Chapter3
Single-Transistor and Multiple-Transistor Amplifiers
---Single-Transistor Amplifiers
---Two-Transistor BJT Amplifier
---Two-Transistor MOSFET Amplifier
---Differential Amplifiers (Mismatch)
DEVICE MISMATCH IN DIFEERENTIAL
AMPLIFIERS
Outline
---The general approach to analyzing mismatches ---Input voltage and current offset of BJT
differential amplifiers
---Input voltage offsets of MOS differential amplifiers
---Small-Signal Characteristics of Unbalanced Diff.
Amp.
General Method
Suppose performance parameters p 1and p 2can be written as
)
,,,()
,,,(22221111L L z y x f p and
z y x f p ==Ideally, x 1=x 2, y 1=y 2, z 1=z 2…,→p 1=p 2. But, in practice, they are not and an error exists:
)
,,,,,,,(),(22211121L L z y x z y x f p p e Error ==where x1,y1,z1,…and x2,y2,z2,…can be expressed in terms of their difference and average values, For example,
2
212
1x x x and
x x x +=
?=?MISMATCH ANALYSIS METHODS
2
2
12
1x x x and
x x x +=
?=?x
x x and
x
x x ??=?+=?
5.05.021thus,)
;5.0,5.0;5.0,5.0(),(21L y y y y x x x x f p p e ???+???+=Generally:x x <
εε
εε
?≈++≈?111
111
or
neglecting high power values of )
.,.(2
εεe i be concluded:
INPUT VOLTAGE AND CURRENT OFFSET OF THE BJT DIFF. AMPLIFIER
Model for Input Offset Voltage and Current
Base width, base & collector doping level, effective emitter area, collector load resistance.
?V OS :If v in =0
)
()(OS C T
C
OS C m C V R V I V R g v ?=?=?If an offset exists in:2
1&C C R R )
/(/)/()
(_C C T m C C R OS C C C R R V g R v V R i v C ?=?=→?=?→If an offset exists in area or doping level, in I S
)
/(/)/(_/S S T m C I OS S C S V V S C I I V g i V I I I e
I i S T
BE ?=?=→?=?=?→m
OS C C C g V i i i =?=?21
?I OS :
If an offset exists in i C ,→β
/C OS i I ?=)
/)(/(/)()
/)(/(/)/(__ββββββββC B OS C C C C C C R OS i i I i R R R R i I C ?=?=?=?=?RMS-sum (polarity of error is not important):
2
_2
_2
_2
_&
β
OS R OS OS I OS R OS OS I
I
I V
V
V C
S
C
+=+=
DC performance:?
??
?????=?????????????????=?12212211ln ln ln S S C C T S C T S C T ID
I I I I V I I V I I V V 2
222222
1
121121)
()()()(A V Q D qn A V W N D qn I A V Q D qn A V W N D qn I CB B n i CB B A n i S CB B n
i
CB B A n i
S ====where W B (V CB )is the base width as a function of V CB , N A is the
acceptor density in the base and A is the emitter area.
1
2
212
2110C C C C C C C C OD R R I I R I R I V =?
=?=??
?
???????????????????????????=?)()(ln 211212CB B CB B C C T OS
V Q V Q A A R R V V 0
21=+?BE BE ID V V V
Now, define:
2
22&
21212
1C
C C C C C C C C C C C R R R and R R R R R R R R R ??=?+=?+=?=?2
22&
21212
1A
A A and A A A A A A A A A ??
=?+=?+=?=?2
22&
21212
1B
B B B B B B B B B B B Q Q Q and Q Q Q Q Q Q Q Q Q ??
=?+=?+=?=?Substituting these values into the expression for V OS gives
???
??????????????????
?????????????≈?????
?
???????????????????+???????????????+???????????
??
??+??=B B C C T B
B B
B C C C C T OS
Q Q A A R R V Q Q Q Q A A A A R R R R V V 111ln 22
2222ln B
B C C Q Q and A A R R <
Expanding the logarithm and neglecting higher order terms gives
?
??????
?????=?????????+????≈S S C C T B B C C T OS
I I R R V Q Q A A R R V V where
B
B
S S Q Q A A I I ???=?Example:
05
.0&01.0//==??S
S
I I
R R σσmV mV I I R R V V S S C C T OS 5.1)05.001.0)(26(?=+=????
???
?????≈mV
mV V V S
S C
C I I R R T OS 3.1)05.0()01.0()26(2
2/2
/2
=+=+=??σ
σ
Calculation of dV OS /dT:Assuming V OS (270C)=2mV,
K V K
mV
T T V T V or I I R R T V T V OS OS S S C C T OS /67.63002)(μ=≈=???????????+?=??Offset voltage can be cancelled using external circuitry
but to cancel the temperature drift, the external circuitry must have the temperature dependence.
Temperature Dependence of the Input Offset Voltage
The input offset current of the BJT Differential Amplifier can be written as :
1
1
2
2
12215.0&5.0F C F C B B OS OS B B OS B B I I I I I I I I I I I ββ?
