高级模拟集成电路设计 - RFICrfic.fudan.edu.cn/courses/analog2011/Handout/Chapter02.pdf · 版权©2011，版权所有，侵犯必究运算放大器(Opamp) 电流镜差分对

高级模拟集成电路设计高级模拟集成电路设计(A l D i E ti l )(A l D i E ti l )(Analog Design Essentials)(Analog Design Essentials)

2011年9月19日唐长文副教授唐长文副教授

[email protected]://rfic.fudan.edu.cn/Courses.htmhttp://rfic.fudan.edu.cn/Courses.htm

复旦大学/微电子学系/射频集成电路设计研究小组

版权©2009-2011，版权所有，侵犯必究

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共源放大器，共源放大器，共源放大器，共源放大器，

源极跟随器和共栅放大器源极跟随器和共栅放大器源极跟随器和共栅放大器源极跟随器和共栅放大器

复旦大学射频集成电路设计研究小组唐长文-022-


运算放大器运算放大器(Opamp)(Opamp)运算放大器运算放大器(Opamp)(Opamp)

电流镜

差分对

OUTIN+IN-

电流镜单管放大器



目录目录目录目录

共源放大器共源放大器

源极跟随器源极跟随器

共栅放大器

Ref : W Sansen : Analog Design Essentials Springer 2006


Ref.: W. Sansen : Analog Design Essentials, Springer 2006


共源放大器共源放大器 11共源放大器共源放大器 11

gs m gs DSin out

DS EV m DS

E2 2I VV LA g LV

rVV V I

V m DSGS T DS GS TV VV V I

100A10 VV L0 2 VV V如果、，则。


V 100A E 10 VV L GS T 0.2 VV V 如果、，则。


共源放大器共源放大器 22共源放大器共源放大器 22

高增益？高增益？

小(VGS-VT) , 大L!!!小(VGS VT) , 大L!!!0 15~0 2 V 4~5L0.15~0.2 V 4~5Lmin



MOSTMOST或双极型晶体管放大器？或双极型晶体管放大器？MOSTMOST或双极型晶体管放大器？或双极型晶体管放大器？

V LEV

GS( )/2T

V LAV V

MOST:

V 100A E 10 VV L GS T 0.2 VV V 如果、，则。

EVABipolar: V k /q

AT

1000A26 VV k /q 26 mVT如果、，则。

Bipolar:

V 1000A E 26 VV k /q 26 mVT如果、，则。

放大106倍， MOST需要3级，双极型晶体管只需要2级


放大106倍， MOST需要3级，双极型晶体管只需要2级


增益带宽乘积：输出负载电容增益带宽乘积：输出负载电容CCLL增益带宽乘积：输出负载电容增益带宽乘积：输出负载电容CCLL

V0 m DSA g r

1

DS L

12π

BWr C

m

L2πgGBW

C

适用于所有的单级运算放大器


适用于所有的单级运算放大器


增益增益AAV0V0、、BWBW和和GBWGBW增益增益AAV0V0、、BWBW和和GBWGBWV0AA

logVA

BWA

V0V

1+jA f

BW

20dB/decadeV0A

V0 m DSA g r g

BW

GBW

( )φ A A

V0 m DSgm

L2πgGBW

C

1 log

V( )φ A0

V0Af

90

( ) 45φ A 在BW处


V( ) 45φ A 在BW处


练习练习练习练习

已知：GBW 100 MH ，C 3 F

GBW C

已知：GBW=100 MHz，CL=3 pF

L

DS

GBW CI

求： IDS 、 L 、 W 、

2n' 50 μA/V

0K

min 0.5 μmL

LGBW CFOM

I


DSI


增益带宽乘积：输入电容增益带宽乘积：输入电容CCGSGS增益带宽乘积：输入电容增益带宽乘积：输入电容CCGSGS

V0 m DSA g r

12π

BWR C

S GS2πR C

DS DSm 1 1r rgGBW f

W ? L ? V -V ?

