第七章 模拟集成电路中常用的单元电路

第七章模拟集成电路中

常用单元电路

1§7-1恒流源电路恒流源电路的基本工作原理是基于一定的参考电流，提供一个与参考电流成一定比例关系的恒定电流。恒流源电路是模拟集成电路中非常重要、广泛应用的单元电路之一。由于它能提供恒定的工作电流和很高的动态电阻，常常用于提供稳定的偏置电流和放大器的负载电阻，以便获得稳定的电路性能和大的增益。2

思考题

1.恒流源单元电路有哪些种类？各自的特点有哪些？

2.

恒流源作为有源负载有哪些特点？

3.设计恒流源时应注意哪些问题？37.1.1npn恒流源电路

1.基本型电流镜恒流源设T1和T2完全相同

，均工作在放大区。则：Ib1/Ib2=Ic1/

Ic2因此：Ir=Ic1+Ib1+Ib2=Io+

2Ib2=Io(

+2)/

VRrIrIoT1T2Ib1Ib2因为：

>>1所以：Ir

Io47.1.1npn恒流源电路

2.面积比恒流源设T1和T2发射结面积为AE1和AE2，其它条件完全相同，均工作在放大区。

则：Ib1/Ib2=Ic1/

Io=

AE1/AE2

因此：Ir=Ic1+

Ib1+Ib2则:Ir=Io(

AE1/AE2+AE1/AE2+1)/

因为：

>>1，AE1/AE2值较小所以：Ir

IoAE1/AE2即：

Io/

Ir=AE2/AE1VRrIrIoT1T2Ib1Ib257.1.1npn恒流源电路

3.电阻比恒流源Ib1Ib2VRrIrIoT1T2R1R2

IE1R1

+VBE1=IE2R2

+VBE2

IE1R1

=IE2R2

+VBE2

-

VBE1IE1R1

IE2R2因此：Ir=IE1+IE2/(

+1)=IE2[R2/R1+1/(

+1)]所以:Ir

IoR2/R1

即:Io/Ir

=R1/R2设T1和T2完全相同

，均工作在放大区。67.1.1npn恒流源电路

4.小电流恒流源Ib1Ib2VRrIrIoT1T2R2

VBE1=IE2R2

+VBE2

则：IE2R2

=VBE1

–

VBE2

=VTln(IE1/IE2)因此近似有：

Io=(VT/R2

)ln(Ir/Io)

根据已知的Ir

和需要的Io，就可以求出要设计的R2。其中：

VT=KT/q(热电压)

设T1和T2完全相同

，均工作在放大区。77.1.1npn恒流源电路

5.多支路恒流源VRrIrIo1T1T2Io2T3IoNTN+1则：

Ir=Ic1+(1+N)Ib

=Io+(1+N)Io/

即：Io/

Ir=

/[

+(1+N)]

可见，支路数增加，会使Io与

Ir的差值增大。

设晶体管均相同，均工作在放大区。87.1.1npn恒流源电路

6.带有缓冲级的恒流源VRrIrIo1T1T2Io2T3IoNTN+1V’T0则：

Ir=Ic1+Ib0

=Io+IE0/(+1)而：IE0=(1+N)Io/

可见，Io与

Ir的差值明显减小。

则：IoIr

=

2+

2+

+N+1设晶体管均相同，均工作在放大区。97.1.1npn恒流源电路

7.具有补偿作用的恒流源VRrIrIoT1T2T3IbIb2IbIb3Ie3Ic1Ic2这种电流源不仅使Io与

Ir的差值非常小，而且还具有负反馈补偿特性，更有利于工作点的稳定。补偿过程:

当由于某种原因使Io增大，则Ie3Ic2Ic1。而Ir=Ic1+Ib3不变，则Ic1Ib3Io。则：IoIr

=

2+

2

2+2

+2设晶体管均相同，均工作在放大区。107.1.1npn恒流源电路

8.版图举例IrIoGNDGNDIrIoGNDIrIoIrIo117.1.2pnp恒流源电路

1.概述在双极型模拟集成电路中，经常是npn管和pnp管互补应用，因此pnp恒流源同样得到广泛的应用。

pnp恒流源电路形式与npn恒流源相同，只是改变电源的接法和电流方向。值得注意的是PNP恒流源一般是由横向PNP管组成，而横向PNP管的增益（

）远远小于NPN管的增益（

），因此，PNP恒流源中Io与

Ir的近似程度较大。127.1.2pnp恒流源电路

2.单元电路图举例IrIo1T1T2RrT3VDDIrIo1T1T2RrIo2T3VDDIrIo1T1T2RrVDDIrIo1T1T2RrIo2T3VDDVDDVDD137.1.2pnp恒流源电路