=
?=??=+=Define:
2
22
&2
22&21
2
11
2212
112F
F F F F F F F F F F F C
C C C C C C C C C C C and I I I and I I I I I I I I I ββββββββββββ?+
=??=?
+=
?=??+
=??=?+=
?=?Input Offset Current of the BJT Differential Amplifier
q
Combining the previous expressions into the function for I OS gives:
F
F C C F F C
C F C F F
C C F F C C OS I I when I I I I I I I I βββββββββ<
?
??????+?+=,2222, then,
C
C
C C C
C C
C
C C C C R R I I R R R R I I I I ?=
????+??=?+??212121211
2
212
2110C C C C C C C C OD R R I I R I R I V =?
=?=Therefore,
???
?
?????+??=F
F
C C F C OS
R R I I βββ
INPUT VOLTAGE OFFSET OF THE MOSFET
DIFF. AMPLIFIER
Model for Input Offset Voltage
?V OS : If v in =0
m
OS D D D g V i i i =?=?21If an offset exists in:2
/))(/(2/)/(_t GS D D D D D R OS V V R R I R v V D ??=?=→β2
1&D D R R L
W k '
=
βD
D D D D D R v i or
R i v /)(?=??=?→
If
)
,,('k L W or ????β2
/))(/(2/)/(2/)/(/_t GS D D D m D OS V V I I I g i V ??=?=?=?=βββββββββ)
,
()(/)]}(2[2{/22_t t
t t
t GS t GS t t m D V OS V Vt small is V if V V V V V V V g i V t ?<
If exists:?I OS =0
t
V ?
2
'
21
'
1
212'221
'
1
121)/(2)/(2)/(2)/(20L W k I L W k I V V L W k I V L W k I V V V V V D D t t D t D t ID GS GS ID ?+
?=??+
=?=+?1
2
2122110D D D D D D D D OD R R I I R I R I V =?
=?=DC performance:
Define:
2
22
&212
121D
D D D D D D D D D D D R R R and R R R R R R R R R ??=?+=?+=
?=?2
22&21212
1β
βββββββββββ??=?+=?+=?=?and 222&21212
1D
D D D D D D D D D D D I I I and I I I I I I I I I ??=?+=?+=?=?2
22&21212
1t
t t t t t t t t t t t V V V and V V V V V V V V V ??=?+=?+=?=?
Substituting these values into the expression for V OS gives
t
D D D t D D D D D t D D D D D t
t t t D D D D OS
V I I I V I I I I I V I I I I I V V V V I I I I V ?+??
???????=?+?????
?
?+??????+
=?+?????
?
?+??????+
=????++???????????????
???????+?+=βββββββββββββββββ222)221()221(2)21)(21()21)(21(2)2()2(5.05.025.05.02where,
t
t D D D D V V and I I R R <
When the variation in 3 parameters are uncorrelated:
mV V V R R V V V V t GS D D t GS t OS
1072)(2)(2
222
2
=??????
????+???
???????+?=ββV
V V mV V R R t GS t D D 5.1&100%,5/%,1/=?=?=?=?ββFor the correlated case:
mV R R V V V V D D t GS t OS
5522)(=?
??
??????+????=ββ???
?
?????+???≈???=?βββ222D D D t OS D D D D R R I V V R R I I t
GS D
V V I ?=β
2???
?
?????+????=?ββ22)(D D t GS t OS
R R V V V V
模拟集成电路课程设 计
模拟集成电路课程设计 CMOS两级运放设计 一、摘要 本课程设计要求完成一个两级运放的设计，采用设计工艺为CMOS的 0.35um工艺技术，该工艺下器件可以等效为长沟道器件，在分析计算时可采用一级模型进行计算。本次设计主要了对于共模输入电压等指标提出了要求，详见下表。在正文中将就如何满足这些指标进行分析与讨论，并将计算结果利用cadence进行仿真，得出在0.35um工艺电路的工作情况。 二、电路分析 课程设计的电路图如下：
