模拟集成电路基本单元.ppt

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1、集成电路设计基础,第八章 模拟集成电路基本单元,华南理工大学 电子与信息学院广州集成电路设计中心殷瑞祥 教授,第八章 模拟集成电路基本单元,8.1 电流源电路设计8.2 基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振荡器 8.7 D/A与A/D转换,2,双极型镜像电流源,3,基本镜像电流源,带缓冲级的镜像电流源,4,威尔逊电流源,求动态内阻R0,增大动态内阻R0,5,NMOS基本电流镜,MOS电流镜,多支路比例电流镜,6,MOS威尔逊电流镜,改进结构（使M2和M3工作状态相同）,VG2,IO VG2 VGS1 IO,第八章 模拟集成电路

2、基本单元,8.1 电流源电路设计8.2 基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振荡器 8.7 D/A与A/D转换,7,8,三管能隙基准源,8.2 基准电压源设计,9,CMOS基准电压源,电压差与温度成正比的结构,温度补偿CMOS基准电压电路,第八章 模拟集成电路基本单元,8.1 电流源电路设计8.2 基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振荡器 8.7 D/A与A/D转换,10,有源电阻,IC中，MOS器件的有源电阻常用来代替扩散电阻或多晶硅电阻，可以大大节省面积。工

3、作在线性区和饱和区的MOS管都可以做有源电阻，饱和区可以获得较大阻值。另一种形式“二极管连接”（栅-漏相连）,11,12,8.3 单端反相放大器电路设计,纯电阻负载NMOS共源放大器,截止,饱和,线性,饱和,线性,单位面积栅电容,13,8.3 单端反相放大器电路设计,饱和NMOS负载共源放大器,等效电阻值比较小，,VT2管工作在饱和做负载,VT2管G、D电位固定，S输出,14,8.3 单端反相放大器电路设计,二极管连接NMOS负载共源放大器,15,8.3 单端反相放大器电路设计,E/D NMOS共源放大器,VT2管为耗尽型,沟道电阻受衬底偏置影响,16,8.3 单端反相放大器电路设计,PMOS

4、负载共源放大器,PMOS管VT2工作在饱和，没有衬底偏置效应。,17,8.3 单端反相放大器电路设计,二极管连接PMOS负载共源放大器,PMOS管VT2作二极管连接，没有衬底偏置效应。,18,CMOS推挽放大器,在正常工作情况下，两管均工作在饱和状态。对于交流信号而言，两个管子处于并联连接。输出电阻=r01/r02跨导=g1+g2,19,共栅放大器,线性边界：,关断,饱和,线性,20,共栅放大器,饱和状态小信号增益,共栅放大器获得同相放大，且体效应增大了增益。共栅放大器输入电阻较低。还可以通过电容耦合构成共栅放大器。,21,共栅共源放大器,为了保证VT1和VT2均工作在饱和,Vout1降到比V

5、in低一个VT1，迫使VT1进入线性区Vout 降到比VB低一个VT2，迫使VT2进入线性区,输出阻抗高频带宽输出摆幅小,可以采用折叠方式解决摆幅小的问题,第八章 模拟集成电路基本单元,8.1 电流源电路设计8.2 基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振荡器 8.7 D/A与A/D转换,22,23,8.4 差分放大器电路设计,BJT差分放大器,24,MOS差分放大器,第八章 模拟集成电路基本单元,8.1 电流源电路设计8.2 基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振

6、荡器 8.7 D/A与A/D转换,25,8.5 运算放大器电路,运算放大器性能参数增益小信号带宽大信号带宽 输出摆幅线性噪声与失调电源抑制,26,8.5.2 套筒式共源共栅运放,27,简单结构运算放大器电路,带宽主要由负载电容决定,一般不会超过20,28,共源共栅运放(套筒式),极点,牺牲了输出摆幅,29,输入与输出短路的共源共栅运放,VT2和VT4饱和的条件,输出电压范围,30,折叠式共源共栅运放,套筒式共源共栅运放输出摆幅小、无法输入输出短接。,输入管改变型号，构成折叠式电路：,输入输出管都不再串接另一管子，所以输入输出的共模范围加大。,31,折叠共源共栅运放结构,把折叠思想应用到运放电路

7、中：,功耗增加输入共模电压不能低于 Vb1-VGS3+|VTHP|,32,以共源共栅PMOS为负载的折叠共源共栅运放,I2,I1,ISS2,ISS1,输出电压幅度：,33,小信号增益估算,半边电路小信号增益：,VT3源端看入电阻,增益减小,34,器件电容对非主极点的影响,套筒式电路Ctot：CGS3，CSB3，CDB1，CGD1,折叠式电路Ctot：CGS3，CSB3，CDB1，CGD1CGD5，CDB5（相对较大）,极点更靠近原点,35,折叠共源共栅运放的实现,36,两级运放,37,采用共源共栅的两级运放,38,单端输出的两级运放,第八章 模拟集成电路基本单元,8.1 电流源电路设计8.2

8、基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振荡器 8.7 D/A与A/D转换,39,8.6 振荡器,40,LC振荡器,张驰振荡器,41,环形振荡器,环形振荡器的延迟单元,42,RC网络型环形压控振荡器,由VC控制环路延迟单元时间常数。,43,矢量叠加型环形VCO,第八章 模拟集成电路基本单元,8.1 电流源电路设计8.2 基准电压源设计8.3 单端反相放大器电路设计 8.4 差分放大器电路设计8.5 运算放大器电路8.6 振荡器 8.7 D/A与A/D转换,44,8.7 D/A与A/D转换,45,D/A变换器方框图,46,串联电阻分压D/A变换器,并联电容分压D/A变换器,47,并联式A/D变换器,48,49,逐次逼近式A/D变换器,50,并联电容分压网络实现的逐次逼近式A/D变换器,本章练习,限幅放大器属于小信号放大器还是大信号放大器？运算放大器有哪些特点和性能指标？说明环形振荡器的工作原理。叙述串联电阻分压D/A变换器的电路原理。叙述逐次逼近式A/D变换器的原理。,51,