模拟集成电路频率特性

模拟集成电路频率特性第1页，课件共38页，创作于2023年2月概述在单级放大器的低频特性分析中，忽略了器件的负载电容。记入寄生电容后的分析结果复杂、不直观。可采用一些简化电路结构的方法。密勒效应：将二端点X、Y之间的阻抗等效成二端点分别对地的阻抗。流过Z的电流是则，有同样的电流流过Z1：第2页，课件共38页，创作于2023年2月概述同样的，流过Z2的电流为：密勒定理没有指出怎样的电路可以等效。因此，并不是所以电路都能用密勒定理等效。例：X和Y间只有一个通路的电路是不能等效的。在阻抗Z和主通路并联的通常情况下，密勒定理是有效的。如图，可以将输入和输出间的阻抗等效到输入和输出端进行处理。第3页，课件共38页，创作于2023年2月概述密勒效应：如果用密勒定理来获得输入－输出传递函数，则，不能用该定理来计算输出阻抗。因为，求传递函数时，求输出阻抗时，，外加二种情况下，得到的可能是不同的。Av和频率有关。在一般的应用中，用低频时的增益近似。第4页，课件共38页，创作于2023年2月概述极点和结点的关联：利用密勒定理，可以将每一结点的阻抗看成结点到地的总电容和总电阻。A1、A2是理想的，R1、R2是输出电阻，Cin、CN是输入电容，Cp是负载电容。是一种近似方法，没有考虑零点。第5页，课件共38页，创作于2023年2月概述将放大器和输出结点一起考虑：R、C电路跨导放大器和输出负载主极点近似带宽单位增益带宽第6页，课件共38页，创作于2023年2月共源级电路结构：CGS和CDB是接地电容。饱和时，CGD在栅极的密勒等效项：CGD使输入电容增加，带宽下降。第7页，课件共38页，创作于2023年2月共源级CGD在漏极的密勒等效项：近似公式是一个双极点的函数，希望是只有一个主极点。近似公式中没有考虑零点。低频增益近似。第8页，课件共38页，创作于2023年2月共源级等效电路：~对X点：对Vout点：由上面二方程可得：第9页，课件共38页，创作于2023年2月共源级有二个极点，一个零点。是复杂的公式，其中对分母作适当处理：假定：第10页，课件共38页，创作于2023年2月共源级低频时，跨导还没有下降，可忽略令:则当频率上升时，可考虑第二个极点。若很大，第11页，课件共38页，创作于2023年2月共源级结论：当输入RC很大时，输入极点是主极点，结果和近似公式相同。零点：直观上，CGD提供了一条从输入到输出的前馈通道。高频时：流过M1和CGD的电流方向相同，大小相反。直观上，左图是共源级的频率相应曲线。第12页，课件共38页，创作于2023年2月共源级另一种近似方法：~忽略输入结点引入的极点（Rs=0），只考虑输出极点，则是单级点函数。输入电容是前级的负载电容。第13页，课件共38页，创作于2023年2月共源级若CL是在输出结点上看到的总电容。带宽同样可得零点单位增益带宽第14页，课件共38页，创作于2023年2月共源级将结果推广到MOS负载：带宽：结论：第15页，课件共38页，创作于2023年2月共源级输入阻抗：不再是无限大。输入阻抗：不再是无限大。输入阻抗是一个电容。高频时，如图第16页，课件共38页，创作于2023年2月共源级低频时，s很小，若CGD很大，则零点不能忽略。前馈通路近似为短路第17页，课件共38页，创作于2023年2月源跟随器源跟随器作为输出级（缓冲、电平移位）时，负载一般是电容。输入可能是高增益级的输出阻抗，但可以和输入电容一起看作前级的输出极点。X和Y之间的CGS使二极点的相互作用很大，二极点难以和结点对应。因为：Rs和CGS的值都很大，造成overshoot和ringing。假定Rs=0，则忽略一个极点，频率特性是一个单极点函数。第18页，课件共38页，创作于2023年2月源跟随器小信号分析：~一个极点：一个零点：在左半平面。高频时，通过CGS的直馈通路和通过M1的信号极性相同第19页，课件共38页，创作于2023年2月源跟随器输入阻抗：CGD是输入到地的电容，可先忽略。