输入级（第一级）放大电路由M1-M5组成，其中M1与M2为NMOS 差分 输入对管，M3与M4为PMOS 有源负载，M5为第一级提供恒定的偏置电流。 输出级（第二级）放大电路由M6、M7以及跨接在M6栅漏两端（即第二级电路输入与输出两端）的电容Cc 组成，其中PMOS 管M6为共源极接法，用于实现信号的放大，而M7与M5功能相同，为第二级提供恒定的偏置电流，同时M7还作为第二级的输出负载。Cc 将用于实现第二级电路的密勒补偿，改变Cc 的值可以用于实现电路中主极点与非主极点分离等功能。 偏置电路由恒流源IB 和以二极管形式连接的M8组成，其中M8与M5，M7形成电流镜，M5和M7为相应电路提供电流的大小由其与M8的宽长比的比值来决定。 三、 设计指标 本模块将根据设计要求的指标逐一进行分析： 开环直流增益：考虑直流增益时忽略所有电容的影响，画小信号图如下： 由小信号图可以得到电路中的直流增益为： 式中， ，考虑到差分输入对管的一致性，故，从而 ，故上述表达式中用代为表示。 同时，考虑到下式： 以及表达式： Gm1*Vin ro2,4 Gm6*Vds1 Vout Vds1 ro6,7
《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 专升本CMOS模拟集成电路分析与设计试卷答案 专升本《CMOS模拟集成电路分析与设计》 一、（共75题,共150分） 1. Gordon Moore在1965年预言:每个芯片上晶体管的数目将每（）个月翻一番（2分） A.12 B.18 C.20 D.24 .标准答案：B 2. MOS 管的小信号输出电阻是由MOS管的（）效应产生的。（2分） A.体 B.衬偏 C.沟长调制 D.亚阈值导通 .标准答案：C 3. 在CMOS模拟集成电路设计中，我们一般让MOS管工作在（）区。（2分） A.亚阈值区 B.深三极管区 C.三极管区 D.饱和区 .标准答案：D 4. MOS管一旦出现（）现象，此时的MOS管将进入饱和区。（2分） A.夹断 B.反型 C.导电 D.耗尽 .标准答案：A 5. （）表征了MOS器件的灵敏度。（2分） A. B. C. D. .标准答案：C 6. Cascode放大器中两个相同的NMOS管具有不相同的（）。（2分） A. B. C. D. .标准答案：B 7. 基本差分对电路中对共模增益影响最显著的因素是（）。（2分） A.尾电流源的小信号输出阻抗为有限值 B.负载不匹配 C.输入MOS不匹配 D.电路制造中的误差 .标准答案：C 8. 下列电路不能能使用半边电路法计算差模增益（）。（2分） A.二极管负载差分放大器 B.电流源负载差分放大器 C.有源电流镜差分放大器 D.Cascode负载Casocde差分放大器 .标准答案：C 9. 镜像电流源一般要求相同的（）。（2分） A.制造工艺 B.器件宽长比 C.器件宽度W D.器件长度L .标准答案：D 10. 某一恒流源电流镜如图所示。忽略M3的体效应。要使和严格相等，应 取为（）。（2分） A. B. C. D. .标准答案：A 11. 选择题:下列结构中密勒效应最大的是（）。（2分） A.共源级放大器 B.源级跟随器 C.共栅级放大器 D.共源共栅级放大器 .标准答案：A 集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University 实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1 实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2 Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3 由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4 2017年数字IC类笔试面试试题 威盛logic design engineer考题 1。一个二路选 择器，构成一个4路选择器，满足真值表要求、 2。已知A,B,C三个信号的波形，构造一个逻辑结构，使得从AB可以得到C，并且说明如何避免毛刺 3。一段英文对信号波形的描述，理解后画出波形，并采用verilog 实现。 4。169.6875转化成2进制和16进制 5。阐述中断的概念，有多少种中断，为什么要有中断，举例 6。这道比较搞，iq题，5名车手开5种颜色的车跑出了5个耗油量（milespergallon)，然后就说什么颜色的车比什么车手的耗油量多什么的，判断人，车，好油量的排序ft致死，看了一堆FSM和数字电路没啥用，结果基本的冬冬把自己搞死了。 不过mixedsignal里的数字部分到是很全的考察了数字的冬冬（转）几道威盛电子的FPGA工程师试题 7、解释setup和hold time violation,画图说明,并说明解决办法. 17、给出某个一般时序电路的图,有Tsetup,Tdelay,Tck->q,还有clock 的delay,写出决定最大时钟的因素,同时给出表达式. 18、说说静态、动态时序模拟的优缺点. 19、一个四级的Mux,其中第二级信号为关键信号如何改善timing 22、卡诺图写出逻辑表达使. 23、化简F(A,B,C,D)=m(1,3,4,5,10,11,12,13,14,15)的和 28Please draw the transistor level schematic of a cmos2input AND gate andexplain which input has faster response for output rising edge.(less del aytime). 30、画出CMOS的图,画出tow-to-one mux gate. 45、用逻辑们画出D触发器46、画出DFF的结构图,用verilog实现之. 68、一个状态机的题目用verilog实现73、画出可以检测10010串的状态图,并verilog实现之. 80、 Please draw schematic of a common SRAM cell with6transistors,point o utwhich nodes can store data and which node is word line control?