DS DSmT

GS S S ox GS2π T

GBW fC R R WC V V


W ? L ? VGS-V T ?


增益带宽乘积：密勒电容增益带宽乘积：密勒电容CCFF增益带宽乘积：密勒电容增益带宽乘积：密勒电容CCFF

V0 m DSA g r

12π

BWR A C

S v0 F2πR A C

S F

12π

GBWR C



密勒效应密勒效应密勒效应密勒效应

A g r (1+ )C A CV0 m DSA g r FM V0 F(1+ )C A C

Ref.: Miller, Dependence of the input impedance of a three-electrode vacuum tube


upon the load in the plate circuit, Scient. Papers Bur. Standards, 1920, 367-385.


密勒电容的反馈效应密勒电容的反馈效应密勒电容的反馈效应密勒电容的反馈效应

1 j /f fVAz

V V0p

1 j /1 j /

f fA Af f

1

VABW

V0A

m S

11 g R

GBW1

V( )φ A ffzfp

g 90

0

1mz

F2πgf

C

90

180 p

S V0 F

12π

fR A C


就相位而言，一个正零点相当于一个负极点!!!


FS FS

gs m gs DSin out

in gs gs out

1v v v v

R

gs out outm gs 1

v v vg vr

(1) (2)

S

F

1RsC

DS

F

1 rsC

1in S out

Fgs

1

1

v R vsCv

由(1)得，代入(2)得


g

SF

1RsC


CF

out mV m DS

1

1 [ (1 ) ]

C sv gA

R Cg r

V

in DS S F

F

m DSm DS1 [ (1 ) ]

1

v r R sCC

g

s

g r

m

DS SV0 FV0

1

1 [ (1 ) ]

sg

r R sCA

A

DS SV0 F[ ( ) ]

mz

gf zF2π

1C

f 密勒效应


pV0 FS2π

fR A C

密勒效应


源极接电阻的退化共源放大器源极接电阻的退化共源放大器源极接电阻的退化共源放大器源极接电阻的退化共源放大器

m 1gg mR

m S S1g

g R R

outR m S DS S(1 )

( )R g R r R

g r R m DS S ( )g r R

GSinR

m S1CCg Rm Sg

但是，R 引入额外的噪声!


但是，RS引入额外的噪声!


LG i LGi g v LG m inLG

outLG LG S

i g vv i R

电流

outLGvA g R 电压 LG m SinLG

A g Rv

电压

串联串联反馈(电压电流反馈)复旦大学射频集成电路设计研究小组唐长文-0218-

串联-串联反馈(电压-电流反馈)


源极接电感的退化共源放大器源极接电感的退化共源放大器源极接电感的退化共源放大器源极接电感的退化共源放大器

mgmmL

m S1(1 )

ggg L s

R g L s r L s

outL m S DS S(1 )R g L s r L s

2S S GS

inL mGS GS

1Z L L C sgC C s

GS GS

inL S T S1Z L ω L s

C s

GSC s

没有额外的噪声!


没有额外的噪声!


源极接线性源极接线性MOSTMOST的退化共源放大器的退化共源放大器源极接线性源极接线性MOSTMOST的退化共源放大器的退化共源放大器

DS2 GS2 GS1 0.2 VV V V DS2 GS2 GS1

DS21

/ ( )r

KP W L V V

2 2 GS2 T

outM DS1 m1 DS2 DS2

/ ( )(1 )

