CMOS模拟集成电路设计_ch3单级放大器（一）.ppt

模拟CMOS集成电路设计,3. 单级放大器（一）,提纲,1、共源级放大器 2、源级跟随器（共漏级放大器） 3、共栅级放大器 4、共源共栅级放大器,提纲,2019/6/27,2,1、共源级放大器,1.1 电阻做负载的共源级放大器 大信号分析,共源级放大器,2019/6/27,3,MOS管工作在饱和区时,小信号分析,共源级放大器,2019/6/27,4,考虑沟道长度调制时，,线性区时,共源级放大器,2019/6/27,6,增益随Vin的变化而变化，在信号摆幅较大时会引入非线性,ID随Vin的变化关系,gm随Vin的变化关系,7,输入电压范围：,输出电压范围（摆幅）：,8,输入输出电阻的求解：,输入电阻,无穷大,输出电阻,9,练习,Av的最大化,增大W/L；寄生电容增大，带宽减小,增大VRD；输出摆幅减小,减小ID；RD会很大，输出节点时间常数增大,11,电阻做负载的共源级放大器的缺点？,优点？,1.2 MOS二极管连接做负载的共源级 MOS二极管连接,共源级放大器,2019/6/27,12,二极管连接的阻抗为,二极管连接的阻抗为,考虑体效应时,增益 NMOS二极管连接做负载,共源级放大器,2019/6/27,13,其中,没有体效应,PMOS二极管连接做负载,增益与偏置电流、电压无关！线性度好！,讨论 增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。 高增益要求会造成集体管的尺寸不均衡。,共源级放大器,2019/6/27,14,例：为了达到10倍增益， ，则(W/L)1=50(W/L)2,在这个例子中，M2的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的10倍。 若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，严重制约输出电压摆幅。,允许的输出电压摆幅减小。,15,输入电压范围：,输出电压范围（摆幅）：,书中图3.10 解释亚阈值导电的影响,16,输出电阻？,您能直观观察出来吗？,17,二极管连接的其他用途：电压偏置,18,同样大小的交流小信号电阻，用饱和区MOS管实现不仅容易，而且消耗的电压余度要小得多,电流源负载的共源级放大器,广泛的使用在CMOS集成电路中,1.3 电流源负载的共源级放大器 讨论 长沟器件可以产生高的电压增益 同时增加W、L将引入更大的节点电容 ID AV,共源级放大器,2019/6/27,19,20,输出摆幅,1.4 带源级负反馈的共源级放大器 小信号直接分析方法,共源级放大器,2019/6/27,21,讨论 增加源级负反馈电阻，使增益是gm的弱函数，实现线性的提高。 线性化的获得是以牺牲增益为代价的,考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为,共源级放大器,2019/6/27,22,小信号等效分析,共源级放大器,2019/6/27,23,辅助定理：在线性电路中，电压增益等于-GmRout，其中Gm表示输出与地短接时电路的跨导；Rout表示当输入电压为零时电路的输出电阻。,线性电路的输出端口可用诺顿定理来等效，输出电压为-IoutRout，定义Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。,Gm? Rout?,计算Gm,共源级放大器,2019/6/27,24,（考虑沟道长度调制及体效应),由于 ，所以,因此，,计算Rout,共源级放大器,2019/6/27,25,流经ro的电流：,得到,所以，,计算Av,共源级放大器,2