模擬集成電路設(shè)計(jì) 魏廷存 第6章習(xí)題（含答案）

6.1圖6.39（a）、（b）、（c）、（d）為比較器的輸入-輸出關(guān)系曲線，如果比較器的輸入-輸出關(guān)系取反，試畫出此時(shí)的輸入-輸出關(guān)系曲線。圖6.39參考答案：6.2對(duì)于圖6.40所示比較器，假定M5的直流電流為100μA，W6/L6=5(W4/L4)，W8/L8=5(W3/L3)，且CL=10pF，VDD=4V，求比較器的傳輸時(shí)延。這里假設(shè)比較器的輸入信號(hào)幅度足夠大，導(dǎo)致比較器出現(xiàn)“轉(zhuǎn)換”現(xiàn)象，即時(shí)延由擺率SR決定。圖6.40解：當(dāng)該比較器處于靜態(tài)工作時(shí)，M6和M7管的靜態(tài)偏置電流為：當(dāng)該比較器工作在大信號(hào)擺幅的情況下，最大的source電流為：最大的sink電流為：當(dāng)給Vin的正端加一個(gè)正向的大信號(hào)時(shí)，M6導(dǎo)通，M7截止，此時(shí)對(duì)電容CL進(jìn)行充電，電容可以充電到VDD，此時(shí)的輸出電壓：即當(dāng)給Vin正端加一個(gè)負(fù)向的大信號(hào)時(shí)，此時(shí)M7導(dǎo)通，M6截止，此時(shí)電容CL進(jìn)行放電，電容放電到0V，此時(shí)的輸出電壓：即該比較器的傳輸延時(shí)為：6.3對(duì)于圖6.30所示外部正反饋遲滯比較器（反向輸入），試推導(dǎo)該比較器的正、負(fù)遲滯電壓。6.4對(duì)于圖6.31所示外部正反饋遲滯比較器（同向輸入，且遲滯曲線發(fā)生位移），試推導(dǎo)該比較器的正、負(fù)遲滯電壓以及電壓位移量。6.5對(duì)于圖6.41所示的外部正反饋遲滯比較器，假定VOH=2V，VOL=-2V，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1V，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)為0V。求電阻R1和R2之間的關(guān)系以及參考電壓VREF。圖6.41解：上部（向下）翻轉(zhuǎn)點(diǎn)：下部（向上）翻轉(zhuǎn)點(diǎn)：解得：6.6設(shè)計(jì)圖6.8所示的由三級(jí)開環(huán)運(yùn)放構(gòu)成的比較器。要求小信號(hào)差模電壓增益Avd>80dB，其它參數(shù)自定。CMOS管的參數(shù)為：μnCox=151μA/V2，μpCox=54μA/V2，VTHN,P=±0.70V。6.7設(shè)計(jì)圖6.42所示的輸入級(jí)為NMOS管的內(nèi)部正反饋遲滯比較器。假定電流I5=5μA，要求VTRP+>0.1V，VTRP-<-0.1V，小信號(hào)差模電壓增益Avd>60dB，其它參數(shù)自定。CMOS管的參數(shù)與題6.6相同。圖6.42(解：（1）假定M1的柵極接0電位，M2的柵極電位遠(yuǎn)小于0，則M1、M3導(dǎo)通，M6工作在深度線性區(qū)，而M2、M4、M7截止，此時(shí)輸出VO2為高電平；隨著Vin增加，M2逐漸導(dǎo)通，i2逐漸增大，最后M2完全導(dǎo)通，當(dāng)i2=i6時(shí)，正遲滯（翻轉(zhuǎn)）點(diǎn)發(fā)生。由于則有：可得：可得：由于M1和M2工作在飽和區(qū)，i1和i2為：假設(shè)M1和M2的尺寸和特性對(duì)稱，即則VTRP+可表示為：將代入上式（2）假定M1的柵極接0電位，M2的柵極電位遠(yuǎn)大于0，則M2、M4導(dǎo)通，M7工作在深度線性區(qū)，而M1、M3、M6截止，此時(shí)輸出VO1為高電平；隨著Vin減小，M1逐漸導(dǎo)通，i1逐漸增大，最后M1完全導(dǎo)通，當(dāng)i1=i7時(shí)，負(fù)遲滯（翻轉(zhuǎn)）點(diǎn)發(fā)生。由于則有：可得：可得：由于M1和M2工作在飽和區(qū)，i1和i2為：假設(shè)M1和M2的尺寸和特性對(duì)稱，即則VTRP+可表示為：將代入上式（3）根據(jù)題目要求，電流i5=5uA，要求VTRP+>0.1V，VTRP-<-0.1V，代入得取L=1um，W=2um解得：α=5代入得：上述結(jié)果滿足題意要求。則該比較器各晶體管的參數(shù)為：晶體管溝道長(zhǎng)度(um)寬長(zhǎng)比fingermultiplierM1,212:111M3,412:111M6,7110:111M5,822:111偏置電流源