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模拟集成电路设计原理 模拟集成电路设计原理 ( ( Principle of Principle of Analog Integrated Circuit Analog Integrated Circuit Design, INF0130025.02) Design, INF0130025.02) 20121011唐长文 副教授 [email protected] http://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©2012,版权保留,侵犯必究

模拟集成电路设计原理 - rfic.fudan.edu.cnrfic.fudan.edu.cn/Courses/paicd2013/Handout/Chapter02.pdf · 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2012,版权保留,侵犯必究-027-如果

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模拟集成电路设计原理模拟集成电路设计原理((Principle ofPrinciple of Analog Integrated Circuit Analog Integrated Circuit

Design, INF0130025.02)Design, INF0130025.02)2012年10月11日唐长文 副教授

[email protected]://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

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-022-

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

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-023-

运算放大器运算放大器((OpampOpamp))

电流镜

电流镜

差分对

单管放大器

OUTIN+IN-

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-024-

目录目录

共源放大器

源极跟随器

共栅放大器

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

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-025-

如果 、 ,则 。

共源放大器共源放大器 11

D EV m ds

GS TH,GS

E

D GS TH,GS

22I V LA g rV V

V LV VI

V 100A E 10 VV L GS TH,GS 0.2 VV V

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-026-

共源放大器共源放大器 22

高增益?

小(VGS-VTH,GS) , 大L!!!0.15~0.2 V 4~5Lmin

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-027-

如果 、 ,则 。

如果 、 ,则 。

MOSTMOST或或BJTBJT晶体管放大器?晶体管放大器?

EV

GS TH,GS( )/2V LA

V V

AV

T

VAV

V 100A E 10 VV L GS TH,GS 0.2 VV V

V 1000A E 26 VV T k /q 26 mVV T

放大106倍, MOST需要3级,双极型晶体管只需要2级

MOST:

Bipolar:

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-028-

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

m

L2πgGBW

C

适用于所有的单级运算放大器

V0 m ds

ds L

12π

A g r

BWr C

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-029-

增益增益AAV0V0、、BWBW和和GBWGBW

VABW

20dB/decadeV0A

GBW

V( )φ A

90

0V0A

V0 m dsA g r

f

m

L2πgGBW

C

1

V( ) 45φ A 在BW处

V0V

1+j

AA fBW

log

log

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-0210-

练习练习

L

D

GBW CI

2n

min

' 50 μA/V0.5 μm

KL

已知:GBW=100 MHz,CL=3 pF

求: ID 、 L 、 W 、

L

D

GBW CFOMI

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-0211-

OUTIN

L

S

gs

增益带宽乘积:输入电容增益带宽乘积:输入电容CCgsgs

W ? L ? VGS-V TH,GS?

ds dsmT

gs S S ox GS TH,GS

1 12π

r rgGBW fC R R WC V V

V0 m ds

S gs

12π

A g r

BWR C

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-0212-

增益带宽乘积:密勒电容增益带宽乘积:密勒电容CCmm

V0 m ds

S v0 f

S f

12π

12π

A g r

BWR A C

GBWR C

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-0213-

密勒效应密勒效应

V0 m dsA g r fm V0 f(1+ )C A C

Ref.: Miller, Dependence of the input impedance of a three-electrode vacuum tubeupon the load in the plate circuit, Scient. Papers Bur. Standards, 1920, 367-385.

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-0214-

INS

L

f

OUT

密勒电容的反馈效应密勒电容的反馈效应

mz

f2πgf

C

zV V0

p

1 j /1 j /

f fA Af f

m S

11 g R

VABW

V0A

GBW1

V( )φ A

90

0

180

ffzfp

就相位而言,一个正零点相当于一个负极点!!!

pS V0 f

12π

fR A C

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-0215-

out in out in outm S in

S f S f ds

( ) 01 1

v v v v vg R vR sC R sC r

m S out outm fin

S f S f ds

( 1)11 1

g R v vg sC vR sC R sC r

整理得

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-0216-

f

out mV

in ds S f

f

m dsm ds

Vm

d f

0Vs 0 S

1

1 [ (1 ) ]

1

1 [ (1 ) ]

g rg r

AA

C sv gAv r R sC

C sg

r R sC

mz

f

V fS 0p

2π1

2π A

gf

fR C

C

密勒效应

sds Sm d(1 )g rr R Cf的并联等效电阻

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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

mmR

m S S

outR ds m ds S

m ds S

gsinR

m S

11

(1 ) ( )

1

ggg R R

R r g r Rg r R

CC

g R

但是,RS引入额外的噪声!