(威盛笔试circuit design)（转） VIA数字IC笔试试题 1。解释setup和hold time violation，画图说明，并说明解决办法。 模拟集成电路设计精粹 模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。有许多的模拟集成电路，如运算放大器、模拟乘法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计师进行手动的电路调试，模拟而得到，与此相对应的数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言在EDA软件的控制下自动的综合产生。 模拟集成电路被广泛地应用在各种视听设备中。收录机、电视机、音响设备等，即使冠上了”数码设备”的好名声，却也离不开模拟集成电路。 实际上，模拟集成电路在应用上比数字集成电路复杂些。每个数字集成电路只要元器件良好，一般都能按预定的功能工作，即使电路工作不正常，检修起来也比较方便，1是1, 0是0,不含糊。模拟集成电路就不一样了，一般需要一定数量的外围元件配合它工作。那么，既然是”集成电路”，为什么不把外围元件都做进去呢这是因为集成电路制作工艺上的限制，也是为了让集成电路更多地适应于不同的应用电路。 对于模拟集成电路的参数、在线各管脚电压，家电维修人员是 很关注的，它们就是凭借这些判断故障的。对业余电子爱好者来说，只要 掌握常用的集成电路是做什么用的就行了，要用时去查找相关的资料。我从研究生开始接触模拟集成电路到现在有四年了，有读过“模拟芯片设计的四重境界”这篇文章，我现在应该处于菜鸟的境界。模拟电路设计和数字电路设计是有很大区别的，最基本的是模拟电路处理的是模拟信号，数字电路处理的数字信号。模拟信号在时间和值上是连续的，数字信号在时间和值上是离散的，基于这个特点，模拟电路设计在某些程度上比数字电路设计困难。模拟电路设计困难的具体原因如下： 1.模拟设计需要在速度、功耗、增益、精度、电源电压、噪声、面积等多种因素间进行折中，而数字设计只需在功耗、速度和面积三个因素间进行平衡。 2.模拟电路对噪声、串扰和其他干扰比数字电路敏感得多。 3.随着工艺尺寸的不断减小，电源电压的降低和器件的二级效应对模拟电路比数字电路的影响严重得多，给模拟设计带来了新的挑战。 4.版图对于模拟电路的影响远大于数字电路，同样的线路差的版图会导致芯片无法工作。 我的模拟集成电路设计学习之路是从拉扎维的模拟CMO集成电 路设计这本书开始，这本书在现在工作中还是会去查看，是模拟集 成电路设计的经典教材之一。我首先想谈的就是关于模拟电路设计的相关课程和教材建议。模拟电路设计跟做其他事情一样，首先要学会一些基本的准则、方法和知识点，而经典的模拟电路设计教材就是这些东西的融合体，razavi 的design of analog CMOS integrated circuits ，sansen 的analog design essentials ， 一、填空 1.ls (填写参数)命令用于显示隐藏文件。（-a） 2.进入当前目录的父目录的命令为 (%cd ..) 3.查看当前工作目录的命令为：（%pwd） 4.目录/home//uuu已建立，当前工作目录为/home/，采用绝对路径进入/home//uuu 的命令为：（%cd /home//uuu） 5.假设对letter文件有操作权限，命令%chmod a+rw letter会产生什么结果：（对 所有的用户增加读写权限。） 6.显示当前时间的命令为：（%date） 7.打开系统管理窗口的命令为：（%admintool） 8.与IP地址为166.111.4.80的主机建立FTP连接的命令为：（%ftp 166.111.4.80 or %ftp %open 166.111.4.80） 9.建立FTP连接后，接收单个文件的命令为：（%get） 10.建立FTP连接后，发送多个文件的命令为：（%mput） 11.有一种称为0.13um 2P5M CMOS单井工艺, 它的特征线宽为______，互连层共有 _____层，其电路类型为_______。0.13um 7 CMOS 12.请根据实际的制造过程排列如下各选项的顺序： a.生成多晶硅 b.确定井的位置和大小 c.定义扩散区，生成源漏区 d.确定有源区的位置和大小 e.确定过孔位置 正确的顺序为：___ _________________。bdace 13.集成电路中的电阻主要有__________, ____________, _____________三种。井电 阻，扩散电阻，多晶电阻 14.为方便版图绘制，通常将Contact独立做成一个单元，并以实例的方式调用。若该 Contact单元称为P型Contact，由4个层次构成，则该四个层次分别为：_________，_________, _________, ___________. active, P+ diffusion, contact, metal. 15.CMOS工艺中，之所以要将衬底或井接到电源或地上，是因为 ___________________________________。报证PN结反偏，使MOS器件能够正常工 作。 16.版图验证主要包括三方面：________，__________，__________; 完成该功能的 Cadence工具主要有（列举出两个）：_________，_________。DRC, LVS, ERC, Diva, Dracula 17.造成版图不匹配的因数主要来自两个方面：一是制造工艺引起的，另一个是 __________;后者又可以进一步细分为两个方面：_______________， _____________。片上环境波动，温度波动，电压波动。 18.DRC包括几种常见的类型，如最大面积（Maximum Dimension），最小延伸（Minimum Extension），此外还有_________，_________，_________。