3.单元版图举例147.1.3MOS型恒流源电路

1.基本电流镜恒流源M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc只要使MOS管都工作在饱和区(忽略沟道长度调制），由：

nCox2IDS=WL(VGS-VT)2Ir:Io1:Io2=::WL)1(WL)2(WL)3(得：

Ir一定，Io与输出端电压无关。如沟道长度取一定值，则取决于沟道宽度之比。157.1.3MOS型恒流源电路

1.基本电流镜恒流源（续1）M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc若考虑沟道调制效应，MOS管工作在饱和区电流公式为：

nCox2IDS=WL(VGS-VT)2(1-

VDS)其中沟道调制系数：

=L1

Xd

VDS因此，输出电压对输出电流产生一定的影响。为减小这一影响，沟道长度应选大一些。167.1.3MOS型恒流源电路

1.基本电流镜恒流源（续2）电流源输出电阻(MOS管饱和导通电阻)：因此，沟道长度选大一些，还有利于提高输出电阻。另外，小电流工作时输出阻抗更高。（

）LIds

Xd

VDSrds==

IDS1-1M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc177.1.3MOS型恒流源电路

2.级联结构的恒流源M1M2IrIoM4M3M1M2IrIoM4M3VCC

MOS管均工作在饱和区。由于M4屏蔽了输出电压的变化对M2的作用，使输出电流不受输出电压的影响，减小了沟道长度调制的影响，同时也大幅度提高了输出阻抗。

其缺点是为了使晶体管都工作在饱和区，输出电压变化范围减小了。187.1.3MOS型恒流源电路

3.Wilson(威尔逊）恒流源M1M2IrIoM3M1M2IrIoM3Vcc

MOS管均工作在饱和区。

该电流源的输出阻抗较高（与级联结构相似）。该电流源具有负反馈作用，使Io

的变化能得到补偿，提高了输出电流的稳定性。增加M3的W/L可以增强对输出电流变化的调节能力。197.1.3MOS型恒流源电路

4.改进的Wilson(威尔逊）恒流源M1M2IrIoM3M4M1M2IrIoM3M4Vcc

MOS管均工作在饱和区。

该电流源是在Wilson恒流源基础上增加了M4，使得M1和M2的漏端电压相近，Io的误差更小。207.1.4恒流源作有源负载

1.双极型电路举例放大器件RrIrIoT1T2R2T3VccViVo放大器件IrT1T2RrT2ViVccIoVo217.1.4恒流源作有源负载

2.CMOS电路举例M1M2IrIo1VccViVoM3M4M1M2IrIo1VccViVoRr放大器件放大器件227.1.4恒流源作有源负载

3.特点VceIc0Ib1Ib2Ib3Ib4IdsVdsVgs4Vgs3Vgs2Vgs1a)

有较大的交流电阻（动态电阻），有利于提高放大电路的增益;

Vce

Icrce=

Vds

Idsrds=b)有较小的直流电阻（静态电阻），不需要提高电源电压来维持一定的工作电流;VceIcRce=VdsIdsRds=237.1.4恒流源作有源负载

3.特点VceIc0Ib1Ib2Ib3Ib4IdsVdsVgs4Vgs3Vgs2Vgs1c)电源电压变化范围宽，只要确保负载管处于放大区，输出电压的变化与工作电流几乎无关。d)

面积小，易制作。e)

基区宽度调制效应（沟道长度调制效应）影响交流电阻。Vce+VAIcrce=（

）LIds

Xd

VDSrds==

IDS1-124§7-2基准电压源电路

基准电压源是利用二极管的正向压降、齐纳二极管的击穿电压和热电压具有一定的固定值的特性，以及它们具有正的或负的温度系数可以相互补偿的特点来设计的。一般采用恒流源作偏置电流进一步稳定工作点。基准电压源电路是模拟集成电路中非常重要、广泛应用的单元电路之一。其作用是提供稳定的偏置电压或作基准电压。一般要求这些电压源的直流输出电平较稳定、内阻小、对电源电压和温度不敏感。25

思考题

1.

基准电压源的作用是什么？

2.