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-0218-

LG m inLG

outLG LG S

outLGLG m S

inLG

i g vv i R

vA g Rv

串联-串联反馈(电压-电流反馈)

电压

电流

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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

mmL

m S

outL m S ds S

2S gsS

inL mgs gs

inL S T Sgs

1(1 )

1Z

1Z

ggg L s

R g L s r L s

L C sLgC C s

L ω L sC s

没有额外的噪声!

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-0220-

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

in

out

DS2 GS2 GS1

ds22 2 GS2 TH,GS2

outM ds1 m1 ds2 ds2

gs1inM gs2

m1 ds2

0.2 V1

/ ( )(1 )

1

V V V

rKP W L V V

R r g r rC

C Cg r

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DS

DS

T

GS

D

DS GS

二极管连接二极管连接MOST MOST :并联反馈:并联反馈

2D n DS TH,GS

' ( )WI K V VL

饱和区

VDS =VGS – VTH,GSVDS =VGS

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m gs dsgs

dsDS

DS GS

二极管连接二极管连接MOST MOST :小信号模型:小信号模型

out m ds m(1/ ) 1/r g r g

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-0223-

二极管连接二极管连接MOST MOST :高频特性:高频特性

gs dsm T

gs ds2π( ) 2

C Cg fBWC C

D

DS GS

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OUT

IN

DD

宽带放大器宽带放大器

OUT DD GS2 OUT

GS2 TH,GS2m1 1V0

m2 2 GS1 TH,GS1

out m2

( )

( / )( / )

1/

V V V V

V Vg W LAg W L V V

R g

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线性宽带放大器线性宽带放大器

OUT GS2

out m21/V VR g

GS2 TH,GS2m1 1

V0m2 2 GS1 TH,GS1

( / )( / )

V Vg W LAg W L V V

•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(PSRR)•双倍功耗!

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-0226-

宽带放大器宽带放大器

GS2 TH,GS2m1 1V0 V0 m out

m2 2 GS1 TH,GS1

out m2

( / ) ( / )

1/

V Vg W LA A g Rg W L V V

R g out ds1 ds2R r r

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AA类和类和ABAB类放大器类放大器

out V inv A v out V inv A v

A类 AB类

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CMOSCMOS反相放大器反相放大器

数字反相器 模拟放大器

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OUT

D

LIN

DD

nMOSTnMOST和和pMOSTpMOST的工作点的工作点

DD DSn DSp

GSn GSp

V V V

V V

DSn OUT

GSn IN

V VV V

DSp DD OUT

GSp DD IN

V V V

V V V

M1nMOST

M2pMOST

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OUT

D

LIN

DD

IN

IN

OUT

DDDDD

DD

DA

DD

传输特性传输特性

IN

OUT

01

vv

IN

OUT

10

vv

模拟放大器

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-0231-

OUT

DA

LIN

DD

模拟放大器:模拟放大器:直流工作点直流工作点

2nDn n IN THn

n

p 2Dp p DD IN THp

p

' ( )

' ( )

WI K V VLW

I K V V VL

2n DDD n THn

n

' ( )2

W VI K VL

DDIN 2

VV DDOUT 2

VV

pnn p

n p

' ' WWK KL L

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-0232-

mn in

dsn

in

out

mp in

dsp

L

OUT

DA

LIN

DD

模拟放大器:模拟放大器:交流小信号模型交流小信号模型

mn mp mg g g 两个MOST的VGS –VTH,GS和ID相等,则:

