华中科技大学CMOS拉扎维课后作业答案中文

1、CMOS Analog DesignHome work 1 SolutionBy: 张涛（）2007年3月18日作业内容：一、书本上的习题2.22.5 (a)、(b)、(c)2.6 (a)、(b)2.72.152.82.182.24参考解答过程2.2.（1）对于NMOS，工作在饱和区时，有： = = （忽略沟长调制效应） =3.66mAV =20 A=73.3（2）对于PMOS，公式基本同上 = = （忽略沟长调制效应） =1.96mAV =10 A=19.62.5a.若不考虑二级效应，则 = 实际情况下，由于衬偏效应会影响 IXVX曲线图b.（1）当01时，S、D反向VGS-VTH=1.2-

2、VX VDS此时，NMOS处于S、D方向的三极管区（2）当11.2时，VGS-VTH=0.2>VDS=VX-1 （未考虑衬偏效应）此时，NMOS处于正向导通的三极管区IX=（3）当VX 1.2时NMOS处于饱和区 = IXVX曲线图未考虑衬偏效应时的曲线若考虑衬偏效应，则VTH增大，当衬偏效应比较小，反向后仍有VGS>VTH，曲线同上，当衬偏效应比较大时，VGS<VTH，则MOS管在反向之后一直截止，曲线如下：IXVX曲线图考虑衬偏效应时的曲线（c）（1）0<Vx<0.3时，MOS管反向导通。（未考虑衬偏效应）VGS=1-VX VDS=1.9-VXVGS-VTH=

3、0.3-VX<VDS=1.9-VXNMOS处于反向导通的饱和区此时Ix=-（2）当VX >0.3 时，MOS管截止IXVX曲线图考虑衬偏效应后，曲线与X轴的交点会该变位置2.6 |VGS|= |VDS|= 所以|VDS|>|VGS|-|VTH| PMOS处于饱区 = Gm= =IDVX曲线图Gm与VX曲线图 |VGS|= |VDS|= 所以VDS>VGS-VTH PMOS处于饱区 = Gm= =IDVX曲线图Gm与VX曲线图2.7 （为了简化运算和分析，这里没有考虑二级效应）1.VOUT有电流通过R1产生，电路工作时，S、D反向。（1）当0VIN0.7时，MO

4、S管截止VOUT=0（2）当0.7VIN1.7 VGS-VTH=VIN-VOUT-0.7 VDS=1-VOUT VGS-VTHVDSMOS管处于反向导通的饱和区Vout=（3）当1.7VIN3VGS-VTH VDSMOS管处于反向导通的三极管区Vout=VOUTVIN曲线图2.VOUT有电流通过R1产生，电路工作时，S、D反向。(1).当0VIN1.3时VDS=VIN-VOUTVGS-VTHNMOS处于反向导通的三极管区VOUT=IxR1=R1(2)当1.3VIN3NMOS处于反向饱区VOUT=IxR1=R1VOUTVIN曲线图2.8（a）VS=VDD-VOUT VB=VIN VSB=VDD-

5、VOUT-VINMOS管处于二极管连接形式的饱和区其中 所以 = I1是恒流源，为定值，因此，可以得到VOUT和VIN的关系，见下图VOUTVIN曲线图（b）VGS=2-1=1 VDS=VOUT-1 VSB=1-VIN当M1处于饱和区边缘时，有VGS-VTH=VDS1-=VOUT-1 （1）VOUT= = （2）由（1）（2）则可以解出临界VIN01.当0VINVIN0时VGS-VTHVDSM1处于饱和区VOUT=代入VGS、VTH可得到VINVOUT关系2. .当VIN0VINVIN1时VGS-VTH VDSM1处于线性区VOUT=3.当VINVIN1时，VGSVTHM1处于截止区代入VGS

6、、VTH、VDS可以得到VIN VOUT关系VIN0受电阻R1的大小影响，当R1比较小时，在03V时，MOS管一直饱和，随着R1的增加，MOS管在VIN在03v时，可能同时经过饱和，三极管甚至截止区VOUTVIN曲线图（c）S、D 反向导通VGS=2-VOUTVDS=2-VOUTVSB=VOUT-VIN所以VDSVGS-VTHM1始终处于反向导通的饱和区。VOUT=I1R1= = 其中实际仿真波形如下VOUTVIN曲线图理论上，VGS0，VOUT应该是小于2V的，但是从实际仿真波形图上可以看到，VOUT上升到了2V以上，这是因为VIN上升得比较大之后，衬低的电压大于VOUT，电流会从高电压流到

7、低电压处，并通过R1，使VOUT上升到2V以上。2.15 晶体管工作在饱和区且为折叠结构 CDG=15.36fF, CGS = 79.36fF求出gm即可工作在饱和区且ID = 1mA VGS=1.0182V2.18因为两图都以源端作为输出端，而由于体效应，源衬电压变化会引起漏源电流变化，从而不适合作为电流源。2.24（a）1. 当VG|VTHN|时M1截止（1）0VXVG+|VTHP| M2截止（2）VXVG+|VTHP|VX=VDS|VGS|-|VTHP|所以M2处于饱和区IXVX曲线图2. 当VG|VTHN|时M1导通（1）0VXVG+|VTHP|M2截止 （i）当0VXVGM1处于三极管区 （i）当VG+VTHNVXVG+|VTHP|时M1处于三极管区（2）VXVG+|VTHP|M1 M2均处于饱和区IXVX曲线图（b）1. 当VG|VTHN|时M1截止（1） 0VXVG+|VTHP|M2截止（2）VX>VG+|VTHP|因为M1截止，M2上仍然没有电流IXVX曲线图从实际的仿真波形，可以看到，当VX比