基准电压源有哪些类型？各自的特点是什么？267.2.1正向二极管基准源

1.基本原理及特点ViVrefN个RVref=NVF

一般用NPN管BC短接的BE结二极管。温度系数（负温度系数）和内阻Rr都很大，与串联个数成正比。

输入电压的变化将引起输出电压的变化：

Vref

=

ViRr

/(R+Rr)可采用恒流源供电，稳定输出。277.2.1正向二极管基准源

2.电路及版图ViVrefViVrefVrefGNDVDD287.2.2齐纳二极管基准源

1.基本原理及特点一般用NPN管BC短接的BE结反向二极管。

正温度系数和内阻Rr都很大。

BE结面击穿有先有后，随着电流增加击穿电压也增加。

输入电压的变化将引起输出电压的变化:

Vref

=

ViRr

/(R+Rr)可采用恒流源供电稳定输出。可采用隐埋齐纳二极管。Vref=VRViVrefRVR297.2.2齐纳二极管基准源

2.电路及版图ViVrefViVrefGNDVrefVDD307.2.3具有温度补偿基准源

1.基本原理及特点

一般用NPN管BC短接的BE结二极管（一正一反）。温度系数接近于零。内阻Rr较大。

Vref=

ViRr/(R+Rr)

输入电压的变化将引起输出电压的变化。可采用恒流源供电稳定输出。Vref=VF+VRViVrefRVFVR317.2.3具有温度补偿基准源

2.电路及版图ViVrefViVrefGNDVrefVDD327.2.4双极型能隙基准源1

电路及原理VR1I1T1T2T3VrefR2R3I2

Vref

T

=T0VT

R3R2

ln()+I2

I1

VBE

T

Vref=VBE+I2R2I2=(小电流源）R3VT

ln()I2

I1

Vref=VBE+VTR3R2

ln()I2

I1

则：337.2.4双极型能隙基准源1

电路及原理（续1）VR1I1T1T2T3VrefR2R3I2

VBE

T

=T01

(VBE-

Vg0)又：Vg0=Eg0/q(带隙电压)其中：再令：

Vref

T

=0

Vref

T

=T0VT

R3R2

ln()+I2

I1

VBE

T

Vg0=VBE+VT

R3R2

I2

I1

ln()则：347.2.4双极型能隙基准源1

电路及原理（续2）VR1I1T1T2T3VrefR2R3I2只要适当选取R2/R3和I1/I2，就能使Vref温度系数为零，且此时的Vref值为带隙电压Vg0。

温度系数可调为零的根本原因是VBE具有负温度系数，而VT具有正温度系数。Vref=VBE+VTR3R2

ln()I2

I1

Vg0=VBE+VT

R3R2

I2

I1

ln()357.2.5双极型能隙基准源2

电路及原理T1T2R1I2T3T4R2VrefVCCI1V2Vref=VBE+(I1+I2)R2I2=(小电流源）R1VT

ln()I2

I1

I1

Vref=VBE+(1+)VTI2

R1R2

ln()I2

I1

Vref

T

=(1+)T0VT

R1R2

ln()+I2

I1

VBE

T

I2

I1

367.2.5双极型能隙基准源2

电路及原理（续1）T1T2R1I2T3T4R2VrefVCCI1V2

VBE

T

=T01

(VBE-

Vg0)又：Vg0=Eg0/q(带隙电压)其中：再令：

Vref

T

=0

Vref

T

=(1+)T0VT

R1R2

ln()+I2

I1

VBE

T

I2

I1

Vg0=VBE+(1+)VT

R1R2

I2

I1

ln()I2

I1

377.2.5双极型能隙基准源2

电路及原理（续2）T1T2R1I2T3T4R2VrefVCCI1V2只要适当选取R2/R1和I1/I2，就能使Vref温度系数为零，且此时的Vref值为带隙电压Vg0。

I1/I2还需通过调整T3和T4

管的面积比(AE3/AE4)来实现。I1

Vref=VBE+(1+)VTI2

R1R2

ln()I2

I1

Vg0=VBE+(1+)VT

R1R2

I2

I1

ln()I2

I1

387.2.6MOS型能隙基准源

面对当今低电压大规模集成的需要，低电压低功耗带隙基准源是目前研究的一个主要发展方向。

目前在N阱CMOS工艺下设计CMOS型带隙基准源多数都要利用“寄生PNP管”和MOS管的次开启特性。实质上仍是利用VBE和VT的温度特性。397.2.6MOS型能隙基准源