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-0233-

OUT

DA

LIN

DD

模拟放大器:模拟放大器:增益增益AAVV

En n Ep p EV L V L V 如果

dsn dsp dsg g g

ds ds( 1/ )g r

m EV0

DDdsTH

2 22

2

g VA Vg V

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模拟放大器:模拟放大器:BWBW & & GBWGBW

V0 m ds

ds dsn dsp

ds L

12π

A g rr r r

BWr C

m

L2πgGBW

C

OUT

DA

LIN

DD

m mn mp

ds ds1 ds2

g g g

r r r

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OUT

D

LIN

DD

gs

S

模拟放大器:模拟放大器:CCgsgs产生的极点产生的极点

V0 m ds

S gs

gs gsn gsp

12π

A g r

BWR C

C C C

如果 :S gs ds LR C r C dsT

S2rfGBWR

m mn mp

ds ds1 ds2

g g g

r r r

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D

IN

DD

gd

S

L

OUT

模拟放大器:模拟放大器:CCgdgd产生的极点产生的极点

Cgd

f

fz

fndfdL

m S

Cg R

ds L

12πr C

m

L2πg

Cgd gdn gdpC C C S v0 gd

12πR A C

S gd

12πR C

ds L

m ds gd moutV

d2

in S dm ds S g s g Ls dd

(1 /( (1+

)1 )[ ) ]

sC gvAv s s R r C Cr gr r R C

rC

g

m

gd2πgC

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21 sas b 0 1 2 0as bs

0 21

1csA A

as bs

1zc

11sa

2asb

s很小 s很大

零点

11sa

2asb

极点

如果 :2 1s s

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-0238-

m mn mp

ds ds1 ds2

gd gdn gdp

g g g

r r rC C C

out in out in out outm S in

S gd S gd ds L

( )1 1 1

v v v v v vg R vR sC R sC r sC

m gd m S out out outin

S gd S gd ds L

1 ( 1)1 1 1

g sC g R v v vvR sC R sC r sC

整理得

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-0239-

ds L

m ds gd moutV

d2

in S dm ds S g s g Ls dd

(1 /( (1+

)1 )[ ) ]

sC gvAv s s R r C Cr gr r R C

rC

g

gd gdt d ndds L S gd

1 1 2π 2π

C C f fr C R C

mgd gdt d nd

S v0 gd L

1 2π 2π

gC C f fR A C C

Lgdt

ds L S v0 gdt m S

1 1 2π 2π

CCr C R A C g R

mz d nd

gd

, , 2π

gf f fC

V0 m dsA g r

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-0240-

OUTC2

LIN

DD

C1L

ABAB类类放大器放大器

L C2 C1i i i

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-0241-

目录目录

共源放大器

源极跟随器

共栅放大器

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-0242-

B

OUTin

Bout

OUT

B

inin

OUT

in

B

单晶体管级单晶体管级

out m ini g v out in

out m1/v vR g

out in

in m1/i iR g

共源 共漏 共栅

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

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-0243-

源极跟随器:源极跟随器:VVBSBS=0 V (p=0 V (p阱阱))

BGS T0 ' /

IV VK W L

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

outm

1Zg

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

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-0244-

V1An

GS ctV

源极跟随器:源极跟随器:VVBSBS≠≠0 V (n0 V (n阱阱))

outm

1Zg

BGS T ' /

IV VK W L

OUT IN GSV V V OUT IN∆ ∆V VB ctI 如果 ,

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

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-0245-

源极跟随器:非线性源极跟随器:非线性

γ=0 斜率为1

γ=0.8 V1/2

斜率为1/n

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-0246-

射极跟随器射极跟随器

in

B

S

OUT

in

E

V 1A S Bout

m

1+1

R rRg β

in B π E( +1)R r r β R

隔离度受限!