KP W L V VR r g r r

GS1inM GS2

m1 DS21CC Cg r

m1 DS2



二极管连接二极管连接MOSTMOST ：并联反馈：并联反馈二极管连接二极管连接MOST MOST ：并联反馈：并联反馈

DS

VDS =VGS - VT VDS =VGS

DSDS

GSDS GS

饱和区饱和区

DST2' ( )WI K V V


DS n DS T( )I K V VL


二极管连接二极管连接MOSTMOST ：小信号模型：小信号模型二极管连接二极管连接MOST MOST ：小信号模型：小信号模型

DS

DS GS

out m DS m1/ // 1/r g r g



二极管连接二极管连接MOSTMOST ：高频特性：高频特性二极管连接二极管连接MOST MOST ：高频特性：高频特性

DS

DS GS

GS DSm T

GS DS2π( ) 2

C Cg fBWC C


GS DS2π( ) 2C C


宽带放大器宽带放大器宽带放大器宽带放大器

( )V V V VDD OUT DD GS2 OUT( )V V V V

OUTGS2 Tm1 1

V0m2 2 GS1 T

( / )( / )

V Vg W LA

g W L V V

IN

m2 2 GS1 T( )

1/

g

Rout m21/R g



线性宽带放大器线性宽带放大器线性宽带放大器线性宽带放大器

•只有NMOS管+电流镜•输入/输出直流电平相同•无衬偏效应高电源抑制比( S )•高电源抑制比(PSRR)

•双倍功耗！

OUT GS2

1/V VR

out m21/R g

GS2 Tm1 1V0

m2 2 GS1 T

( / )( / )

V Vg W LAg W L V V



宽带放大器宽带放大器宽带放大器宽带放大器

GS2 Tm1 1V0 V0 m out

m2 2 GS1 T

( / )

( / )V Vg W L

A A g Rg W L V V


m2 2 GS1 T

out m21/R g out DS1 DS2//R r r


AA类和类和ABAB类放大器类放大器AA类和类和ABAB类放大器类放大器

A Aout V inv A v out V inv A v

A类 AB类


A类 AB类


CMOSCMOS反相放大器反相放大器CMOSCMOS反相放大器反相放大器

数字反相器模拟放大器



nMOSTnMOST和和pMOSTpMOST的工作点的工作点nMOSTnMOST和和pMOSTpMOST的工作点的工作点

DSM1nMOST

M2pMOST

OUT

DD DSn DSpV V V

V V

DSn OUTV V

V V

DSp DD OUTV V V

V V V


GSn GSp V V GSn INV V GSp DD INV V V


传输特性传输特性

OUT

传输特性传输特性

IN 0v OUT

DD

IN

OUT 1v

DD 1v

模拟放大器

DD IN

OUT

10

vv

INDDDD

IN

DSDSA


IN


模拟放大器：模拟放大器：直流工作点直流工作点模拟放大器：模拟放大器：直流工作点直流工作点

DDin 2

VV DDout 2

VV

2nDS i T

' ( )W

I K V V

2 2

DSn n in Tn

p 2

( )

' ( )

