CMOS模拟集成电路设计ch单级放大器课件

1、2022/8/16提纲1提纲1、共源级放大器2、共漏级放大器（源跟随器）3、共栅级放大器4、共源共栅级放大器第1页，共36页。2022/8/162第2页，共36页。2022/8/16共源级放大器31、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cutoffactivetriodeMOS管工作在饱和区时第3页，共36页。2022/8/16共源级放大器4小信号分析考虑沟道长度调制时，第4页，共36页。2022/8/16共源级放大器5讨论增益对信号电平的依赖关系导致了非线性增大W/L、或增大VRD、或减小ID，都可以提高Av。但是，较大的器件尺寸，导致较大的器件电容。较高的VRD会限制最大

2、电压摆幅。若VRD保持常数，减小ID，则必须增大RD，导致更大的输出节点时间常数。第5页，共36页。2022/8/16共源级放大器61.2 MOS二极管连接做负载的共源级MOS二极管连接二极管连接的阻抗为二极管连接的阻抗为考虑体效应时第6页，共36页。2022/8/16共源级放大器7增益NMOS二极管连接做负载其中没有体效应PMOS二极管连接做负载第7页，共36页。2022/8/168另一种二极管连接nmos管做负载的结构优点？缺点？第8页，共36页。2022/8/169另一种二极管连接nmos管做负载的结构电流镜只采用nmos没有体效应增益精确好的PSRR两倍功耗第9页，共36页。2022/

3、8/16共源级放大器10讨论增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。高增益要求会造成晶体管的尺寸不均衡。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。第10页，共36页。2022/8/16共源级放大器111.3 电流源负载的共源级放大器讨论获得更大的增益M2的输出阻抗与所要求的M2的最小|VDS|之间联系较弱，因此对输出摆幅的限制较小。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

4、点电容。ID AV 考虑沟道长度调制，第11页，共36页。2022/8/16共源级放大器121.4 带源级负反馈的共源级放大器小信号直接分析方法这里，没有考虑体效应和沟道长度调制效应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。当gmRS1, AVRD/RS第12页，共36页。2022/8/16共源级放大器13考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为第13页，共36页。2022/8/16共源级放大器14小信号等效分析辅助定理：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

5、路的输出电阻。线性电路的输出端口可用诺顿定理来等效，可得，输出电压为-IoutRout，定义Gm=Iout/Vin，可得Vout=-GmVinRout。Gm?Rout?诺顿定理：线性有源单口网络等效电流源的恒流源等于有源单口网络的短路电流，内阻等于网络中所有独立源不激励时的端口电阻。第14页，共36页。2022/8/16共源级放大器15计算Gm（考虑沟道长度调制及体效应)由于 ，所以因此，第15页，共36页。2022/8/16共源级放大器16计算Rout计算流经ro的电流,带入V1，得到：得到所以，输出电阻增大！第16页，共36页。2022/8/16共源级放大器17计算AvAv=-Gm(Rou

6、t|RD)若忽略rO和gmb的影响，即rO和gmb=0,第17页，共36页。2022/8/16共漏级放大器182、共漏级放大器（源跟随器）大信号分析当VinVTH时，M1处于截止状态，Vout等于零；Vin增大并超过VTH，M1导通进入饱和区；Vin进一步增大， Vout跟随Vin的变化，且两者之差为VGS。第18页，共36页。2022/8/16共漏级放大器19小信号分析考虑体效应讨论增益VDD-|VTH1|，M1截止，电流I1全部通过M2，有Vout=VDD-I1RD如果VinVDD-|VTH1|，M1开启处于饱和区，随着Vin ，ID2，当ID1=I1时，ID20，有当Vin下降到Vin1以下，ID1趋向大于I1，迫使M1进入线性区使ID1=I1。第34页，共36页。2022/8/1635小结小信号增益输出电阻输入电阻摆幅线性度共源级电阻负载二极管负载忽略忽略小较好带源级负反馈忽