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-0247-

接负载电容接负载电容CCLL的源极跟随器的源极跟随器

gs mV 2

dsS gd

m

gs S

m ds

S

m

1 /1

'

(1 ) '

' '

sC gA

as bsCa R Cg

C Rg r

R C Cbg

ds ds B

sb L sb

sb gd sb gs gd gs

' //'

' ' ' '

r r RC C C

C C C C C C C C

B

in

BB L

S

OUT

DD

out

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-0248-

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

fdfnd fzgmr

gmu

gmr

gmr

gm

VA

L sb gsmr

S gd

gd

muS

t 2mr

gd

gs sbgdt

gs sb

1

1

(1 )

''

C C Cg

R C

Cg

C

g

C CC C

R

C

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-0249-

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

gmrfz

outZ

gmu

gmr

gmu

m

gs sbmu

S gd g

d,h

gs sbmr

S gd

zS gd g

igmS

s

g

s

d

12π

12

(

π

'

)

1

1

'

C Cg

R

fR C

C Cg

R C C

R

C

fC

C

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-0250-

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

m

outZ

fd fnd

gmr fz

gmu

gmr

gmu

jE Lmu

S jE μ

zS π

jE L

F S μ

μ

r

π

m

1

12π( ' )(

'

'

)

C Cg

f

C Cg

τ R C

C

R C

R

r C

C

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-0251-

B L

S

OUTgsin

B

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

m

1g

T

m S

fg R

mout S gs T

m gs

S

T

1 (1 ) 2

π π2

gZ R C s fRfg C

L

Tf

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-0252-

o

gs'm o

S gs

o

S gs

1( )

1

1

sCi g v

R sC

vR sC

o

S gs' oout '

m gs m

111 ( )

sR CvZi g s C g

'

out out ds||Z Z r

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-0253-

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

S

T

DSn GSn

2πRL

fV V

mp

Tn

DSn GSn GSp

1/2π

gL

fV V V

mp

Tn

DSn GSp

1/2π

gL

fV V

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-0254-

out-out+

2

tune

T

RLω

抬升高频特性 !

与电容并联的两端悬浮电感与电容并联的两端悬浮电感

m1V

m2

gAg

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-0255-

目录目录

共源放大器

源极跟随器

共栅放大器

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-0256-

B

OUTin

Bout

OUT

B

inin

OUT

in

B

单晶体管级单晶体管级

out m ini g v out in

out m1/v vR g

out in

in m1/i iR g

共源 共漏 共栅

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

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-0257-

接电阻负载的共栅放大器接电阻负载的共栅放大器

outR

in

vAi

inin

in

vRi

m

1g

L

in

B

in

OUT R L

ds

in

LLc

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-0258-

Lc L

m B

共栅放大器:电流增益共栅放大器:电流增益

Lc m ds BR g r R

ds

in

ii

L

in

ii

ds B m L

in L ds B m ds

( 1)(1 )

i R g Ri R r R g r

B m dsL

in L ds B m ds

(1 )(1 )

R g rii R r R g r

in

B

ds

OUT

ds

B

L L

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-0259-

in L in B

out L L

out in ds ds

ds L m in

( )

( )

v i i Rv R i

v v r ii i g v

(1)(2)(3)(4)

将(1)代入(4)得ids ,再将ids、(1) 、(2) 代入(3)得:

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

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-0260-

RLc RL

gmRB m ds BL

in L ds m ds B

LL m ds B

in

m ds BLL m ds B

in L

(1 )(1 )

1

g r Rii R r g r R

iR g r Ri

g r RiR g r Ri R

ds

in

ii

L

in

ii

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-0261-

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

ds B m L

in L ds m ds B

ds LL m ds B

in ds

dsL m ds B m B

in

( 1)(1 )

i R g Ri R r g r R

i RR g r Ri riR g r R g Ri

ds

in

ii

L

in

ii

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-0262-

in L in B( )v i i R

m

1g

L ds inm

Lds L m ds B in

m ds

L m ds B in B

1

R r RgRr R g r R R

g rR g r R R R

L ds Binin

in L ds m ds B

L dsB

m ds

( )(1 )