I K V VLW

I K V V Vp 2DSp p DD in T

p

( )I K V V VL

2n DDDS n T

' ( )2

W VI K VL

pnn p' ' WWK K

L L


n 2Ln pn pL L


模拟放大器：模拟放大器：交流小信号模型交流小信号模型模拟放大器：模拟放大器：交流小信号模型交流小信号模型

g g g 两个MOST的V V 和I 相等，则：


mn mp mg g g 两个MOST的VGS –VT和IDS相等，则：


模拟放大器：模拟放大器：增益增益AAVV模拟放大器：模拟放大器：增益增益AAVV

如果 En n Ep p EV L V L V 如果

g g g DSn DSp DSg g g

DS DS( 1/ )g r

2 2g Vm EV0

DDDST

2 22

2

g VA Vg V


2


模拟放大器：模拟放大器：BWBW && GBWGBW模拟放大器：模拟放大器：BWBW & & GBWGBW

V0 m out2A g RV0 m out

DSout DSn DSp//

2

grR r r 2

12π

BWR C

out L2πR C

2gm

L

22π

gGBWC



模拟放大器：模拟放大器：CCGSGS产生的极点产生的极点模拟放大器：模拟放大器：CCGSGS产生的极点产生的极点

V0 m out m DS2A g R g r

S GSt

12π

BWR C

S GSt

GSt GSn GSp

2πR CC C C

如果：S GSt DS LR C r C DST

2rfGBWR


S2 R


模拟放大器：模拟放大器：CCDGDG产生的极点产生的极点

DD

模拟放大器：模拟放大器：CCDGDG产生的极点产生的极点

Cm

2πg

C

DS

DD CDGtfndfd

L2πC

DGt

S OUT

fzL

m S

Cg R

OUT

IN Lf

out L

12πR C

out V0 DGt mV 2

(1 / )1 [ (1+ ) ]R

v A sC gAv s R C A R C s R CC R C


in out L v0 S DGt S out DGt Lout DGt1 [ (1+ ) ]Rv s R C A R C s R CC R C


01 csA A

0 21A A

as bs 1z 零点 zc

零点

1s as 极点 1s

a 2s

b 极点

21 sas b 0 1 2 0as bs

s很小 s很大如果：2 1s s

21 sas b 0 1 2 0as bs

1s as


1sa

2sb


m mn mpg g g in outout gs

11

v v v vsC

(1)

out DS1 DS2

V0 t

//R r rA g R

DGtS

DGt

1 sCRsC

v v v V0 m outA g R

将(1) 代入(2)得：

(2)in out outm gs

S out1 1//

v v vg vR R

sC sC


将(1) 代入(2)得：DGt LsC sC


out V0 DGt m(1 / )v A sC gA out V0 DGt mV 2

in out L v0 S DGt S out DGt Lout DGt

( )1 [ (1+ ) ]R

gAv s R C A R C s R CC R C

gmz d nd

DGt

2π

gf f fC

DGt DGtransition d ndt L S DGt

1 1 2π 2π

C C f fR C R C

out L S DGt2π 2πR C R C

mDGt DGtransition d nd

1 2 2

gC C f fR A C C

DGt DGtransition d ndS v0 DGt L2π 2πR A C C

L1 1 CC复旦大学射频集成电路设计研究小组唐长文-0239-

LDGtransition

out L S v0 DGtransition m S2π 2πC

R C R A C g R


ABAB类类放大器放大器ABAB类类放大器放大器

DD

OUTC2

OUT

C1L

LIN

C Ci i i


L C2 C1i i i





共栅放大器



单晶体管级单晶体管级单晶体管级单晶体管级

共源共漏共栅 OUT共源共漏共栅

OUTin

t

OUT

iin

BB

out

B

inin

B

out m ini g v out in

1/v vR

out in

1/i iR

out m1/R g in m1/R g共源放大器源极跟随器共栅放大器

电压缓冲器电流缓冲器




源极跟随器：源极跟随器：VVBSBS=0 V (p=0 V (p阱阱))源极跟随器：源极跟随器：VVBSBS 0 V (p0 V (p阱阱))

0 VV V V( 2 0 2 )V V γ Φ Φ

BIV V

BS 0 VV T T0V VT T0 F F( 2 0 2 )V V γ Φ Φ

BGS T0 ' /

V VK W L

out

m

1Zg

mg

V V V OUT IN∆ ∆V V V 1A B ctI GS ctV 如果，则


OUT IN GSV V V OUT IN V


源极跟随器：源极跟随器：VVBSBS≠≠0 V (n0 V (n阱阱))源极跟随器：源极跟随器：VVBSBS≠≠0 V (n0 V (n阱阱))

( 2 2 )V V γ Φ V Φ V V

BIV V

T T0 F OUT F( 2 2 )V V γ Φ V Φ BS OUTV V

outm

1Zg

BGS T ' /

V VK W L

mg

V1A

GS ctV

V V VOUT IN∆ ∆V VB ctI 如果，


V nOUT IN GSV V V OUT IN


源极跟随器：非线性源极跟随器：非线性源极跟随器：非线性源极跟随器：非线性

=0 斜率为1γ=0 斜率为1

γ=0.8 V1/2

斜率为1/n斜率为1/n



射极跟随器射极跟随器射极跟随器射极跟随器

S

in

inOUT

in

B E

1 R rV 1A S B

outm

1+1

R rRg β

in B π E( +1)R r r β R

隔离度受限！


隔离度受限！


接负载电容接负载电容CCLL的源极跟随器的源极跟随器接负载电容接负载电容CCLL的源极跟随器的源极跟随器

GS m1 /sC gA

V 2

DS

1'