最小间距，最小宽度，最小包围（Minimum Enclosure）。 19.减少天线效应的三种方法有：____________，____________，__________。插入二 极管，插入缓冲器，Jumper (或者，通过不同的金属层绕线)。 20.由于EDA工具的不统一，出现了各种不同的文件格式，如LEF, DEF等，业界公认 的Tape out的文件格式为 _______，它不可以通过文本编辑器查看，因为它是 模拟电子技术基础试题汇总 1.选择题 1．当温度升高时，二极管反向饱和电流将 ( A )。 A 增大 B 减小 C 不变 D 等于零 2. 某三极管各电极对地电位如图所示，由此可判断该三极管( D ) A. 处于放大区域 B. 处于饱和区域 C. 处于截止区域 D. 已损坏 3. 某放大电路图所示.设V CC>>V BE, L CEO≈0，则在静态时该三极管 处于( B ) A.放大区 B.饱和区 C.截止区 D.区域不定 4. 半导体二极管的重要特性之一是( B )。 ( A)温度稳定性 ( B)单向导电性 ( C)放大作用 ( D)滤波特性 5. 在由NPN型BJT组成的单管共发射极放大电路中，如静态工 作点过高，容易产生 ( B )失真。 ( A)截止失真( B)饱和v失真( C)双向失真( D)线性失真 6.电路如图所示，二极管导通电压U D＝0.7V，关于输出电压的说法正确的是( B )。 A：u I1=3V，u I2=0.3V时输出电压为3.7V。 B：u I1=3V，u I2=0.3V时输出电压为1V。 C：u I1=3V，u I2=3V时输出电压为5V。 D：只有当u I1=0.3V，u I2=0.3V时输出电压为才为1V。 7.图中所示为某基本共射放大电路的输出特性曲线，静态工作点由Q2点移动到Q3点可 能的原因是 。 A：集电极电源+V CC电压变高B：集电极负载电阻R C变高 C：基极电源+V BB电压变高D：基极回路电阻 R b变高。 8. 直流负反馈是指( C ) A. 存在于RC耦合电路中的负反馈 B. 放大直流信号时才有的负反馈 C. 直流通路中的负反馈 D. 只存在于直接耦合电路中的负反馈 9. 负反馈所能抑制的干扰和噪声是( B ) A 输入信号所包含的干扰和噪声 B. 反馈环内的干扰和噪声 C. 反馈环外的干扰和噪声 D. 输出信号中的干扰和噪声 10. 在图所示电路中，A为理想运放，则电路的输出电压约为( A ) A. －2.5V B. －5V C. －6.5V D. －7.5V 11. 在图所示的单端输出差放电路中，若输入电压△υS1=80mV, △υS2=60mV,则差模输 入电压△υid为( B ) A. 10mV B. 20mV C. 70mV D. 140mV 12. 为了使高内阻信号源与低阻负载能很好地配合，可以在信 号源与低阻负载间接入 ( C )。 A. 共射电路 B. 共基电路 1． MOSFET 跨导g m 是如何定义的。在不考虑沟道长度调制时，写出MOSFET 在饱和区的g m 与 V GS ?V TH 、√D 和1V GS ?V TH 的关系表示式。画出它们各自的变化曲线。 2． MOSFET 的跨导g m 是如何定义的。在考虑沟道长度调制时，写出MOSFET 在饱和区的g m 与 V GS ?V TH 、√D 和1 V GS ?V TH 的关系表示式。画出它们各自的变化曲线。 3． 画出考虑体效应和沟道长度调制效应后的MOSFET 小信号等效电路。写出r o 和g mb 的定 义，并由此定义推出r o 和g mb 表示式。 4． 画出由NMOS 和PMOS 二极管作负载的MOSFET 共源级电路图。对其中NMOS 二极管负载共 源级电路，推出忽略沟道长度调制效应后的增益表示式，分析说明器件尺寸和偏置电流对增益的影响。对PMOS 二极管负载的共源级电路，对其增益表示式作出与上同样的分析。 5． 画出MOS 共源共栅级电路的电路图和其对应的小信号等效电路图。并推出此共源共栅 级电路的电压增益和输出电阻表示式。 6． 画出带源极负反馈电阻的以电阻作负载的MOS 共源级电路的电路图和其对应的小信号 等效电路图。写出此电路的等效跨导定义式，并由此推出在不考虑沟道长度调制和体效应情况下的小信号电压增益表示式。画出其漏电流和跨导随V in 的变化曲线图。 7． 画出带源极负反馈电阻的以电阻作负载的MOS 共源级电路的电路图和其对应的小信号 等效电路图。写出此电路的等效跨导定义式，并由此推出考虑沟道长度调制和体效应情 况下的小信号电压增益表示式。画出其漏电流和跨导随V in 的变化曲线图。 8． 画出以二极管连接的MOS 为负载的差动对和以电流源为负载的差动对的电路图。并求 出这两种电路的小信号增益。 9．下图给出一个电阻负载共源级放大器的高频模型。画出其小信号等效电路。并由此等效 电路推出其传输函数。就此传输函数，简要说明电路的零极点分布情况。 10．对如下图所示的共源级电路，画出其含有噪声的电路模型。并根据此模型图写出其输出 噪声电压V n ，out 2?????????和输入噪声电压V n ，in 2????????。 11．下图是一个电路系统的环路增益波特图，由图分析此系统的极点和零点情况。指出系统的稳定性，写出系统的开环和闭环传输函数，并由此求出闭环系统的极点公式来。 文件编号：GD/FS-8265 （安全管理范本系列） 使用集成电路的基本知识 详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________ 使用集成电路的基本知识详细版 提示语：本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 1．集成电路型号的识别 要全面了解一块集成电路的用途、功能、电特性，那必须知道该块集成电路的型号及其产地。电视、音响、录像用集成电路与其它集成电路一样，其正面印有型号或标记，从而根据型号的前缀或标志就能初步知道它是那个生产厂或公司的集成电路，根据其数字就能知道属哪一类的电路功能。