模拟CMOS IC学习总结
3页1、模拟CMOS IC学习总结1、CS单管放大电路共源级单管放大电路主要用于实现输入小信号的线性放大,即获得较高的电压增益。在直流 分析时,根据输入的直流栅电压即可提供电路的静态工作点,而根据MOSFET的I-V特性 曲线可知,MOSFET的静态工作点具有较宽的动态范围,主要表现为MOS管在饱和区的 VDS具有较宽的取值范围,小信号放大时输入的最小电压为VIN-VTH,最大值约为VDD, 假设其在饱和区可以完全表现线性特性,并且实现信号的最大限度放大【理想条件下】则 确定的静态工作点约为VDS=(VIN-VTH+VDD)/2,但是CS电路的实际特性以及MOS管 所表现出的非线性关系则限制了小信号的理想放大,主要表现在:【1】电路在饱和区所能够确定的增益比较高,但仍然是有限的,也就是说,在对输入信号 的可取范围内,确定了电路的增益。电路的非线性以及MOS管的跨导的可变性决定了 CS 电路对于输入小信号的放大是有限的,主要表现在输入信号的幅度必须很小,这样才能保证 放大电路中晶体管的跨导近似看作常数,电路的增益近似确定;【2】CS电路也反映了模拟CMOS电路放大两个普遍的特点,一是电路的静态工
2、作点将直 接影响小信号的放大特性,也就是说CMOS模拟放大电路的直流特性和其交流特性之间有 一定的相互影响。从输入-输出特性所表现的特性曲线可以看出,MOSFET在饱和区的不同 点所对应的电路增益不同,这取决于器件的非线性特性,但是在足够小的范围内可以将非线 性近似线性化,这就表现为在曲线的不同分段近似线性化的过程中电路的增益与电路的静态 工作点有直接关系,可以看出,静态工作点的不同将决定了电路的本征增益。这一点表现在 计算中,CS电路的跨导取决于不同的栅压下所产生的静态电流,因此电路的增益是可选择 的,但是其增益的可选择性将间接限制了输出电压的摆幅。这些都反映了放大电路增益的选 择和电流、功耗、速度等其他因素之间的矛盾。【3】二是电路的静态工作点将直接影响前一级和后一级的直流特性,因为CS电路实现的 放大是针对小信号的放大,但是电路的放大特性是基于静态工作点的确定,换句话说,在电 路中的中间级CS电路即需要根据前一级的静态输出来确定本级的工作点,这也就导致了前 一级对后一级的影响,增加了电路设计的复杂性。但是电路设计中的CD电路可以实现直流 电平移位特性,交流信号的跟随特性,这也就解
3、决了静态级间的影响,总体来讲,这样简化 了设计,但是增加了电路的面积。【4】分析方法:CMOS模拟电路的复杂特性也决定了电路的小信号分析的特殊方法,区别 于BJT,第一种方法即直接从大信号的分析入手,MOS管在模拟IC中主要工作在线性区和 饱和区,结合MOS管的栅压和漏源电压所确定的不同区域的电流电压关系进而确定电路的 大信号工作特性,而大信号的特性曲线一方面可以确定电路的静态工作点,另一方面也间接 反映了电路的交流特性,因为从大信号到小信号的电路特性分析也就是实现电路的非线性到 线性分析,交流特性或者小信号特性是一个微变化量的分析,而大信号特性是全摆幅的分析 或者整体的分析,因此,小信号是大信号在工作点附近的一种近似,一种线性化。也就是说, 实现大信号到小信号的分析在数学上表现为微分关系。第二种方法则类似于BIT分析时的 小信号等效模型分析,这样从器件级建立信号的等效模型表现在电路级只能提供一种简易的 计算方法,不能实现对电路的直观理解。因此,在低频状态下表现为:CS电路能够实现对 输入信号的电压放大,其电压增益较高,输入阻抗无穷大,输出阻抗较小。【5】MOS管构成的二极管等效于一个
4、低阻器件,作为共源级的负载,代替了电阻实现小信 号的放大,但是,电路的增益受到了限制。总的来说,利用电阻或者MOS管构成的有源二 极管作为负载无法实现高增益的放大特性。【6】电流源负载的共源级放大电路实现了电压的高增益放大、电路的大输出摆幅,但是也 在一定程度上带来新的问题,可以看出,高增益源于等效的输出阻抗较大,大输出摆幅可以 通过调节静态NMOS和PMOS的最低工作电压实现,但是GD的电容效应和较高的输出阻 抗导致电路的响应速度下降。在低频工作状态下电路能够实现较好的电压转换,但是在高频 工作区域,电路的速度受限。另一方面,电路实现的高增益特性表现在输出端漏源电压的变 化幅度较大,这就要求在静态时尽可能使漏端的输出电压保证NMOS和PMOS在临界饱和 点处电压和的一半,这样保证其输出的摆幅对称,不会产生失真,这就要求电路在静态时输 入的栅电压更稳定,即使得输出漏电压处于临界饱和点处电压和的一半。【7】理解误区:静态时电路各点工作电压是确定的。例电流源负载的CS电路,放大管工 作在饱和区条件下漏源电压具有很大的变化范围,但是电路在工作时,其静态电流相等,漏 端的电压相等,即可唯一确定
《模拟CMOS IC学习总结》由会员s9****2分享,可在线阅读,更多相关《模拟CMOS IC学习总结》请在金锄头文库上搜索。
2023-05-22 19页
2023-04-17 7页
2023-09-08 7页
2022-09-08 10页
2023-08-09 29页
2023-07-14 2页
2024-02-29 8页
2023-05-01 8页
2023-09-03 7页
2023-09-18 7页