Aas bs

Ca R C

DD

DSS DG

m

a R Cg

C R

S

out

GS S

m DS

(1 ) '

C Rg r

in

B L

OUT

S

m

' 'R C Cbg

' //R

BBB L

DS DS B

DS L DS

' //'' ' ' '

r r RC C CC C C C C C C C


DS DG DS GS DG GS' ' ' 'C C C C C C C C


源极跟随器：频响特性随源极跟随器：频响特性随gg 的变化的变化源极跟随器：频响特性随源极跟随器：频响特性随ggmm的变化的变化

fgm 1 C C C fdfnd fzgmr

gmr

gmL DS GS

mrS DG

1 C C CgR C

gmu

2DGt(1 )Cg gmrVA

DGtmr

DG

(1 )

'

gC

C C

GS DSDGt

GS DS'C CC

C C

1g


muS

gR


源极跟随器：输出阻抗随源极跟随器：输出阻抗随gg 的变化的变化源极跟随器：输出阻抗随源极跟随器：输出阻抗随ggmm的变化的变化

fd fnd

GS DS'1 C Cgfd fnd

gmrfz

m mrS DG

gR C

gmu

GS DS

mu1 'C Cg

R C CoutZ

S DG GSR C C

gmr

gmu z

S DG GS

12π ( )

fR C C

1


d,higmS DG

12πR

fC


射极跟随器：输出阻抗随射极跟随器：输出阻抗随gg 的变化的变化射极跟随器：输出阻抗随射极跟随器：输出阻抗随ggmm的变化的变化

fd fnd C Cm fd fnd

gmr fz

jE L

mrF S μ'C C

gτ R C

gmu

outZ

jE L

mu1'

C Cg

R C Cgmr

gmu S jE μ'R C C

z

S π π μ

12π( ' // )( )

fR Cr C


S π π μ( )( )


做为有源电感的源极跟随器做为有源电感的源极跟随器 11做为有源电感的源极跟随器做为有源电感的源极跟随器 11

outm

1Zg

mg

1

m

1g

T

S

fg R

Tf

m Sg R

mt S GS T

S1 (1 ) RL gZ R C s f


out S GS Tm GT S

(1 ) 2π2π

LZ R C s ffg C


做为有源电感的源极跟随器做为有源电感的源极跟随器 22做为有源电感的源极跟随器做为有源电感的源极跟随器 22

SRL mp1/g mp1/gS

T2πL

fV V

mp

Tn2πg

Lf

V V V

mp

Tn2πg

Lf

V V


DSn GSnV V DSn GSn GSpV V V DSn GSpV V


与电容并联的两端悬浮电感与电容并联的两端悬浮电感与电容并联的两端悬浮电感与电容并联的两端悬浮电感

tuneRLω

2Tω

out-out+

m1gA

抬升高频特性 !

m1V

m2

Ag


抬升高频特性 !