电路及原理M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I4MOS管工作于次开启时：IDS

()ID0eVGB/mVT

eVSB/VTWL设M1、M2工作于次开启，令

=W/L，则有：

1

2e(VSB1-VSB2)/VT=

1

2e-VR1/VT

=

3

4Io=(

5/

4)(VR1/R1)VR1=VTln

3

2

4

1407.2.6MOS型能隙基准源

电路及原理（续1）Io=ln

5VT

4R1

3

2

4

1Vref

=VBE+IoR2

由于VT具有正的温度系数，VBE具有负的温度系数。因而，只要适当调整各MOS管的W/L值及电阻值，即可得到零温度系数的参考电压，且其值恰为带隙电压。M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I4417.2.6MOS型能隙基准源

PNP晶体管P-subN-WellP+P+P+N+N+P-subN-WellP+P+N+N+P+42§7-3差分放大器

差分放大器又称为差动放大器，是模拟集成电路中的最常用的单元电路之一。43

思考题

1.

差分放大器的优点是什么？

2.改进差分放大器特性的措施有哪些？447.3.1双极型差分放大器

1.小信号特性（1）输入差模信号Ri1d=rbb+(1+

)re

reRid

2reRo1d=Rc//rce

Rc

Rod

2RcKv1d

=

==-=-

o1d

id

o1d2

i1d

ro1d2ri1dRc2reKvd

=

==-

od

id2

o1d2

i1dRcreVccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE457.3.1双极型差分放大器

1.小信号特性（2）输入共模信号Ri1c=rbb+(1+

)(re+2RE)

(1+

)(re+2RE)

Ric

(1+

)(re+2RE)/2Ro1c=Rc//rce

RcRod

2Rc

o1c

o1cKv1c

=

=

-

ic

i1c

Rc(1+

)(re+2RE)Kvc

=

=0

oc

icVccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE467.3.1双极型差分放大器

2.不对称性实际上的差分放大器不可能完全对称，具体表现为：

a)共模输入电压增益不为零，用共模抑制比表示；

b)零输入时输出不为零，用失调表示。VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE477.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（1）共模抑制比差模信号电压增益与共模信号电压增益之比定义为共模抑制比，记为：KCMRR=KvdKvc或：KCMRR=20lgKvdKvc(dB)VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE487.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（1）共模抑制比（续）Kc

-2RERc

22RERcRc

++

re不对称时：Kc

=

Kvc2-Kvc1

因此有：KCMRR=2REre

22RERcRc

++

re-1当电路完全对称时：KCMRR

VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE497.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（2）失调电压及其温漂

当差分放大器的输入信号为零时，由于电路的不对称，输出电压并不为零。要使输出电压为零，在输入端所必须加的一个补偿电压（内阻Rs=0）称为输入失调电压，记为VOS。也就是为保持输出电压为零，T1、T2管基射极偏置电压应有的差值。VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE507.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（2）失调电压及其温漂（续）

若忽略输入回路中基区、发射区的欧姆电阻，VOS可表示为：

VOS=(VBE1-VBE2)|Vod=0VOS

VT++

2

RCRC

IESIESVccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE517.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（2）失调电压及其温漂（续）

VOS

T

固定的失调电压可以设法用调零装置预先调零。然而，当温度变化时，失调也随之变化，通常难以追随。单位温度变化所引起的输入失调电压的变化称为输入失调电压温漂，记为：VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE527.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（2）失调电压及其温漂（续）衬底温度均匀时有：

VOS

TVOST如果衬底温度不均匀，环境温度变化时，电路两边的温度变化也不一致，将引进附加的温漂，影响较大。VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE537.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（3）失调电流及其温漂

当差分放大器的输入信号为零时，由于电路的不对称，输出电压并不为零。要使输出电压为零，在输入端所必须加的一个补偿电流（内阻Rs=

）称为输入失调电流，记为IOS。也就是为保持输出电压为零，T1、T2管基极偏置电流应有的差值。VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE547.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（3）失调电流及其温漂（续）IOS可表示为：

IOS=(IB1-IB2)|Vod=0IOS

IiB+

RCRC其中IiB将为输入偏置电流，通常取两输入端电流的平均值。VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE557.3.1双极型差分放大器

