1、模拟集成电路设计原理习题讲解,授课：许俊 助教：王磊（04微电研）,期中考试题目讲解 基本的CASCODE共源共栅结构的单级运放 BANDGAP基准电压源电路分析,主要内容：,期中考试题目讲解,3. 在左图中，设所有管子都处于饱和区。 若要求M1的直流电流为100uA，求Vin的值。 计算电路的小信号增益和输出阻抗,3. 解答：a) 由M1的电流可求出M1的输入共模电平，,b) 先求输出端的输出阻抗：,再求电路的小信号增益：,4. 在差动放大器中，VDD=3V，,若所以管子都处于饱和区，求最大和最小的输入共模电压。b) 若每个管子的等效输入噪声电压为,求放大器的等效输入噪声电压，和等效输出噪声
2、电压。,随着Vin增加，Vp就如同源极跟随器的输出端，电位会一起升高。由于M3的电流不变（25uA）,所以它的过驱动电压不变。Vp上升到与F点之间的电压差小于M1的过驱动电压的时候，M1就不再处于饱和区。,解答： a) 要保证M5处在饱和区，于是有：,要保证M1处在饱和区，于是有：,由上面两式可以求出Vin的最大以及最小共模电平。,解答： b) 忽略M5管的噪声影响，由每个管子的等效输入噪声电压可得每个管子的噪声电流：,该电路总的输出噪声电压：,该电路的小信号增益：,于是可以计算该电路总的等效输入噪声电压：,5.图中M1为n管，阈值电压为0.7V，衬底接地。 画出Vout关于Vin的函数曲线草
3、图，Vin从0变化到3V； 假设M1工作在饱和区，推导低频和高频下的输出阻抗。,5. 解答：,由于CMOS管的对称性，将题目中的电路改画如左。其中VDD为1.5V. 可见该电路为一个普通的源极跟随器电路。 a) 当Vin从0伏开始升高时，在达到Vth以前，M1是不导通的。Vth之后，M1管先饱和后线性。图略.,低频下的小信号分析图如左。在计算输出阻抗时，只要将交流输入端和电源电压接地，并在输出端施加一个电压源即可。,高频下的小信号分析图如下。此时的寄生电容只考虑如图所示的几个主要电容即可。,将高频的等效图改画如下，即可分析得出其次是的输出阻抗。,基本的CASCODE共源共栅结构的单级运放,1.
4、保证M1和M2都工作在饱和区，共源共栅的偏置条件：,2. Out端看进去的输出阻抗：,3. Out端的低频增益：,普通的电阻为负载,Vout端的输出阻抗：,该电路的低频增益：,二极管连接的MOS管为负载,Vout端的输出阻抗：,该电路的低频增益：,带源极负反馈的单级cascode,Vout端的输出阻抗：,该电路的低频增益：,对于一个正向偏置的三极管，它的集电极电流和阈值电压VBE存在如下关系： (1) 其中晶体管的VBE具有负的温度系数，如(2)式所示。 (2) VG0是绝对零度时硅Si的能隙电压，近似等于1.206V，k是Boltzman常数，m也是常数m=2.3，Jc是温度为T时集电极的电
5、流密度。Jc0则是温度T0下的集电极电流密度。VBE0是T0下的结电压，VBE则是温度T下的结电压。,BANDGAP基准电压源电路基本原理,应用简单的一阶VBE公式，取Vbe=.75v , T=300K,并且假定晶体管的集电极电流正比于绝对温度，那么对公式（2）求对温度的偏导：,此时在给定的温度下， 约为-1.5mV/ K。 而不同电流密度的三极管的VBE之间的差值VBE具有正的温度系数，由(2)式可得(3)式：,如左图所示，R3上的电压即为 。,则Q2支路上的电流就成为PTAT电流，运放输出端的电压为：,适当调节 以及 的值，就可以得到低温漂的VREF值。,典型的BANDGAP电路分析,电源
6、直流抑制比PSRR：对电源电压在3.3V+10%，即3.0V3.6V范围 内进行扫描。结果显示在TT情况下PSRR=20log(Vdd/Vref)=98dB。,温度系数PPM：对温度在20摄氏度125摄氏度范围内扫描。同时电源电压在3.0V3.6V内取5个点，在每个点处对温度进行一次扫描，共得到5条温度扫描线。结果显示在TT情况下温度系数为TC=Vref / (TVref) 3.5ppm/oC。Vref取标准情况VDD=3.3V，T300k下的值。,左图为典型的SMIC.18 PNP型的BJT的model(参数)。,典型的SMIC.18 PNP型的BJT的model(工艺原理)。,典型的BANDGAP带隙基准电路的版图,THE END THANKS ,