共栅放大器



单晶体管级单晶体管级单晶体管级单晶体管级

共源共漏共栅 OUT共源共漏共栅

OUTin

t

OUT

iin

BB

out

B

inin

B

out m ini g v out in

1/v vR

out in

1/i iR

out m1/R g in m1/R g共源放大器源极跟随器共栅放大器





接电阻负载的共栅放大器接电阻负载的共栅放大器接电阻负载的共栅放大器接电阻负载的共栅放大器

L

OUT

1

mgin

B

in

outR

vA ini

vR

B


Rin

Ai in

in

Ri


共栅放大器：电流增益共栅放大器：电流增益共栅放大器：电流增益共栅放大器：电流增益

m B

ds

in

iiL L

m B iniOUT

L

in

ii

ds DS

in

in

BB

Lc L

R R

ds B m L

in L DS B m DS

( 1)(1 )

i R g Ri R r R g r

B


Lc m1 DS BR g r R

B m DSL

in L DS B m DS

(1 )(1 )

R g rii R r R g r


in L in B( )v i i R (1)ds

out

L

out L Lv R i

v v r i(2)(3)L

dsm in

DS

i

L

out in DS ds

ds L m in( )v v r i

i i g v(3)(4)

L

in B

in

将(1)代入(4)得ids ，再将ids、(1) 、(2) 代入(3)得：

( ) [ ( ( ) )]R i i i R r i g i i R


L L L in B DS L m L in B( ) [ ( ( ) )]R i i i R r i g i i R


gmRB(1 )R g ri

ds

in

ii

B m DSL

in L DS B m DS

(1 )(1 )

R g rii R r R g r

iLiL

L m DS Bin

1iR g r Ri

L

in

ii

RLc RL m DS BLL m DS B

in L

g r RiR g r Ri R


in L


( ) ( )i i g v i g i i R

ds L m in L m L in B

m B L m B in

( ) ( ) (1 )i i g v i g i i R

g R i g R i

( 1)i R g RgmRB

ds

in

ii

ds B m L

in L DS B m DS

( 1)(1 )

i R g Ri R r R g r

Lids L

L m DS Bin DS

i RR g r Ri r

L

in

ii

dsL m DS B m B

i

iR g r R g Ri

RLc RL


ini


( )v i i Rin L in B( )v i i R

( )R RB L DSinin

in L DS B m DS

( )(1 )

R R rvZi R r R g r

RLc

S1R r R Ri

AR RB

m

1g

L DS inm

L

R r Rg

RR R R

Rin

mg LDS L m DS B in

m DS

r R g r R Rg r

R g r R R R

rDS RLRLc


L m DS B in B R g r R R R


(1 )RR i

out B m DSL L

R Lin in L DS B m DS

(1 )(1 )

v R g rR iA Ri i R r R g r

RLc

L m DS B R L R g r R A RRi

AR RB

m

1g

L m DS B R L

L m DS B R m DS B

g

R g r R A g r RR

Rin

mg Lc R

rDS RLRLc



共栅放大器：跨阻增益与输入阻抗共栅放大器：跨阻增益与输入阻抗共栅放大器：跨阻增益与输入阻抗共栅放大器：跨阻增益与输入阻抗

RLc

AR RB

1Rin

mgrDS RLRLc

inoutvA

vR R g r R 100R


Ri

inn

ni

Ai

Ri

Lc m DS BR g r R B100R


共源共栅与单管共源放大器共源共栅与单管共源放大器 11共源共栅与单管共源放大器共源共栅与单管共源放大器 11

V m DS 1( )A g rR

V m DS 1 m DS 2( ) ( )( )

A g r g rR


out DS1R r out DS1 m DS 2( )R r g r



OUTB

OUT

L

IN

m11 2π 2π

gBW GBWR C C

适用于两种结构！


out L L2π 2πR C C



IBV

M1vIN

CL V2 m2 DS2

单管共源放大器

V1 m1 DS1

m1

2πgGBW

C共源共栅：

低频时具有高增益


L2πC低频时具有高增益


共源共栅的密勒效应？共源共栅的密勒效应？共源共栅的密勒效应？共源共栅的密勒效应？

AB

V1 m1 DS1

V2 m2 DS2

A g rA g r

OUT

IN

M m

IN LS

m1

2gGBW

C L m2

S St DS2C gR R r 如果，没有密勒效应！


L2πC S St DS2M m1

R R rC g

如果，没有密勒效应！


out m out

m2 m( ) 1v v vg v (1)m2 m

DS2

L

( ) 1gr

sC

( )

outm in m m inS in m1

DS1

( )1 1 1vv v v v vR v g

rR R(2)