||1

R r RvZi R r g r R

R rRg r

Rin

AR

RLc

RB

rds RLRLc

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-0263-

m

1g

out m ds BL LR L

in in L ds m ds B

(1 )(1 )

v g r RR iA Ri i R r g r R

L m ds B R L

L m ds B R m ds B

Lc

R g r R A R

R g r R A g r RR

Rin

AR

RLc

RB

rds RLRLc

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-0264-

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

inoutR

ii

nnn

i

v

Ai

vR

i

Lc m ds BR g r R

m

1g

B100R

in

B

ds ds

B

B

Rin

AR

RLc

RB

rds RLRLc

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-0265-

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

out ds1

( )A g rR r

V m ds 1 m ds 2

out ds1 m ds 2

( ) ( )( )

A g r g rR r g r

OUT

IN

B

L

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-0266-

OUT

IN

B

L

共源共栅与单管共源放大器共源共栅与单管共源放大器 22

m1

out L L

1 2π 2π

gBW GBWR C C

适用于两种结构!

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-0267-

IB

M1vIN

CL

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

V

共源共栅与单管共源放大器共源共栅与单管共源放大器 33

m1

L2πgGBW

C

单管共源放大器

共源共栅:低频时具有高增益

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-0268-

OUT

IN

B

LS

m m

共源共栅的密勒效应?共源共栅的密勒效应?

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

A g rA g r

m1

L2πgGBW

C L m2

S St ds2m m1

C gR R rC g

如果 ,没有密勒效应!

ds2 L

12πr C

S v1 m

12πR A C

S m

12πR C

v2 ds1 L

12πA r C

m1

m2πg

C

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-0269-

out m outm2 m

ds2 L

outm in m in mm1 S in

S m S m ds1 L

( )1

+ ( )1 1 1

v v vg vr sC

vv v v v vg R vR sC R sC r sC

(1)

(2)

−gm2vm

rds1

vm

vout

CL

rds2

gm1vgs1

RSCm

vinvgs1

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-0270-

将(1) 求vm代入(2)得:

m1 ds1 m2 ds2out m m1

V 2in

(1 ) (1 / )1

v sC gAv

g r gas bs

r

ds1 m1 ds1 S m ds2

ds1 ds2 S m1 ds1 ds2 m2 ds2 ds1 m

m2 ds2 ds1 L

L

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

]r g r R Ca

b r r R g r r g r r C Cr g r r C

m1 S m outm1 m min

S m S m ds1 L

( 1)11 1 1

g R v vg sC vvR sC R sC r sC

out outm2 m

ds2 L ds2

1( )1v vg v

r sC r ds2 L

m outm2 ds2

11

sr Cv vg r

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-0271-

d ndv2 ds1 L S m

d ndS v1 m ds2 L

1 1 2π 2π

1 1 2π 2π

f fA r C R C

f fR A C r C

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

A g rA g r

零极点与零极点与RRss的关系的关系

m1z

m2πgf

C

当RS较小时

当RS较大时

密勒效应

V2 ds1 L V1 St mA r C A R C

L m2St ds2

m m1

C gR rC g

ds2 L

12πr CS v1 m

12πR A C

S m

12πR C

v2 ds1 L

12πA r C

m1

m2πg

C

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-0272-

d ndv2 ds1 L S m

d ndS v1 m ds2 L

1 1 2π 2π

1 1 2π 2π

f fA r C R C

f fR A C r C

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

A g rA g r

零极点与零极点与CCmm的关系的关系

m1z

m2πgf

C

当Cm较小时

当Cm较大时

密勒效应

V2 ds1 L V1 S mtA r C A R C

ds2 m2mt L

S m1

r gC CR g

ds2 L

12πr CS v1 m

12πR A C

S m

12πR C

v2 ds1 L

12πA r C

m1

m2πg

C

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-0273-

OUTB

L

S

m

m

IN

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

m1

L2πgGBW

C mt m2 ds2 L V2 LC g r C A C

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

A g rA g r

ds2 L

12πr C

ds1 m

12πr C

v2 ds1 L

12πA r C

m2

m2πg

C

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-0274-

out m outm2 m

ds2 L

outm mm1 in

ds1 m L

( )1

1 1

v v vg vr sC

vv vg vr sC sC

(1)

