CMOS模拟集成电路设计ch3单级放大器课件.ppt

1、11/25/20221CMOS模拟集成电路设计单级放大器11/25/2022提纲2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11/25/2022311/25/2022共源级放大器41、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cutoffactivetriode MOS管工作在饱和区时11/25/2022共源级放大器5 小信号分析 考虑沟道长度调制时，11/0inmoutDVVg VVRvmDAg R 11/25/2022共源级放大器6 讨论 增益对信号电平的依赖关系导致了非线性11/25/2022共源级放大器7 1.2 MOS二

2、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11/25/2022共源级放大器8 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11/25/20229 另一种二极管连接nmos管做负载的结构 优点？缺点？11/25/202210 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11022(/)(/)mvmgWLAgWL21/outmRg11/25/2022共源级放大器11 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

3、倍增益，则(W/L)1=50(W/L)2在这个例子中，在这个例子中，M2的过驱动电压应该是的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的的过驱动电压的10倍。倍。若若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，严重制约输出电，严重制约输出电压摆幅。压摆幅。允许的输出电压摆幅减小。11/25/2022共源级放大器12 1.3 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将引入更大的节点电容。ID AV 考虑沟道长度调制，DDDVIIIA1)

4、(121111/25/2022共源级放大器13 1.4 带源级负反馈的共源级放大器小信号直接分析方法这里，没有考虑体效应这里，没有考虑体效应和沟道长度调制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/RS111/0inmsoutDmVVg V RVRg V11/outmDDvinmSmSVg RRAVg RgR11/25/2022共源级放大器14 考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为11/25/2022共源级放大器15 小信号等效分析辅助定理：在线性电路中，电压增益等于-GmRout，

5、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，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。11/25/2022共源级放大器16 计算Gm由于 ，所以因此，11/25/2022共源级放大器17 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！11/25/2022共源级放大器18 计算AvAv=-Gm(Rout|RD

6、)()/1()mDDSOmmbSg RRRrggR 若忽略rO和gmb的影响，即rO和gmb=0,1mDvmSg RAg R11/25/2022共漏级放大器192、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。11/25/2022共漏级放大器20 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

7、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。11/25/202236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略好共漏极（电流源负载）忽略忽略小差共栅极忽略共源共栅级（电流源负载）小outmRg)|(ODrR22mbmmggg221mbmggsmDmRgRg1DsOsmbmRRrRgg|)(1直流或低频下！1mbmmgggmbmgg1DmbmRgg)(OmbmODrggrR)(1DOsOmbmRrRrgg|)(112221)(OOmbmmrrggg1222)(OOmbmrrgg11/25/202237小结电路仿真是必不可少的！电路仿真是必不可少的！不要让计算机替你去思考！不要让计算机替你去思考！