DS1S S

M M L

R RsC sC sC


将(1) 求vm代入(2)得：

out M m1V m1 DS1 m2 DS2 2

in

(1 / )(1 )1

v sC gA g r g rv as bs

in

[ (1 ) ] [ (1 ) ]C R CDS2 m2 DS2 DS1 L DS1 m1 DS1 S M

DS1 DS2 S m1 DS1 DS2 m2 DS2 DS1 L M

[ (1 ) ] [ (1 ) ]{ [(1 ) (1 ) ]}

a r g r r C r g r R Cb r r R g r r g r r C C



A r C A R C

fd

fnd

AV1RSCM rDS2CL

RSV2 DS1 L V1 St MA r C A R C

L m2St DS2

C gR rRSt

fd

RSCMC

St DS2M m1

R rC g

1 1

fAV2rDS1CL

S MM

zm12π

Cfg

d ndv2 DS1 L S M

1 1 2π 2π

f fA r C R C

当RS较小时

d ndv1 S M DS2 L

1 1 2π 2π

f fA R C r C

V1 m1 DS1A g rA g r

当RS较大时


v1 S M DS2 L V2 m2 DS2A g r密勒效应


具有中间节点电容具有中间节点电容CCMM的共源共栅的共源共栅具有中间节点电容具有中间节点电容CCMM的共源共栅的共源共栅

AB

V1 m1 DS1

V2 m2 DS2

A g rA g r

OUT

Sm

IN L

M

IN

m1

2gGBW

C Mt m2 DS2 L V2 LC g r C A C


L2πC Mt m2 DS2 L V2 Lg


vout

- gm2vm

rDS1

v

vout

RS vm CL

rg

RS

C

vin

(1) out m out

m2 m( ) 1v v vg v

r

rDS2gm1vin CM

DS2

L

1rsC

(2) outmm1 in

DS11 1//

vvg vr

C C复旦大学射频集成电路设计研究小组唐长文-0272-

DS1M LsC sC


由(1) 求vm ，代入(2)得：

m2 DS2V m1 DS1 2

(1 )1

g rA g ras bs

+ (1 )a r C r C g r r C

DS2 L DS1 M m2 DS2 DS1 L

DS2 L DS1 M

+ (1 )a r C r C g r r Cb r C r C



r C A r CDS1 Mt V2 DS1 Lr C A r C

C A CMt V2 LC A C

m2d nd

v2 DS1 L M

1 2π 2π

gf fA r C C

当CM较小时

d ndDS1 M DS2 L

1 1 2π 2π

f fr C r C

当CM较大时 V1 m1 DS1A g rA g r


DS1 M DS2 L2π 2πr C r C V2 m2 DS2A g r


套筒式共源共栅套筒式共源共栅

A g R

套筒式共源共栅套筒式共源共栅

V m1 outA g R

Bout

out DS1 m2 DS212

R r g r

OUT

1BW

Lout L2π

BWR C

IN m1

2gGBW

C


L2πC


折叠共源共栅折叠共源共栅折叠共源共栅折叠共源共栅

V m1 outA g R

out DS1 m2 DS2R r g r

1BW out L2πR C

/2I I I Im1

L2πgGBW

C


DS1 B1 B2 B1/2I I I I L2πC


共源共栅与级联共源共栅与级联共源共栅与级联共源共栅与级联

( ) ( )A g r g r ( ) ( )A g r g r


V m DS 1 m DS 2( ) ( )A g r g r V m DS 1 m DS 2( ) ( )A g r g r


共源共栅与级联共源共栅与级联共源共栅与级联共源共栅与级联

两级密勒放大器

B

两级密勒放大器

OUT

L

IN

m1gGBW m1gGBW


L2πGBW

C C2πGBW

C


调节共源共栅调节共源共栅//增益抬升增益抬升调节共源共栅调节共源共栅//增益抬升增益抬升

B1 B2

OUT

IN

V m DS 1 m DS m D 32 S( ) ( ) ( )g rA g r g rV m DS 1 m DS 2( ) ( )A g r g r


Ref.: Hosticka, JSSC Dec.79, pp. 1111-1114; Sackinger, JSSC Febr.90, pp. 289-298;Bult JSSC Dec.90, pp. 1379-1384


