第5章无源和有源电流镜ok
- 格式:pdf
- 大小:733.41 KB
- 文档页数:44
模拟集成电路设计教学大纲目录一、课程开设目的和要求2二、教学中应注意的问题2三、课程内容及学时分配2第一章模拟电路设计绪论2第二章MOS器件物理基础2第三章单级放大器3第四章差动放大器3第五章无源与有源电流镜3第六章放大器的频率特性3第八章反馈3第九章运算放大器3高级专题3四、授课学时分配4五、实践环节安排4六、教材及参考书目5课程名称:模拟集成电路设计课程编号:055515英文名称:Analog IC design课程性质:独立设课课程属性:专业限选课应开学期:第5学期学时学分:课程总学时___48,其中实验学时一-一8。
课程总学分--3学生类别:本科生适用专业:电子科学与技术专业的学生。
先修课程:电路、模拟电子技术、半导体物理、固体物理、集成电路版图设计等课程。
一、教学目的和要求CMOS模拟集成电路设计课程是电子科学与技术专业(微电子方向)的主干课程,在教学过程中可以培养学生对在先修课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力和CMOS模拟集成电路分析、设计能力,掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能,为学生进一步学习硕士有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。
二、教学中应注意的问题1、教学过程中应强调基本概念的理解,着重注意引导和培养学生的电路分析能力和设计能力2、注重使用集成电路设计工具对电路进行分析仿真设计的训练。
3、重视学生的计算能力培养。
三、教学内容第一章模拟电路设计绪论本课程讨论模拟CMOS集成电路的分析与设计,既着重基本原理,也着重于学生需要掌握的现代工业中新的范例。
掌握研究模拟电路的重要性、研究模拟集成电路以及CMOS模拟集成电路的重要性,掌握电路设计的一般概念。
第二章MOS器件物理基础重点与难点:重点在于MOS的I/V特性以及二级效应。
难点在于小信号模型和SPICE模型。
掌握MOSFET的符号和结构,MOS的I/V特性以及二级效应,掌握MOS 器件的版图、电容、小信号模型和SPICE模型,会用这些模型分析MOS电路。
模拟集成电路原理第5章无源与有源电流镜
董刚
gdong@
微电子学院
本讲电流镜 基本电流镜
共源共栅电流镜
有源电流镜
电流镜做负载的差分放大器 大信号特性
小信号特性
共模特性
明确几个概念
电流源
Current source
电流沉
Current sink
电流镜
Current Mirror
无源电流镜
Passive Current Mirror
用做产生直流偏置电流时
有源电流镜
Active Current Mirror
象有源器件一样用作小信号处理时
“有源/无源电流镜”概念仅在Razavi书中出现
本讲电流镜 基本电流镜
共源共栅电流镜
有源电流镜
电流镜做负载的差分放大器 大信号特性
小信号特性
共模特性
电流源
AIC中经常需要电
流源
对电流源的期望
电流值能由设计者
方便地设定在某一
期望值,并且电流
值的偏差能被控制
在一定范围内
电流值往往会随工
艺、电源、温度等
变化而变化
电阻、电容、噪声
等
如何电路实现并可
设、精确、稳定?
基于基准电流的电流源-原理
I REF
基准电流
由专门的电路来产生,如带隙基准源等(第11章),是一个重要、活跃的研究领域
基准电流的电流值精确、稳定(对电源电压、工艺偏差、温度变化等不敏感)
基于I REF ,“复制”产生所需各电流
常用复制方法是先把I REF 转换为电压,在由该电压转换为电流
基本电流镜在差分放大器中的应用
高输出摆幅、高增益的二极管接法MOS管做负载的差分放大器
高输出摆幅的差分放大器
见教材P104,图4.33
m DW W m −)(
本讲电流镜 基本电流镜
共源共栅电流镜
有源电流镜
电流镜做负载的差分放大器 大信号特性
小信号特性
共模特性
X X V端有ΔV的电压跳变时,表现在
V b 产生方法
使V Y =V X
对V b 有什么要求?0
GS X N V V V +=X
GS GS GS N Y V V V V V V +−=−=303只要V GS0=V GS3,即可V X =V Y 只需(W/L)3/(W/L)0=(W/L)2/(W/L)1
GS0GS3X3021
大信号特性
M2管开始退出饱和区,输出电阻开始大幅度下降
M3管开始退出饱和区考察V x 逐渐下降的过程
输出摆幅问题
优点
提高了输出电阻,从而提高了电流复制精度高
缺点
降低了输出摆幅
1
331313OV OV TH OV GS TH GS GS TH b P V V V V V V V V V V V ++=+=−+≥−≥1
333GS GS X GS Y GS N V V V V V V V +=+=+≥如何提高输出摆幅?
提高输出摆幅
提高方法
降低V b 的值
原理
2
121TH GS b GS OV V V V V V +≤≤+要保证M1和M2都工作在饱和区,需要V b 满足:
4
min ,TH b out V V V −=输出电压的最小值:
V b 取最小允许值时,V out,min 最小,输出摆幅此时最大
2
1min
,GS OV b V V V +=V b 的最小值为:2
1421min ,OV OV TH GS OV out V V V V V V +≈−+=在提高摆幅的同时,仍有V A = V B ,仍可保证高精度复制电流
V b的产生方法
2
1
2
1TH
GS
b
GS
OV
V
V
V
V
V+
≤
≤
+
2
1
min
,GS
OV
b
V
V
V+
=
对V
b
的要求:
2
1
min
,OV
OV
out
V
V
V+
≈
)
(
1
6
5
6
5b
GS
GS
DS
GS
b
R
I
V
V
V
V
V−
+
=
+
=
合理设计I
1
、(W/L)
5
和R
b
的
值,可以得到期望的V
b,min
)
(
7
6
5
6
5
GS
GS
GS
DS
GS
b
V
V
V
V
V
V
−
+
=
+
=
实际设计时要留出一定余
量,以确保M1、M2能可靠
地工作在饱和区
本讲电流镜 基本电流镜
共源共栅电流镜
有源电流镜
电流镜做负载的差分放大器 大信号特性
小信号特性
共模特性
小信号特性-差分增益
不能用半电路法分析该电路因为P 点不能当做交流地从V in 到V X 和V Y 的增益差别很大,V X 和V Y 的摆幅差别很大,使得V X 和V Y 对V P 的作用不能互相抵消求差分增益A v ?
方法一:A v ≈G m R out
求出等效跨导G m 和输出电阻
R out 即得到A v
方法二:用戴文宁定理等效输入信号后计算
方法一-G m 的计算
2/ 2/2,122,1431in m d in m d d d v g i v g i i i −====2
,12,142, m m in m d d out g G v g i i i =⇒−=−=求G m :将输出端接地,计算i out /v in 即可在输出端接地情形时,P 点可看作交流地
方法一-差分增益
A v ≈g
m1,2
(r
o2
||r
o4
)
2,1
m
m
g
G=
4
2
||
O
O
out
r
r
R≈
方法二-戴文宁等效
方法二-戴文宁等效
in
O m eq v r g v 2,12,1=如何求V eq 和R eq ?画出小信号等效电路,仔细推导一下即可
2
,12O eq r R =
1r
小信号特性-存在失配时的共模增益M1和M2因失配导致跨导不一样
计算思路:由v in,CM 求出v P ;再计算i D1和i D2;由i D1求出i D4;i D2和i D4之差乘以输出阻抗,即为v out
作业
5.3,5.6,5.8
应用本章内容。