北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（模拟集成电路原理与设计）第六章 放大器的频率特性

上一讲T ou 口对电流源的要求 令可调、精确、稳定(PTV) 令基于IEF用电流镜得到所需电流 口基本电流镜 合理设计尺寸比可获得期望电流 沟道长度调制效应引起精度降低 (W/D2 D REF ☆L取相同,W基于单元MOS管并联 口共源共栅电流镜 ◆提高了输出电阻,实现了高精度 ☆牺牲了输出电压摆幅 lew·M ◇降低V值能增大摆幅 2 out. min OV 1 Ov 2 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 1 上一讲 对电流源的要求 可调、精确、稳定(PTV) 基于 IREF用电流镜得到所需电流 基本电流镜 合理设计尺寸比可获得期望电流 沟道长度调制效应引起精度降低  L取相同， W基于单元MOS管并联 共源共栅电流镜 提高了输出电阻，实现了高精度 牺牲了输出电压摆幅 降低 V b值能增大摆幅 out REF I W L W L I   1 2 ( / ) ( / ) Vout ,min  VOV 1  VOV 2

上一讲 口电流镜做负载的差分 放大器 M HPMA 将差分输入转换为单端 输出 2 差分增益 共模增益会影响差分放 大器性能;高频时、存 在失配时更严重 DM 1,20o1,2o34 CM≈ 1+28ml2 Rss 8m3.4 匕京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 2 上一讲 电流镜做负载的差分 放大器 将差分输入转换为单端 输出 差分增益 共模增益会影响差分放 大器性能；高频时、存 在失配时更严重 ( ) DM m 1,2 O 1,2 O 3,4 A  g r r 3 , 4 1 , 2 1 2 1 , 2 1 m m m SS CM g g g R A   

上一讲 口电流镜是AIC的基础电路模块 10u,来自带隙基准源电路OF2(OP3 :产生直流偏置 小信号传递 10 低摆幅 scodel流镜 接N阱高摆幅 cascode电流镜 Ref8 屯源“ 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 3 上一讲 电流镜是AIC的基础电路模块 10 6 22 21 23 Ref8 22' 2 4 13 25 24 8 15 17 14 16 7 20 11 19 9 5 26 2.25V 1 18 3 12 2' OP2 (OP3) 接N 阱 10  A，来自带隙基准源电路 :产生直流偏置 :小信号传递 低摆幅cascode电流镜 高摆幅cascode电流镜 基本电流镜

模拟集成电路原理与设计 第6章放大器的频率特性 陈中建 chenziapku. edu.cn 62759620,理科2号楼2617 微电子学系

4 模拟集成电路原理与设计 第 6章 放大器的频率特性 陈中建 chenzj@pku.edu.cn 62759620，理科 2号楼2617 微电子学系

授课内容 绪论,2学时 重要性、一般概念 器件物理基础,2学时 MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型 单级放大器,5学时 共源、共漏、共栅、共源共栅 EDA系统使用常识 和设计实习实例演示,2学时 做设计实习所需软硬件系统的使用 差动放大器,3学时 定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元 无源有源电流镜,2学时 基本/共源共栅/有源电流镜 放大器的频率特性,4学时 弥勒效应、极点与节点关系、单级放大器频 率特性分析 噪声,4学时 统计特性、类型、电路表示、单级放大器 噪声分析、噪声带宽 期中考试2学时,评卷1学时。习题课若干学时 反馈,6学时 特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响 运算放大器,6学时 性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析 稳定性和频率补偿,6学时 多极点系统、相位裕度、频率补偿 版图,3学时 叉指、对称、ESD等 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 5 授课内容 绪论， 2学时 重要性、一般概念 单级放大器， 5学时 无源/有源电流镜， 2学时 差动放大器， 3学时 放大器的频率特性， 4学时 噪声， 4学时 运算放大器， 6学时 反馈， 6学时 稳定性和频率补偿， 6学时 版图 ， 3学时 共源、共漏、共栅、共源共栅 定性分析、定量分析、共模响应、吉尔伯特单元 弥勒效应、极点与节点关系、单级放大器频 率特性分析 统计特性、类型、电路表示、单级放大器 噪声分析、噪声带宽 特性、四种反馈结构、负载影响、对噪声的影响 性能参数、一级运放、两级运放、各指标分析 叉指、对称、ESD 等 多极点系统、相位裕度、频率补偿 器件物理基础， 2学时 MOSFET结构、IV特性、二级效应、器件模型 基本/共源共栅/有源电流镜 EDA系统使用常识 和设计实习实例演示， 2学时 做设计实习所需软硬件系统的使用 期中考试 2学时，评卷 1学时。习题课若干学时