增益抬升，共源共栅和单管放大器增益抬升，共源共栅和单管放大器增益抬升，共源共栅和单管放大器增益抬升，共源共栅和单管放大器

V

V3 V3 m3 DS3V3 V3 m3 DS3

V2 m2 DS2

V1 m1 DS1

m1gGBW复旦大学射频集成电路设计研究小组唐长文-0280-

m1

L2πgGBW

C


增益抬升增益抬升

gb

增益抬升增益抬升

gb

gbVA

gb

cascode

( ) ( )A Agb z

m1gGBW复旦大学射频集成电路设计研究小组唐长文-0281-

V m DS 1gb m DS 2( ) ( )A g r g rA m1

L2πgGBW

C


零极点对和建立时间零极点对和建立时间零极点对和建立时间零极点对和建立时间

τGBWτGBW τpz

OUT INpz∆

exp([1 exp( ) ])ftv v

τt

GBW τ

GBW pzτ GBW τ

pz1 1

2π 2πf GBW

τ τ


pz GBW2π 2πτ τRef.: Kamath, etal, JSSC Dec.74, pp. 347-352


MOSTMOST共源放大器和源极跟随器共源放大器和源极跟随器MOSTMOST共源放大器和源极跟随器共源放大器和源极跟随器

B m1/R g B m1/R g

GA mgB1/R VA 1 1

inR

R

r

g R r

1/g

1/g


outR DSr m B DSg R r m1/g m1/g


双极型共射放大器和射极跟随器双极型共射放大器和射极跟随器双极型共射放大器和射极跟随器双极型共射放大器和射极跟随器

B m1/R g B m1/R g

GA mgB1/R 1 1VA

S B1 R r

S B1 R r

B π B( 1)r r β R B π o( 1)r r β r B π B( 1)r r β R B πr rinR

R r g R r


m 1g β

m 1g βoutR or m B og R r


MOSTMOST共栅放大器共栅放大器MOSTMOST共栅放大器共栅放大器

B m1/R g B m1/R g

LR LRRA m DS Bg r R -

g r Rg r R

m1/g m1/ginR

R

BR


m DS Bg r Rm DS Bg r RoutR


双极型共基放大器双极型共基放大器双极型共基放大器双极型共基放大器

B m1/R g B m1/R g

GA oβrLR LR m o Bg r R

βr[ //( )]g r R r rβr

B πr rB B π//( )R r r

g r R

m1/g m1/ginR

R


oβrm o B B π[ //( )]g r R r roβrm o Bg r RoutR


MOSTMOST共栅放大器的跨阻共栅放大器的跨阻AARRMOSTMOST共栅放大器的跨阻共栅放大器的跨阻AARR

v r g vvgmv

rDS

vout

gmvvin

RB iiniin

B m1/R g

A g r R

in B in

t i DS

v R iv v g vr

R m DS BA g r R out in m DS

in

v v g vrv v


out B in m DS(1 )v R i g r m DS 1g r

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高级模拟集成电路设计 - RFICrfic.fudan.edu.cn/courses/analog2011/Handout/Chapter02.pdf · 版权©2011，版权所有，侵犯必究 运算放大器(Opamp) 电流镜 差分对

高级模拟集成电路设计 - RFICrfic.fudan.edu.cn/courses/analog2011/Handout/Chapter02.pdf · 版权©2011，版权所有，侵犯必究运算放大器(Opamp) 电流镜差分对