阻抗為：mb11//r01gM1襯偏效應(yīng)的等效電阻M1襯偏效應(yīng)的等效電阻2021/10/10星期日107重郵光電工程學(xué)院源跟隨器與共源放大器的級聯(lián)用作電平移動的源跟隨器會消耗電壓余度(減小輸出擺幅)1.僅有CS放大器，M1工作在飽和區(qū)時:VX≥VonM1=Vin-VTH12.加上源跟隨器后，M3工作在飽和區(qū)時:VX≥VGS2+VonM3=VGS2+(Vb-VTH3)2021/10/10星期日108重郵光電工程學(xué)院 P-SUB上沒有體效應(yīng)的PMOS源跟隨器 2021/10/10星期日109重郵光電工程學(xué)院源級跟隨器小結(jié)1.源級跟隨器的AV≤1，因輸出電阻較大，一般只用來驅(qū)動小電容(或高阻)負(fù)載，不宜用來驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載。2. 源級跟隨器的最可能的應(yīng)用是用來構(gòu)成電平位移電路。3. 驅(qū)動低阻、大電容負(fù)載常用襯底NPN(PNP)構(gòu)成射極跟隨器來驅(qū)動。2021/10/10星期日110重郵光電工程學(xué)院例3.9 源極跟隨器的應(yīng)用1. 在所關(guān)心的頻率下C1交流短路，求AV？M1工作在飽和區(qū)時，輸入端允許的最大直流電平為多少？2. 為了允許接近VDD的輸入直流電平，電路改為(b)圖所示，M1、M3的柵源電壓應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系才能保證M1個工作在飽和區(qū)？AV=-gm1[r01//r02//(1/gm2)Vinmax≤VDD-|VGS2|+VTN若Vin=VDD，則VX=VDD-VGS3，要保證M1工作在飽和區(qū)，則有：VDD-VGS3-VTN≤VDD-|VGS2|，即VGS3+VTN≥|VGS2|2021/10/10星期日111重郵光電工程學(xué)院共柵放大器輸入——輸出特性直接耦合的共柵級電容耦合的共柵級Av

(gm

gmb)RD

gm(1

η)RDRout

{[1

(gm

gmb)ro]RS

ro}||RD2021/10/10星期日112重郵光電工程學(xué)院共柵放大器的輸入電阻VXRD+r0 RD1= ≈ +IX 1+(gm+gmb)r0 (gm+gmb)r0 gm+gmbRDIX+r0[IX-(gm+gmb)VX]=VXRD減小了(gm+gmb)r0倍！呈現(xiàn)出阻抗變換特性！若λ=0，Rin=1/(gm+gmb)，輸入呈現(xiàn)低阻抗特征2021/10/10星期日113重郵光電工程學(xué)院共柵放大器阻抗變換特性的應(yīng)用? 假定傳輸線的特征阻抗為50?? 若λ=γ=0,則漏電流的變化gm1△VX都是從RD抽取的，故兩個電路的增益都是AV≈-gmRD.? 為使結(jié)點X處的反射最小，傳輸線的負(fù)載阻抗必須等于其特征阻抗。RD≠50?時，(a)一定存在波反射，(b)中選則2021/10/10星期日114重郵光電工程學(xué)院共柵放大器的輸出電阻RS為信號源內(nèi)阻IX

gmV1

gmbVbs

Iro

gm(

IXRS)

gmbIXRS

IroVX

ro(IX

(gm

gmb)RSIX)

IXRSROUT

[1

(gm

gmb)ro]RS

ro

ro[1

(gm

gmb)RS]共柵放大器的輸出電阻很大，約為r0的[1+(gm+gmb)RS]倍!理解這一點是理解共源共柵電路的基礎(chǔ)。2021/10/10星期日115重郵光電工程學(xué)院共柵放大器的增益AVDSmb o SmovRDg )rR

R

Rr

(g(gm

gmb)ro

1A

2021/10/10星期日116重郵光電工程學(xué)院共柵放大器增益AV的討論DSmb o SmovRDg )rR

R

Rr

(g(gm

gmb)ro

1A

m mb S(gm

gmb)RD1

(g

g )RlimA

0r→∞v這同帶源級負(fù)反饋電阻RS的CS增益,只是符號相反,給出直觀解釋limAv

1

(gm

gmb)r0

(gm

gmb)r0RD→∞這同帶恒流源負(fù)載的CS增益,只是符號相反,給出直觀解釋2021/10/10星期日117重郵光電工程學(xué)院共柵放大器小結(jié)1. Ai≈1，AV=gm(RD//r0)，AV同CS放大器相當(dāng)2. 輸入阻抗低，有阻抗變換特性。3. 輸出阻抗高，可用于提高增益和構(gòu)成高性能恒流源。4. 由于沒有密勒效應(yīng)，頻帶最寬，常同CS聯(lián)合構(gòu)成CS—CB放大器，用于高速運(yùn)放作差分輸入放大級。2021/10/10星期日118重郵光電工程學(xué)院

