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）第五章 无源和有源电流镜

上一讲差分放大器 口AIC中最重要的电路模块之 口差分放大器简介 D 心对两个输入信号的差值进行放大 ut1 out2 令抗壬扰能力强 出电压摆幅大,v4M in2 貿电路简单,线性度高 口简单差分放大器 ☆偏置电流受Ⅴnc影响大,影响 v DD 口基本差分放大器 车R 令源端耦合对 口MOS管做负载的基本差分放 out1 X 大器 M 12 口差分放大器的应用- Gilbert单 元 OIss o1=Ro2"Ro VGA 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——差分放大器  AIC中最重要的电路模块之一  差分放大器简介  对两个输入信号的差值进行放大  抗干扰能力强，输出电压摆幅大， 偏置电路简单，线性度高  简单差分放大器  偏置电流受 Vin,CM影响大，影响 跨导、增益、输出共模电平等  基本差分放大器  源端耦合对  MOS管做负载的基本差分放 大器  差分放大器的应用－Gilbert 单 元  VGA

上一讲大信号共模特性 RoRo Ro Ro X X v M M R (b) out1'vout2 R in cM ;+ < GSI Ov 3 iCA≤mn|D DD R 2 TH , DD 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 2 上一讲——大信号共模特性 , ] 2 min[ 1 3 , TH DD SS GS OV in CM DD D V V I V  V  V  V  R  

上一讲大信号差分特性 out1.out2 R R Ross out1 X in1"vin olss D25HD D SS W 4Ⅰ △Ⅰ OX △ △ OX △V out out 2 △1D×RD 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——大信号差分特性 out out out D D in n OX SS D n OX in V V V I R V L W C I V L W I C             1 2 4 2 2 1  

上一讲小信号差分特性 全差分时: 电路完全对称、直流偏 乏Rp1hD2 置电压相同 tt 重要结论: D M M 全差分输入时,P点为交流地【 2 半电路法 OIss 非全差分时: 将输入信号划分为共模分量 月n,Rn 和差模分量,分别计算,再 ut1 X out2 用叠加定理 M 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 4 上一讲——小信号差分特性 全差分时 : 电路完全对称、直流偏 置电压相同 Av  gm RD 重要结论： 全差分输入时， P点为交流地 半电路法 非全差分时： 将输入信号划分为共模分量 和差模分量，分别计算，再 用叠加定理

上一讲小信号共模特性 存在共模增益,因为存在非理想性 M和M之间有失配(W/L、Vm等),RD1和Rn2之间有 失配(阻值不完全相等等);尾电流源I的内阻R不是 无穷大 R不是无穷大时 outI 和V out2 v 随VncM的变化而变化,但不引入 x差分增益,通常不考虑 武1R,的失配会引入差分增益 ②s M1和M2管尺寸和Vm失配, 会引入差分增益 2 用来CMRR来综合反映差分 CMR=4mw/Aw-放大能力和共模抻制能力 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 上一讲——小信号共模特性 存在共模增益，因为存在非理想性： M1 和M2之间有失配（W/L 、 VTH等）， RD1 和 RD2之间有 失配（阻值不完全相等等）；尾电流源 ISS的内阻 RSS不是 无穷大 RSS不是无穷大时， Vout1 和 Vout2 会 随 Vin,CM的变化而变化，但不引入 差分增益，通常不考虑 RD的失配会引入差分增益 M1 和M2管尺寸和 VTH失配， 会引入差分增益 用来CMRR来综合反映差分 CMRR  ADM / ACM DM 放大能力和共模抑制能力

上一讲MOS管做负载的差分放大器 D Ma M 3 l4 out M SS N(ON‖OP 电压摆幅和增益都可以很大 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 6 上一讲—— MOS管做负载的差分放大器 ( ) v mN ON OP A   g r r 电压摆幅和增益都可以很大

上一讲共源共栅的差分放大器 M,M 7 M v2·Ms out out M3 M M. M n。m 3703701 5705707 增益更大;但适当牺牲摆幅;输出共模电平未确定 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 7 上一讲——共源共栅的差分放大器 [( ) ( ) ] v m 1 m 3 O 3 O 1 m 5 O 5 O 7 A   g g r r g r r 增益更大；但适当牺牲摆幅；输出共模电平未确定

上一讲 Gilbert单元 DD 口是差分放大器 的一种应用 R D D out o M M2口是一种GA 七M3M4中 令增益可从 A gnRD单调地 M: M 变为+gnR 5 6 cont 广泛用于模 SS 拟系统和通信 系统中 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 8 上一讲——Gilbert单元 是差分放大器 的一种应用 是一种VGA 增益可从－ g m RD单调地 变为＋ g m RD 广泛用于模 拟系统和通信 系统中

放大器的偏置Ⅴb1等如何产生? DD M y3·M7 M v62·Ms vb1·非 out M,H 61·M 3 口偏置电压都通过压点外加? ☆压点太多,无法接受 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 9 放大器的偏置 Vb1等如何产生？ 偏置电压都通过压点外加？ 压点太多，无法接受

实际AIC如何产生众多偏置电压/电流? 口通过电流镜 ou,来自带隙基准源电路OP2(OP3) :产生直流偏置 小信号传递 10 接N阱 Ref8 26 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 实际AIC如何产生众多偏置电压 /电流？ 通过电流镜 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