例如 AN5620，前缀AN说明是松下公司双极型集成电路，数字“5620”前二位区分电路主要功能，“56”说明是电视机用集成电路，而70～76属音响方面的用途，30～39属录像机用电路。详细情况请 参阅部分生产厂集成电路型号的命名，但要说明，在实际应用中常会出现A4100，到底属于日立公司的HA、三洋公司的LA、日本东洋电具公司的BA、东芝公司的TA、南朝鲜三星公司的KA、索尼公司的CXA、欧洲联盟、飞利浦、莫托若拉等国的TAA、TCA、TDA的哪一产品？一般来说，把前缀代表生产厂的英文字母省略掉的集成路，通常会把自己生产厂或公司的名称或商标打印上去，如打上SONY，说明该集成电路型号是CXA1034，如果打上SANYO，说明是日本三洋公司的LA4100，C1350C 一般印有NEC，说明该集成电路是日本电气公司生产的uPC1350C集成电路。 有的集成电路型号前缀连一个字母都没有，例如东芝公司生产的KT－4056型存储记忆选台自动倒放 模拟集成电路课程设计 CMOS两级运放设计 摘要 本课程设计要求完成一个两级运放的设计，采用设计工艺为CMOS的0.35um工艺技术，该工艺下器件可以等效为长沟道器件，在分析计算时可采用一级模型进行计算。本次设计主要了对于共模输入电压等指标提出了要求，详见下表。在正文中将就如何满足这些指标进行分析与讨论，并将计算结果利用cadence进行仿真，得出在0.35um工艺电路的工作情况。 电路分析 课程设计的电路图如下： 输入级（第一级）放大电路由M1-M5组成，其中M1与M2为NMOS差分输入对管，M3与M4为PMOS有源负载，M5为第一级提供恒定的偏置电流。 输出级（第二级）放大电路由M6、M7以及跨接在M6栅漏两端（即第二级电路输入与输出两端）的电容Cc组成，其中PMOS管M6为共源极接法，用于实现信号的放大，而M7与M5功能相同，为第二级提供恒定的偏置电流，同时M7还作为第二级的输出负载。Cc将用于实现第二级电路的密勒补偿，改变Cc的值可以用于实现电路中主极点与非主极点分离等功能。 偏置电路由恒流源IB和以二极管形式连接的M8组成，其中M8与M5，M7形成电流镜，M5和M7为相应电路提供电流的大小由其与M8的宽长比的比值来决定。 设计指标 本模块将根据设计要求的指标逐一进行分析： 开环直流增益：考虑直流增益时忽略所有电容的影响，画小信号图如下： 由小信号图可以得到电路中的直流增益为： A_v=-g_m1 r_02,4 g_m6 r_o6,7 式中r_02,4=r_o2 ||r_o4，r_o6,7=r_o6 ||r_o7，考虑到差分输入对管的一致性，故〖(W/L)〗_1=〖(W/L)〗_2，从而g_m1=g_m2，故上述表达式中用g_m1代为表示。 同时，考虑到下式： g_m=2I/((V_gs-V_th)) 以及表达式： r_o=1/"λI" =(V_E L)/I 从而可以将直流增益表达式表述为： A_v=-(4λ_n λ_n λ_p λ_p)/((V_gs-V_th )_1 (V_gs-V_th )_6 (λ_n+λ_p )^2 ) 同时可以将λ用V_E L替换，可以得出增益的大小在设计时只与MOS管的过驱动电压和沟道长度有关，当过驱动电压确定时（一般选取0.2V），则需要通过增加沟道长度L来提高增益。 由于对于0.35um的工艺库并不熟悉，可以通过对单管进行dc仿真，得到所需的厄利电压等参数，但在实际应用中并不需要，主要做法是根据计算得到的电路偏置电流，通过确定的过驱动电压进行单管仿真得到合适宽长比的工作在饱和区的MOS管。 单位增益带宽（GBW）：分析GBW时需要考虑电路在高频条件下的工作情况，小信号 1、 CMOS analog circuit design by P.E.ALLEN 评定：理论性90 实用性70 编写 100 精彩内容：运放的设计流程、比较器、 开关电容 这本书在国内非常流行，中文版也 翻译的很好，是很多人的入门教材。 建议大家读影印版，因为ic 领域 的绝大部分文献是以英文写成的。 如果你只能读中文版，你的学习资料 将非常有限。笔者对这本书的评价 并不高，认为该书理论有余，实用性 不足，在内容的安排上也有不妥的地 方，比如没有安排专门的章节讲述反 馈，在小信号的计算方面也没有巧方法。本书最精彩的部分应该就是运放的设计流程了。这是领域里非常重要的问题，像Allen 教授这样将设计流程一步一步表述出来在其他书里是没有的。这正体现了Allen 教授的治学风格：苛求理论的完整性系统性。但是，作为一项工程技术，最关键的是要解决问题，是能够拿出一套实用的经济的保险的方案。所以，读者会发现，看完最后一章关于ADC/DAC 的内容，似乎是面面俱到，几种结构的ADC 都提到了，但是当读者想要根据需求选择并设计一种ADC/DAC 时，却无从下手。书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen 教授求全的风格。不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。Allen 教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。书中的相关章节很适合作为开关电容电路的入门教材。该书的排版、图表等书籍编写方面的工作也做的很好。像Allen 这样的理论派教授不管在那所大学里，大概都会很快的获得晋升吧。另外，Allen 教授的学生Rincon Moca 教授写的关于LDO 的书非常详尽，值得一读。 2、 CMOS Circuit Design Layout and Simulation CMOS Mixed-Signal Circuit Design by R.J.Baker 评定：理论性80 实用性100 编写80 精彩内容：数据转换器的建模和测量、hspice 网表这本书的风格和Allen 的书刚好相反： 理论的系统性不强，但是极为实用，甚至给出 大量的电路仿真网表和hspice 仿真图线。 这本书的中文版翻译的也很好。