求得的输入阻抗和CGD并联得到总的阻抗。高频时：CGS和CL串联，再和一个负阻串联。第20页，课件共38页，创作于2023年2月源跟随器输出阻抗：在输出结点并联的元件有：忽略上述并联项，忽略由小信号等效电路，得到：低频时，高频时，一般情况下，电路作为缓冲器，Rs很大，输出阻抗随频率上升而增加。第21页，课件共38页，创作于2023年2月源跟随器输出阻抗的电感等效：输出阻抗可写为：若源跟随器的前级输出阻抗很大，则源跟随器的输出阻抗表现出电感现象。带大电容负载时，阶跃响应为减幅震荡。第22页，课件共38页，创作于2023年2月共栅级若忽略沟道长度调制效应，输入输出结点是“孤立”的，易达到宽带。交流接地引入二个极点，没有直馈通路，没有零点第23页，课件共38页，创作于2023年2月共栅级若计入沟道长度调制效应，输入输出结点不是“孤立”的。输入阻抗与输出结点有关，很难把极点和结点对应。例6.7给出了传递函数和输入阻抗的推导结果。输入阻抗：当CL或s很大时，输入阻抗约为：输出阻抗和共源共栅级相似，在下面讨论。第24页，课件共38页，创作于2023年2月共源共栅级通过共栅器件M2抑制结点X的密勒效应，提高带宽。对M1而言，X点的负载电阻是，M1的输入密勒项为：第25页，课件共38页，创作于2023年2月共源共栅级多了一个内部结点X：输出结点：有三个极点，其中一般不考虑。设计时选择在高频处。则：是主极点，传输函数是单极点函数。第26页，课件共38页，创作于2023年2月共源共栅级若RD由M3来代替，考虑和而因为X点的负载电阻第27页，课件共38页，创作于2023年2月共源共栅级Afωoutωu若要满足电路的相位补偿条件，必须：调节满足电路的相位补偿条件。共源共栅级的输出阻抗忽略Cy和CGD1，则输出阻抗相当于源极负反馈的共源级的情况。有一个极点，对电流源的应用有影响。第28页，课件共38页，创作于2023年2月差动对可分别讨论差分信号和共模信号的频率特性。对于双端输出的对称差动对可采用半边电路等效，则频率特性和共源级相同。例如:输入结点有密勒项可以近似得到：共模频率特性如果只考虑，则可利用差分对公式第29页，课件共38页，创作于2023年2月差动对一般要求M3在饱和区内，I很大，VDS很小。即M3的宽长比很大，寄生电容很大。代表输出（差模）极点，代表P点（共模）极点。共模抑制比下降不明显。第30页，课件共38页，创作于2023年2月差动对高阻抗负载的情况对偏置点G，M3、M4将大小相等，方向相反的电流导入G，则G点可近似交流接地。负载电容是各管的漏级电容和栅漏交叠电容。上述公式可适用。很大，很大，则输出极点是主极点。第31页，课件共38页，创作于2023年2月差动对CMOS差动对和双端输出（全对称）的电路相比，引入了一个镜像极点E。输出极点第32页，课件共38页，创作于2023年2月差动对零点：电路从输入到输出有二个通道，引入了零点对通道M1、M3、M4:对通道M2:零点在左半平面。主极点近似第33页，课件共38页，创作于2023年2月例1：电流漏共源级的性能已知：W1=2m,L1=1m,W2=1m,L2=1m,VDD=5,VGG1=3v,Cgd1=Cgd2＝100fF,Cbd1=200fF,Cbd2=100fF,Cgs2=200fF,CL=1pF。计算输出摆幅和小信号性能。第34页，课件共38页，创作于2023年2月例2：CMOS差动对的性能第35页，课件共38页，创作于2023年2月已知：VDD=-VSS=2.5V,SR≥10V/µs(CL=5pF),Pdiss≤1mW.f-3dB≥100kHz(CL=5pF),Av=100V/V,-1.5V≤ICMR≤2V参数：KN’=110µA/V2,KP’=50µA/V2,VTN=0.7V,VTP=-0.7V,λN=0.04V-1，