CMOS集成电路设计-拉扎维4差分放大器讲述
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模拟CMOS集成电路设计教材n模拟CMOS集成电路设计,毕查德.拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社参考资料n半导体集成电路,朱正涌,清华大学出版杜n CMOS模拟电路设计(英文),P.E.Allen,D.R.Holberg,电子工业出版社n模拟集成电路的分析与设计,P.R.Gray等著,高等教育出版社半导体集成电路发展历史n1947年BELL实验室发明了世界上第一个点接触式晶体管(Ge NPN)半导体集成电路发展历史n1948年BELL 实验室的肖克利发明结型晶体管n1956年肖克利、布拉顿和巴丁一起荣获诺贝尔物理学奖n50年代晶体管得到大发展(材料由Ge→Si)半导体集成电路发展历史n1958年TI公司基尔比发明第一块简单IC。
n在Ge晶片上集成了12个器件。
n基尔比也因此与赫伯特·克勒默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物理学奖。
半导体集成电路发展历史n19世纪60年代美国仙童公司的诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术,从而推动了IC制造业的大发展。
半导体集成电路发展历史n60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用n1966年MOS LSI发明(集成度高,功耗低)n70年代MOS LSI得到大发展(出现集成化微处理器,存储器)n80年代VLSI出现,使IC进入了崭新的阶段。
n90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC 不断涌现,并成为IC应用的主流产品。
n21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开n展望可望突破一些先前认为的IC发展极限,对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。
集成电路用半导体工艺,或薄膜、厚膜工艺(或这些工艺的组合),把电路的有源器件、无源元件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上,最后封装在一个管壳内,构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。
模拟集成电路n1967年国际电工委员会(IEC)正式提出模拟集成电路的概念,它包括了除逻辑集成电路以外的所有半导体集成电路。
拉扎维的《AnalogCMOS集成电路设计》学习感受从学校微电子专业毕业,工作已经五年了。
最近终于完完整整地看完一遍拉扎维的《Design of Analog CMOS integrated circuits》。
在此记一下学习本书的感受和心得。
1、《Analog CMOS集成电路设计》是一本很好的集成电路设计入门的书籍。
其中涉及到许多的背景知识,随着读者的水平不一,看到的层次不一。
有些第一次看没感受,多看几次会有感受;有些在经历相关工作前看没觉得,但有工作经验之后看有新的体会;还有一些,你看了之后会去查找相关的专业知识来进行补充。
第一章《绪论》讲述了模拟设计的应用场合,设计挑战及要求(如鲁棒性、PVT)。
第二章《MOS器件物理基础》是全书的基础,推导出器件的电流公式Id及跨导公式gm,后面的设计都紧紧围绕着两个公式展开。
后面的习题对了解MOS管的行为,提升设计的直觉有很大的帮助。
第三章《单级放大器》基于MOS的三个端子讲述了三种单级放大器:共源级、共栅极、共漏级(源跟随);和一种组合:共源共栅。
其中例3.10涉及到50ohm高速传输线知识和实际的相关设计比较。
第四章《差动放大器》,描述了差动对信号具有抗噪声的优点(还有EMI降低),及差动对的分析、共模抑制比、吉尔伯特单元等。
第五章《电流镜》,分析了电流镜的特点和在差动电路中的应用。
第六章《放大器的频率特性》,介绍了密勒效应,每一级的极点的计算和评估。
这章开始涉及频率响应。
第七章《噪声》,介绍了IC中的各种噪声:热噪声4kTR(4kTrgm)、闪烁噪声(1/f噪声)K/(CoxWLf).给出了多种电路的主要噪声的谱和RMS计算,相应的低噪声的要求和特征。
第八章《反馈》,系统地描叙了反馈的结构,种类(V-V,V-I,I-I,I-I),环路增益计算,负反馈对电路性能带来的改变(增益灵敏度降低、阻抗有益改变、带宽增加,非线性减少)。
第九章《运算放大器》介绍运放中的一系列技术,最主要的事套筒式和折叠式;单级和多级运放,共模反馈,Rail-Rail介绍,大信号的转换速率slewing rate响应,电源抑制,注意Vdd至Vout约为1。
模拟CMOS集成电路设计第四章差分放大器剖析第四章差分放大器是模拟CMOS集成电路设计中的重要内容。
差分放大器是一种基本的电路结构,用于放大差分信号,具有功率增益高、抗干扰能力强等特点。
在本章中,将对差分放大器的原理、结构以及常用的设计方法进行剖析。
差分放大器的基本原理是利用两个互补的输入信号来放大差分信号,以提高共模信号的抵抗能力。
其硅上集成电路结构是由两个互补的差分对称结构组成,输入端与输出端相互交错连接。
在输入端,通过两个电流源提供定电流给差分对称结构,从而形成了输出端的差分输出信号。
通过合理的电路设计和调整输入电流、电压等参数,可以实现差分放大器的不同功能和性能。
差分放大器的结构主要由输入级、中间级和输出级组成。
输入级主要起到放大差分信号的作用,输入对称性好,起到抵消共模信号的作用。
中间级是为了提高放大倍数和频率响应而设计的,起到归一化和驱动输出级的作用。
输出级是为了放大电流而设计的,输出电流只与力度源的电流有关,可以通过调整力度源的电流大小来改变输出电流。
在差分放大器的设计中,需要注意一些关键的参数和指标。
其中,差分增益是指输入差分信号与输出差分信号之间的比例关系,一般用dB来表示。
共模抑制比是指在输入信号中存在共模信号时,输出信号中共模信号的相对衰减程度,一般用dB来表示。
输入偏置电流是指输入电流偏离理想值的程度,一般用nA级别来表示。
输入电阻和输入电容是指输入端对于差分信号和共模信号的阻抗和容性,一般用Ω和F来表示。
在差分放大器的设计中,可以采用多种方法来实现不同的功能和性能。
例如,可以通过引入电流源、电阻、电容等器件来调整放大倍数和频率响应。
可以通过选择不同的电流源来改变差分放大器的工作模式,例如共基极模式、共射极模式等。
可以通过串联和并联电阻、电容等元件来调整放大器的输入和输出阻抗。
可以通过使用不同的差分对称结构来实现不同的特性,例如双极性、互补型等。
综上所述,差分放大器是模拟CMOS集成电路设计中的重要内容。