(2)

−gm2vm

rds2

vm

vout

CL

rds1gm1vin

RS

Cm

vin

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-0275-

V m1 ds1 m2 ds2 21(1 )

1A g r g r

as bs

ds2 m2 ds2 ds

ds1 d

d

s2 m

s1 m

L

1 L[ (1 ) ]r g rab r r C

r C rC

C

由(1) 求vm ,代入(2)得:

out outm2 m

ds2 L ds2

1( )1v vg v

r sC r ds2 L

m outm2 ds2

11

sr Cv vg r

outm mm1 in

m ds1 L1 1vv vg v

sC r sC

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-0276-

m2d nd

v2 ds1 L m

d ndds1 m ds2 L

1 2π 2π

1 1 2π 2π

gf fA r C C

f fr C r C

ds1 mt V2 ds1 Lr C A r C

mt V2 LC A C

极点与极点与CCmm的关系的关系

当Cm较小时

当Cm较大时

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

A g rA g r

ds2 L

12πr Cds1 m

12πr C

v2 ds1 L

12πA r C

m2

m2πg

C

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-0277-

V m1 out

out ds1 m2 ds2

out L

m1

L

12

12π

A g R

R r g r

BWR C

gGBWC

套筒式共源共栅套筒式共源共栅

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-0278-

折叠共源共栅折叠共源共栅

DS1 B1 B2 B1/2I I I I

V m1 out

out ds1 m2 ds2

out L

m1

L

12π

A g R

R r g r

BWR C

gGBWC

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-0279-

共源共栅与级联共源共栅与级联

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

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-0280-

弥天大谎: Cascode管减小密勒效应?!

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-0281-

out m out outm2 m

ds2 ds4 L

out outm in m in mm1 S in

S gd S gd ds1 ds4 L

( )1

+ ( )1 1 1

v v v vg vr r sC

v vv v v v vg R vR sC R sC r r sC

(1)

(2)

−gm2vm

rds1

vm

vout

CL

rds2

gm1vgs1

RSCgd

vinvgs1

rds4

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-0282-

将(1) 求vm代入(2)得:

gd m1outV m1 ds1 m2 ds2 ds4

ds4 ds2 m2 ds2 ds

2in

gd m1

21m

(1 / )(1 )

[ ||(1 / )

( (1 ) )1

]

sC gvA g r g r rv as bs

sCr r g r r

cg

a bsc

sc

G

m1 gd m1 S m out outmin

S gd S gd ds1 ds4 L

1 ( 1)1 1 1

g sC g R v v vvvR sC R sC r r sC

out out outm2 m

ds2 ds4 L ds2

1( )1

v v vg vr r sC r

ds2 ds4 ds2 ds4 Lm out

m2 ds2 ds4(1 )r r sr r Cv v

g r r

ds4 ds2 m2 ds2 ds1(1 )c r r g r r m1 m2 ds2 ds1

mds2 m2 ds2 ds1

(1 )(1 )

g g r rGr g r r

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-0283-

Cascode放大器: gm2≠0, rds2≠0

ds4 ds1 ds2 S m1 ds1 ds2 m2 ds2 ds1 gd L{ [(1 ) (1 ) ]}b r r r R g r r g r r C C

ds4 ds1 m1 ds1 S ds1 ds2 S m1 ds1 ds2 m2 ds2 ds

ds4 ds2 m2 ds2 ds1 L

1 gd{ [ (1 ) ]

[ (1 )

[(1 ) (1 }

]