最近出了第二 版，翻译人员换了，不知道翻译的水平如何。 不过，第二版好贵啊~~ Baker 教授在工业界 的实战经验丰富，曾经参加过多年的军方项目 的研发，接收器，锁相环，数据转换器，DRAM 等曾设计过。所以，书中的内容几乎了包含 了数字、模拟的所有重要电路，Baker 教授 《模拟集成电路设计》复习 答疑安排： 第13周星期二（5月29日），上午9:00-11:30，下午14:30-17:00，工三310 考试题型： 七道大题：第2章一题，第3、4章各两题，第5章一题，第6、7章共一题 考试注意事项： 所有题目采用课本P32表2.1的数据，V DD=3V，C OX=3.84 10-7F/cm2，忽略漏/源横向扩散长度L D。试题会给出所需参数值。 时刻区分大信号、小信号。 时刻注意是否考虑二级效应。 题目有“推导”两字时，需给出求解过程。 必考：画小信号等效电路 复习题 例2.2补充问题：（1）分析MOS工作区间变化情况；（2）画出I D-V DS 曲线；（3）推导线性区跨导表达式。 习题2.2注意：跨导的单位。 习题2.3补充问题：给定参数值，计算本征增益的数值。注意：画曲线时需考虑λ与L的关系。 例3.5 补充问题：画出图3.21(b)电路的小信号等效电路，推导增益表达式。 习题3.2问题（b）删去。补充问题：求R out。 习题3.12解题思路：I1→V out→V GS2→(W/L)2→A v 习题3.14 输出摆幅=V DD-V OD1-|V OD2|。 解题思路：A v，R out→g m1→(W/L)1→V OD1→|V OD2|→(W/L)2 第4章课件第49页的题目差模增益-g m1(r o1||r o3)，共模增益0，共模抑制比+∞ 例4.6 习题4.18 只要求图4.38(a)-(d)。补充问题：画出半边电路。注意：画半边电路时去掉电流源M5。 习题4.25 计算过驱动电压V OD时忽略沟道长度调制效应。注意双端输出摆幅为单端时的2倍。 习题5.1问题（e）删去。问题（c）和（d）有简单的计算方法。 习题5.5问题（b）（c）删去。λ=0。 例6.4补充问题：画出低频小信号等效电路，推导低频小信号增益；写出C D、C S分别包含哪些MOS电容。 习题6.9 只要求图6.39(a)(b)(c)。 例7.11只计算热输入参考噪声电压。 习题7.11补充问题：推导小信号增益。 1 《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容Cin为__ CF（1－A） __。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 11、1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，VGS=VTH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当VGS 模拟集成电路设计软件实验教程 月4年2006 1 目录 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计 (3) Lab 1.1 启动软件 (3) Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 (3) Lab 1.3 电路图输入 (7) Lab 1.4 模块的创建 (10) Lab 1.5 电源的创建 (12) Lab 1.6 建立运放测试电路 (14) 实验二使用Spectre Direct进行模拟仿真 (17) Lab 2.1 运行仿真 (17) Lab 2.2 使用激励模板 (28) Lab 2.3 波形窗的使用 (32) Lab 2.4 保存仿真状态 (36) Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口 (37) 2 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计Lab 1.1 启动软件 实验目的: 掌握如何启动模拟电路设计环境. 实验步骤: 1.进入Linux界面后,点击鼠标右键,选中New Terminal,则会弹出一个交互终端. 2.进入教程所在目录后,输入命令cd Artist446 (注意:cd后必须有空格;命令行大小写敏感) 3.在同一个交互终端内,输入命令icms &,在屏幕底部会出现一个命令交互窗(Command Interpreter Window,CIW).如果出现What's New窗口,可使用File-Close命令关闭. Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 实验目的: 掌握如何对含AHDL模块的模块级设计进行仿真. 实验步骤: 1.在CIW中选择Tool-Library Manager,会弹出库管理器(Library Manager). 2.在库管理器中,用鼠标左键选中training,则cell中会显示出training库中所有的cell;在training 的所有cell中用左键选中peakTestv;用鼠标中键(或右键)打开(open)view中的schematic.将会出现如下图所示的测试电路: 3 点击左当该模块四周出现一高亮黄色虚线框时,将鼠标置于图中peakDetectv模块上,3. . ,则模块四周线框变为白色实线框键选中该模块EditDesign-Hierarchy-Descend 设置Name将View ,,弹出Descend对话框4.选择: peakDetectv模块的电路图OK.为schematic,然后点击则出现 当GS V 恒定时，g m 与DS V 之间的关系 当DS V 恒定时，g m 、DS I 与GS V 之间的关系 通过对比可以发现，DS V 恒定时的弱反型区、强反型区、速度饱和区分别对应于当GS V 恒定时的亚阈值区、饱和区、线性区（三极管区）。 