CMOS模拟集成电路设计-ch3单级放大器1.ppt

模拟CMOS集成电路设计,第3章单级放大器（一）,分离器件构成的音频放大器,2,用CMOS集成电路实现的音频放大器,二者有哪些区别？,3,4,3.1共源级放大器,电阻做负载的共源级放大器大信号分析,MOS管工作在饱和区时,5,线性区时,6,小信号分析,7,考虑沟道长度调制时，,用小信号模型求解小信号增益,输入电阻：,输出电阻：,8,9,练习,10,电阻做负载的共源级放大器的缺点：,优点：,增益低，因为为了实现高增益，必须加大负载电阻，这不仅占用了很大的版图面积，而且要求很高的电源电压，所以在低频模拟集成电路中很少采用。,寄生电容和噪声比较小，适应于低增益高频放大器（如在RF电路中得到广泛应用）,讨论：,11,MOS二极管连接做负载的共源级,12,小信号阻抗为,MOS二极管连接的小信号阻抗,13,考虑体效应，求源极看进去的阻抗,小信号阻抗为,二极管连接做负载的共源级增益,其中,NMOS二极管连接做负载,14,直观看电路，即可得出结论,没有体效应,PMOS二极管连接做负载,增益与输入信号无关！（线性度好）增益是器件尺寸的弱函数，因此增益比较低,讨论：,15,16,例：为了达到10倍增益，则(W/L)1=50(W/L)2,因此为了达到10倍增益，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,讨论（续）：不能达到高增益的原因,器件大小失配,17,这是改进的二极管连接放大器，提高了放大倍数，保留了线性度好的特点。,输出电阻,您能直观观察出来吗？,18,19,输出电压范围？,输入电压范围？,电流源做负载的共源级,20,可以实现较高增益,同样大小的交流小信号电阻，用饱和区MOS管实现比用电阻实现不仅容易，而且消耗的电压余度要小得多,21,输出摆幅,思考：随着放大倍数的提高，输入电压范围越来越小，我们真的能保证输入信号在这么小的范围内吗？,22,反馈,23,电流增大，增益怎么变化？,带源级负反馈的共源级放大器,24,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。,跨导随着Vin的变化而变化，引入非线性,对于一般的共源放大器,25,如果RS较大，,考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为,计算的复杂性大大增加,我们需要建立一种直观的联系来分析问题,26,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。,Gm?Rout?,辅助定理的由来：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。,27,计算Gm,28,计算Rout,29,计算Av,Av=-Gm(Rout|RD),结果看起来相当的复杂，实际问题的分析中往往不需要考虑体效应和沟调效应。,30,Av=“在漏极节点看到的电阻”/“在源极通路上看到的电阻”,这是一个经验结果，仅适合带源级负反馈的共源级的分析，但是这个结论可以极大地简化电路的分析。,31,从MOS源极看到的阻抗约等于,漏端的电阻被大大衰减了