本讲放大器的频率特性 口概述 线性电路的S域分析法 ☆密勒效应 ☆极点与结点的关联 口共源级 口源跟随器 口共栅级 口共源共栅级 口差分对 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 6 本讲 放大器的频率特性 概述 线性电路的 S域分析法 密勒效应 极点与结点的关联 共源级 源跟随器 共栅级 共源共栅级 差分对

概述 口前面分析各放大级时未考虑寄生电容 ☆在低频时,这些电容的阻抗(1/2C)很大 相比于ro和R’电容阻抗可忽略 知500.5的NMOS管的各寄生电容均 小于100F,f1Hz时的阻抗为 1015 =1592G, ro 70.-×1mA =10K9 C||2C|2x×1×100 M 9 °[M Av==g 当f1GH时 sm/ o|o2丿电容阻抗不可 2 北大学微电了学系一陈中建一模拟集成电路原理与设汁略了

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 7 概述 前面分析各放大级时未考虑寄生电容 在低频时，这些电容的阻抗（1/2 fC）很大 相比于 r O 和 R D，电容阻抗可忽略 根据作业2.15，知50/0.5 的NMOS管的各寄生电容均 小于100fF ，f=1Hz时的阻抗为： ( 1 2 ) 2 1 O O m r r m1 g A v   g             K I V mA G r sC fC n D O 10 0.1 1 1 1 1592 2 1 100 10 2 1 1 1 15    ， 当f=1GHz时， 电容阻抗不可 忽略了

概述 口频率特性 ◆输入信号频率从低频到高频变化过程中,线性电路 的增益、输入阻抗、噪声等指标随频率的变化特性 ◇关注其幅值和相位随频率的改变 口变化的原因 电阻阻值不随频率改变,但电容、电感等器件的阻 抗随频率改变 令直流时认为电容断路,电感短路;即电容阻抗无穷 大,电感阻抗为零 口如何分析电路的频率特性? 复数分析法、S域分析法 ◇《电路分析》,王楚等,北京大学出版社 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 8 概述 频率特性 输入信号频率从低频到高频变化过程中，线性电路 的增益、输入阻抗、噪声等指标随频率的变化特性 关注其幅值和相位随频率的改变 变化的原因 电阻阻值不随频率改变，但电容、电感等器件的阻 抗随频率改变 直流时认为电容断路，电感短路；即电容阻抗无穷 大，电感阻抗为零 如何分析电路的频率特性？ 复数分析法、 S域分析法 《电路分析》，王楚等，北京大学出版社

S域中的电阻电容/电感的电压/电流方程 S域中电阻、电容和电感的电压方程: V(s)=R(s),s域阻抗为R (s)=(0 (Ss),s域阻抗为1 S (s)=-L/(0)+L(s)2s域阻抗为sL S域中电阻、电容和电感的电流方程: (s)=G(s),s域导纳为G (s)=-C(O0)+CW(s)2s域导纳为sC (s)=-1(0)+(s)2s域导纳为sL 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 9 S域中的电阻 /电容 /电感的电压 /电流方程 V s s sL sL I s I s I s CV sCV s s sC I s GV s s G V s LI sLI s s sL I s s sC s sC V V s V s RI s s R ( ), 1 / 1 ( 0 ) 1 ( ) ( ) ( 0 ) ( ), ( ) ( ), S ( ) ( 0 ) ( ), ( ), 1 / ( 0 ) 1 ( ) ( ) ( ), S 域导纳为 域导纳为 域导纳为 域中电阻、电容和电感的电流方程： 域阻抗为 域阻抗为 域阻抗为 域中电阻、电容和电感的电压方程：            

S域中分析频率特性的通用方法 口画出电路的高频小信号等效电路 口推导传输函数(如A(s)等 令电容C的阻抗为(1/sC),电感L的阻抗为sL 今方法1 列出基尔霍夫电流方程或电压方程(组),解方程 比较繁琐,但结果准确 心方法2 用极点结点关联法直接写出传输函数 在适用情形下,能极大地简化推导,但有误差。一般用来 了解变化趋势 口根据推导结果,分析变化规律,用于指导设计 今传输函数通常要分析极点和零点 令Rn(s)、Rom(S)分析其随频率的变化 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 10 S域中分析频率特性的通用方法 画出电路的高频小信号等效电路 推导传输函数（如 A v(s)）等 电容 C的阻抗为(1/sC)，电感 L的阻抗为sL 方法 1  列出基尔霍夫电流方程或电压方程（组），解方程  比较繁琐，但结果准确 方法 2  用极点 -结点关联法直接写出传输函数  在适用情形下，能极大地简化推导，但有误差。一般用来 了解变化趋势 根据推导结果，分析变化规律，用于指导设计 传输函数通常要分析极点和零点  Rin(s) 、 Rout(s)分析其随频率的变化