跨导g m 在线性区（三极管区）与DS V 成正比，饱和区与GS TH V V -成正比 DS g GS TH V V - 饱和区的跨导 NMOS 1、截止区条件：GS TH V V < 2、三极管区（线性区）条件：TH GD V V < 电压电流特性：()21 2DS n GS TH DS DS W I Cox V V V V L μ?????=-?- 3、饱和区条件：TH GD V V > 电压电流特性：()2 1 (1)2DS n GS TH DS W I Cox V V V L μλ= -+ 4、跨导: 就是小信号分析中的电流增益，D GS dI gm dV = () n GS TH W gm Cox V V L μ=- gm =2DS GS TH I gm V V = - 5、输出电阻就是小信号分析中的r0：10DS r I λ≈ PMOS 1、截止区GS THp V V > 2、三极管区（线性区）条件：THP DG V V < 电压电流特性：()21 2DS p GS TH DS DS W I Cox V V V V L μ?????=-? - 3、饱和区条件：THP DG V V > 电压电流特性：()2 1 (1)2DS p GS TH DS W I Cox V V V L μλ= -- 4、跨导和输出电阻与NMOS 管一样 《模拟集成电路设计原理》试卷(答题卷)（1） 一、填空题（共30分，每空格1分） 1. MOSFET 是一个四端器件，现在大多数的CMOS 工艺中，P 管做在_____中，并且，在大 多数电路中，P 管的衬底与______（高或低）电平相连接，这样连接的原因是使得_________________________________________________。 2. 对增强型NMOS 来说，让其处于饱和时的条件为_______________________________， 增强型PMOS 处于饱和时的条件为__________________________________________。 3. 在两级运放中，通常是用第一级运放实现_____________，用第二级运放实现 _____________。 4. 实际工艺中，本征阈值电压并不适用于电路设计，因此在器件制造过程中，通常通过 向沟道区注入__________来调整阈值电压，其实质是改变氧化层（栅氧）界面附近衬底的_______________。 5. 阈值电压为发生强反型时的栅压，对增强型NMOS 管来说，发生强反型时的条件为 __________________________________________________。 6. 折叠式共源共栅运放与套筒式共源共栅结构相比，输出电压摆幅_______,但这个优点 是以较大的________、较低的_______________、较低的_____________和较高的____________为代价得到的。 7. 对于一个负反馈系统来说，有前馈网络A 和反馈网络β，那么这个系统的开环增益为 _______，闭环增益为________________，环路增益为____________。 8. 对于一个单极点系统来说，单位增益带宽为80MHz ，若现在带宽变为16MHz ，则环路增 益为_________，闭环增益为_______。 9. 为了使系统稳定，零点应处于________平面,并且让极点尽量______。 10. 对单级共源、共漏和共栅放大器来说，dB f 3带宽最小的为__________,原因是由于 _______________的存在，dB f 3带宽最大的为__________。 11. MOSFET 的版图由电路中的器件所要求的_____________和工艺要求的 ________________共同决定。例如，选择适当的W/L 来确定跨导和其它电路参数，而L 的最小值由工艺决定。 12. 对于理想的差动电路来说，电路将只对_______________进行放大，而且完全抑制 电子元件基础认识第三章：各种集成电路简介 电子元件基础认识(三) ［作者：华益转贴自：本站原创点击数：7832 更新时间：2005-3-27 文章录入：华益］ 第三章：各种集成电路简介 第一节三端稳压IC ? ? 电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。 ? ? 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，790 9表示输出电压为负9V。 ? ? 78/79系列三端稳压IC有很多电子厂家生产，80年代就有了，通常前缀为生产厂家的代号，如TA7805是东芝的产品，AN7909是松下的产品。（点击这里，查看有关看前缀识别集成电路的知识） ? ? 有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24，用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为10 0mA， 78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1．5A。它的封装也有多种，详见图。塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点，因此用得比较多。 79系列除了输出电压为负。引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。 ? ? 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。电路图如图所示。 ? ? 注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。 ? ? 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，专升本CMOS模拟集成电路分析与设计试卷答案
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