共源共柵（Cascade）放大器 輸入——輸出特性為什么VXmax=Vb-VT2？Vin↑時，M1、M2誰先進(jìn)入線性區(qū)？誰先進(jìn)入線性區(qū)對恒流特性和輸出擺幅有何關(guān)系?? 當(dāng)VX<Vin–VTH1時M1進(jìn)入線性區(qū)? 當(dāng)Vout<Vb–VTH2時M2進(jìn)入線性區(qū)? 容易分析，Vb較小時，M1比M2先進(jìn)入線性區(qū)2021/10/10星期日119重郵光電工程學(xué)院M1、M2不同偏值時Pspice仿真結(jié)果12V3.8V1.8V12V1.5V1.8VM3M2M3M2M2最后進(jìn)入線性M3最先進(jìn)入線性,該點電壓即是V0minM2一開始就工作在線性區(qū)VAIDVAVA IDVA注意比較單MOS管與共源共柵結(jié)構(gòu)曲線的斜率2021/10/10星期日120重郵光電工程學(xué)院M1、M2同時進(jìn)入線性時Pspice仿真結(jié)果12V2V1.8VM1、M2同時進(jìn)入線性,該點電壓即是V0minM2M3M2一開始就工作在線性區(qū)斜率有明顯差別!線性，這樣可以獲得最大擺幅M2最后進(jìn)入線性M3最先進(jìn)入線性該點電壓即是V0minVAIDVAVAVAIDID最理想的情況是M2、M3同時進(jìn)入2021/10/10星期日121重郵光電工程學(xué)院共源共柵放大器的偏值條件M1飽和時:VX≥

Vin–VTH1，即：Vb≥Vin–VTH1+VGS2或：

Vb

≥

Von1

+

VGS2M2飽和時:Vout≥

Vb–VTH2，即:Vout≥Von1+

VGS2–VTH2或：

Vout≥

Von1

+

Von2共柵管M2的增加雖然提高了從M2漏端看進(jìn)去的阻抗、改善了放大器的頻率特性，但輸出電壓擺幅減小了一個大小等于M2的過驅(qū)動電壓。這是靠犧牲擺幅來獲取帶寬和增益的提高。2021/10/10星期日122重郵光電工程學(xué)院共源共柵放大器的小信號等效電路λ1=0，λ2=0，γ2≠0Rout

{[1

(gm2

gmb2)ro2]ro1

ro2}||RD

[ro1ro2(gm2

gmb2)]||RDAV

gm1{[ro1ro2(gm2

gmb2)]||RD]}2021/10/10星期日123重郵光電工程學(xué)院例：求下圖電路的AV(假定λ=0)1m1inPRPm1inD2RP(gm2

gmb2)

1RP(gm2

gmb2)

gVR

I

gVAmb2VinVRP(gm2

g )

1IR g(g

g )RR

D2 D

m1 m2 mb2 P DM1的小信號電流gm1Vin被Rp和向M2源端看進(jìn)去的阻抗1/(gm2+gmb2)分成兩部分，故：gm2

gmb2因Vout=ID2RD，所以：2021/10/10星期日124重郵光電工程學(xué)院共源共柵放大器的輸出電阻注意：左邊電路的輸出阻抗就是共源放大器帶負(fù)反饋電阻RS的的輸出阻抗Rout

[1

(gm2

gmb2)ro2]ro1

ro2

ro1ro2(gm2

gmb2)上式表示共源共柵結(jié)構(gòu)具有很高的輸出阻抗，對提高放大器小信號增益、提高電路源的恒流特性十分有利2021/10/10星期日125重郵光電工程學(xué)院共柵放大器的輸出電阻大在恒流源中的應(yīng)用12V2V1.8VM1、M2同時進(jìn)入線性輸出電壓擺幅最大M2M312V3.8V1.8VM3Voutmin,M2最后進(jìn)入線性M3最先進(jìn)入線性M2VoutminVAVAVAIDVA ID2021/10/10星期日126重郵光電工程學(xué)院恒流源負(fù)載的共源共柵放大器Rout

[1

(gm2

gmb2)ro2]ro1

ro2

ro1ro2(gm2

gmb2)理想恒流源如何近似產(chǎn)生？AVg

mb2

)

gm1ro1ro2(gm22021/10/10星期日127重郵光電工程學(xué)院共源共柵（Cascade）放大器AV

gm1[(ro1ro2gm2)||(ro3ro4gm3)]用共源共柵電流源近似代替理想恒流源該電路的靜態(tài)工作點Vout能“目測”嗎?為什么?因M1、M2的高輸出阻抗，欲得高增益要求所帶負(fù)載也必須是高輸出阻抗，故負(fù)載也常用共源共柵電路源。2021/10/10星期日128重郵光電工程學(xué)院共源共柵電路靜態(tài)工作點不能“目測”帶來的問題CS—CB恒流源負(fù)載用作差分輸入級的半電路時,ISS若因輸入共模電壓發(fā)生變化(Vin1=Vin2=V