2.不对称性（3）失调电流及其温漂（续）

IOS

T单位温度变化所引起的输入失调电流的变化称为输入失调电压温漂，记为：为了直观起见，忽略电阻的不对称性，即

RC

=0，则：IOS

IOS

T=-

TVccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2RE567.3.1双极型差分放大器

3.电路改善措施a)用恒流源代替射极耦合电阻RE

既增大了等效电阻，改善了共模抑制比，又稳定了工作电流。

(单纯增加阻值，将影响工作电流)。VccRC1T2T1RC2

o1

o2

i1

i2T4IrIeT3577.3.1双极型差分放大器

3.电路改善措施

b)采用有源负载代替集电极负载电阻RC

有较高的动态输出阻抗，提高增益和共模抑制比；而又具有较低的直流电阻，不需要提高工作电压即可维持正常工作电流。T2T1

o2

i1

i2T3T4VCCIeT5T6IrT4

o1587.3.1双极型差分放大器

3.电路改善措施

c)改善差分输入管特性

采用高增益晶体管、达林顿管、互补复合管、MOS管等，提高增益，提高输入阻抗。T2T1

o2

i1

i2T3T4VCCIeT5T6IrT4

o1597.3.1双极型差分放大器

4.单端化结构T2T1

o

i1

i2T3T4VCCT5IeT6Ir

I3

I2

I1

Io当输入差模信号时：

I1=-

I2

T3、T4组成镜像电流源，使：

I3=

I1因此：

Io=

I3-

I2

=

I1-

I2=

-

2

I2

当输入共模信号时，同理可得

Io=0。可见，与双端输出信号相同。607.3.2MOS型差分放大器

1.E/ENMOS结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7617.3.2MOS型差分放大器

2.E/DNMOS结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7627.3.2MOS型差分放大器

3.NMOS管作为输入管的CMOS结构1VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7637.3.2MOS型差分放大器

4.NMOS管作为输入管的CMOS结构2VccVi1Vi2VoM1M2M3M4M5IsM6M7647.3.2MOS型差分放大器

5.PMOS管作为输入管的CMOS结构1VccVi1Vi2Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7Vo1657.3.2MOS型差分放大器

6.PMOS管作为输入管的CMOS结构2VccVi1Vi2VoM1M2M3M4M5IsM6M7667.3.3集成差分放大器的特点影响差分放大器性能的关键因素就是不对称性，包括电阻、晶体管等器件参数的差异，由此引起放大器的输入失调及其温漂。而集成电路的最大优点就是相关器件的匹配性能好，原因是所有器件都在同一芯片中，可以做到工艺离散性小，环境差异小。因而集成差分放大器的对称性好。67§7-4模拟开关电路模拟开关在模拟集成电路中应用很广，如A/D转换器、D/A转换器、取样保持电路、电容开关滤波器、多路开关电路等。68

思考题

1.

模拟开关的特点是什么？

2.模拟开关有哪些种类？

3.什么叫“电容馈通效应”？？697.4.1模拟开关电路的特点

模拟开关是用来控制模拟信号传输的一种电子开关，其本身是由数字信号控制而呈现“接通”或“断开”两种状态，以使信号“通过”或“阻断”。通常要求其导通电阻小、截止电阻大、速度快、精度高、稳定性好。这种电子开关比机械触点开关寿命长、速度快、使用方便。707.4.2模拟开关电路的分类

组成模拟开关的器件可以是双极晶体管或MOS管。

根据开关接换的对象是电流还是电压，可以把模拟开关分为电流开关型和电压开关型。在电流开关中，流过开关的电流总是和被接换的电流相等；在电压开关中，输出的电压总是和被接换的电压有关。717.4.3双极型模拟开关

1.基本型电流开关VrefRE（网络电阻）V-AV控RfD2D1TicVA

当V控为低电平时，D2截止，则经T管及网络电阻RE的电流ic由下一级电路通过Rf

和导通的D1提供，流经运放，参与运算，此时为“接通”状态。727.4.3双极型模拟开关

1.基本型电流开关（续）

当V控为高电平时，D2导通，使VA抬高，D1截止。则经T管及网络电阻RE的电流ic由V控提供，而不流经运放，此时为“断开”状态。VrefRE（网络电阻）V-AV控RfD2D1TicVA737.4.3双极型模拟开关

1.基本型电流开关（续）ic

=1+

Vref－

VBE－VRE可以在T管的发射极直接进行控制。Vref（网络电阻）

REV-V控D2D1TicVA

被切换电流：VrefVV控D2Tic（网络电阻）

RE747.4.3双极型模拟开关

2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVAV控为低电平时，T2导通，VA升高，T5导通，T6截止，ic=0，网络电阻RE的电流由T5提供，不参与运算。757.4.3双极型模拟开关

