CMOS模拟集成电路设计-ch3单级放大器(一).ppt

模拟CMOS集成电路设计,3.单级放大器（一）,提纲,1、共源级放大器2、源级跟随器（共漏级放大器）3、共栅级放大器4、共源共栅级放大器,提纲,2023/7/5,2,1、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,共源级放大器,2023/7/5,3,MOS管工作在饱和区时,小信号分析,共源级放大器,2023/7/5,4,考虑沟道长度调制时，,线性区时,共源级放大器,2023/7/5,6,增益随Vin的变化而变化，在信号摆幅较大时会引入非线性,ID随Vin的变化关系,gm随Vin的变化关系,7,输入电压范围：,输出电压范围（摆幅）：,8,输入输出电阻的求解：,输入电阻,无穷大,输出电阻,9,练习,Av的最大化,增大W/L；寄生电容增大，带宽减小,增大VRD；输出摆幅减小,减小ID；RD会很大，输出节点时间常数增大,11,电阻做负载的共源级放大器的缺点？,优点？,1.2 MOS二极管连接做负载的共源级MOS二极管连接,共源级放大器,2023/7/5,12,二极管连接的阻抗为,二极管连接的阻抗为,考虑体效应时,增益NMOS二极管连接做负载,共源级放大器,2023/7/5,13,其中,没有体效应,PMOS二极管连接做负载,增益与偏置电流、电压无关！线性度好！,讨论增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。高增益要求会造成集体管的尺寸不均衡。,共源级放大器,2023/7/5,14,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。,15,输入电压范围：,输出电压范围（摆幅）：,书中图3.10 解释亚阈值导电的影响,16,输出电阻？,您能直观观察出来吗？,17,二极管连接的其他用途：电压偏置,18,同样大小的交流小信号电阻，用饱和区MOS管实现不仅容易，而且消耗的电压余度要小得多,电流源负载的共源级放大器,广泛的使用在CMOS集成电路中,1.3 电流源负载的共源级放大器讨论长沟器件可以产生高的电压增益同时增加W、L将引入更大的节点电容ID AV,共源级放大器,2023/7/5,19,20,输出摆幅,1.4 带源级负反馈的共源级放大器小信号直接分析方法,共源级放大器,2023/7/5,21,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,考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为,共源级放大器,2023/7/5,22,小信号等效分析,共源级放大器,2023/7/5,23,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。,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。,Gm?Rout?,计算Gm,共源级放大器,2023/7/5,24,（考虑沟道长度调制及体效应),由于，所以,因此，,计算Rout,共源级放大器,2023/7/5,25,流经ro的电流：,得到,所以，,计算Av,共源级放大器,2023/7/5,26,Av=-Gm(Rout|RD),Av=“在漏极节点看到的电阻”/“在源极通路上看到的电阻”,可以极大地简化更复杂电路的分析,