) ]

r r g r r

r r g r R r r R g r r g r r Ca

C

d ndout L S gd

d ndS v1 gd ds2 L

1 1 2π 2π

1 1 2π 2π

f fR C R C

f fR A C r C

当Cgd小, CL大时

当Cgd大, CL小, rds4大时

V1 m1 ds1

V2 m2 ds2

A g rA g r out ds4 ds2 m2 ds2 ds1|| ( (1 ) )R r r g r r

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-0284-

CS放大器: gm2=0, rds2=0

S ds4 ds1 gd Lb R r r C C

ds4 ds1 m1 ds1 S S ds ds41 gd ds1 L{ [ (1 ) ] }r r g r R r ra CR r C

d ndout L S gd

m1d nd

S v1 gd L

1 1 2π 2π

1 2π 2π

f fR C R C

gf fR A C C

m ds4 ds1gd m1out

V2in

(1( ||

)

1)

/sC gg r rvA a bs s

cv

c

ds4 ds1c r r

out ds4 ds1||R r r

当Cgd小, CL大时

当Cgd大, CL小, rds4大时

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-0285-

当Cgd大, CL小时: 所有gm, rds相等

d ndS gd ds L

1 1 1 3 2π 3 2π 2

f fR C r C

Cascode放大器:

CS放大器: md nd

S V1 gd L

1 2 2π 2π

gf fR A C C

CL很大时, Cascode管不能减小密勒效应!

rds4→∞时,Cascode管不能减小密勒效应!

rds4很小(=rds),Cascode管能够减小密勒效应!

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-0286-

OUT

IN

B

L

共源共栅与级联共源共栅与级联

两级密勒放大器

m1

L2πgGBW

C m1

C2πgGBW

C

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-0287-

B1 B2

OUT

IN

调节共源共栅调节共源共栅//增益抬升增益抬升

V m ds 1 m m ds 3ds 2( ) ( ) ( )g rA g r g rV m ds 1 m ds 2( ) ( )A g r g rRef.: Hosticka, JSSC Dec.79, pp. 1111-1114; Sackinger, JSSC Febr.90, pp. 289-298;

Bult JSSC Dec.90, pp. 1379-1384

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-0288-

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

m1

L2πgGBW

C

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-0289-

V m ds 1b 2g m ds( ) ( )A g rA g r

cascode

gb

gb z

gb

增益抬升增益抬升

VA

m1

L2πgGBW

C

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-0290-

零极点对和建立时间零极点对和建立时间

OUT INGBW

pz

pz

∆exp([1 exp( ) ])

ftv vτ

tGBW τ

pzpz GBW

1 1 2π 2π

f GBWτ τ

Ref.: Kamath, etal, JSSC Dec.74, pp. 347-352

τGBWτpz

V

V0

pz

pz

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-0291-

MOSTMOST共源放大器和源极跟随器共源放大器和源极跟随器

GA

inR

outR

mgB1/R

dsr

m B dsg R r

B m1/R g B m1/R g

VA 1

m1/g

1

m1/g

RS

iOUT

Rout

RBvIN

iOUT

Rout

vIN vIN IB

vOUT

RoutRS

vIN

vOUT

Rout

RB

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-0292-

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

S B

m

11

R rg β

S B

m

11

R rg β

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 r

GA

inR

outR

mgB1/R

or

1

m B og R r

B m1/R g B m1/R g

1VA

RS

iOUT

Rout

RBvIN

iOUT

Rout

vIN vIN IB

vOUT

RoutRS

vIN

vOUT

Rout

RB

RinRin

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-0293-

m ds Bg r Rm ds Bg r R

m1/g

LR LR

m1/g

RA

MOSTMOST共栅放大器共栅放大器

inR

outR

B m1/R g

m ds Bg r R -

BR

B m1/R g

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-0294-

GA

oβrm o B B π[ //( )]g r R r roβr

B πr rB B π//( )R r r

oβr

m o Bg r R

m1/g

LR LR

m1/ginR

outR

双极型共基放大器双极型共基放大器

B m1/R g B m1/R g

m o Bg r R

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-0295-

MOSTMOST共栅放大器的跨阻共栅放大器的跨阻AARR

B m1/R g

R m ds BA g r R

in B in

out in m gs ds

gs in

v R iv v g v r

v v

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