2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVAV控为高电平时，T2截止，VA下降，T5截止，T6导通，ic流经运放参与运算。ic

=1+

Vref2－

VBE－VRE767.4.3双极型模拟开关

2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点一：

T1

、T2为横向PNP管，BE结击穿电压较高，允许输入较大幅度的数字控制信号。777.4.3双极型模拟开关

2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点二：控制信号V控与流经网络电阻RE的电流（权电流）是相互隔离的，使V控的变化对权电流几乎没有影响。787.4.3双极型模拟开关

2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点三：肖特基二极管的箝位作用限制了VA变化幅度，提高了开关响应时间。797.4.3双极型模拟开关

2.差分控制ECL电流开关icARfRE（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点四：T3、T4组成的电流镜完成了单端化作用，从而缩短了瞬态转换时间。807.4.3双极型模拟开关

3.互补型电压开关V控-VrefV+VST1T2T3V-VBVA

当V控为高电平时，T1截止，VA、

VB降低，使T3

管饱和导通，

T2截止，输出电压VS约为-Vref。

当V控为低电平时，T1导通，VA、

VB升高，使T2

管饱和导通，T3截止，输出电压VS约为0V

。817.4.3双极型模拟开关

3.互补型电压开关V控-VrefV+VST1T2T3V-VBVA正接IC=0时：Vces0

VTln

R1反接IE=0时：Vces0

VTln

F1

特点：T2、T3是接成共集电极状态，称为反接状态，其饱和压降比正接状态的小得多，有利于提高开关精度。827.4.4MOS型模拟开关

1.MOS型开关的特点a)是理想的电压开关:当MOS管非饱和导通时，源极与漏极间不存在固有的直流失调电压，这是因为它没有向双极器件那样的结电压，其漏极伏安特性都精确地经过原点。

b)是理想的电流开关:MOS作为开关控制的栅极与信号回路是电隔离的，它们之间无直流通过。c)是理想的双向开关:MOS正向和反向工作具有相同的性能，漏特性相对原点是对称的。

837.4.4MOS型模拟开关

2.导通电阻a)NMOS单沟模拟开关:IDS=Kn[2(VGS-VTn)VDS-VDS2]GDSViVoV控ron==

VDS

IDS2Kn(VGS-VTn–VDS)1Kn=

n

ox

o2(WL)n其中：VDS0

VGS=V控-VironVGSVTn0V控-Vi847.4.4MOS型模拟开关

2.导通电阻b)PMOS单沟模拟开关:IDS=Kp[2(|VGS|-|VTp|)|VDS|-VDS2]GDSViVoV控ron==

VDS

IDS2Kp(|VGS|

-|VTp|

–|VDS|)1Kp=

n

ox

o2(WL)n其中：VDS0VGS=V控-VironVGSVTp0V控-Vi857.4.4MOS型模拟开关

2.导通电阻c)CMOS双沟模拟开关:

取：Kn=Kp=KGnDSViVoV控GpV控-ronVironnronpron=2K(V控-VTn

-|VTp|

–2VDS)1

可见，CMOS模拟开关在一定条件下，ron近似为常数。VDS0V控-VTnVTp867.4.4MOS型模拟开关

3.寄生电容（1）电容馈通效应模拟开关的栅是受脉冲信号控制的，由于存在寄生电容（Cgs，Cgd），栅控脉冲信号会耦合到模拟开关的输入和输出端，从而造成对模拟信号的干扰，称为“电容馈通效应”。GDSViVoV控877.4.4MOS型模拟开关

3.寄生电容减小器件尺寸可以减小寄生电容，减小干扰，但是，模拟开关的导通电阻也随之增加。（2）电荷抵消技术

MB

为“虚开关”，其尺寸与开关管MA相当。

MB栅上加的脉冲信号与MA栅上加的脉冲信号反相，因此，两个脉冲信号所引起的干扰得到平衡，减小了干扰。GDSViVoV控G-V控-MAMB88§7-5开关电容等效电阻电路在模拟集成电路中经常需要大阻值的电阻，而且对阻值的精度要求较高，若采用常规方法制作，不但占用面积大，精度也难以保证。一般可采用MOS开关和MOS电容组成的开关电容等效电阻电路来实现。89

思考题

1.

开关电容等效电阻电路的结构有哪几种？

2.开关电容等效电阻电路的特点是什么？有哪些典型应用？

907.5.1并联型开关电容等效电阻电路