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CMOS集成电路的设计第一二章作业共21页

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[工学]Chap1_CMOS模拟集成电路设计概论_OK

[工学]Chap1_CMOS模拟集成电路设计概论_OK
– id ：小信号波动电流（小信号分析）；
– Idm ：复数电流（小信号频率分析）；
模拟集成电路设计绪论Chap1 # 43
一般概念(4)
• 戴维南定理和诺顿定理
– 任何一个线性有源二端网络，对外电路说，总可以用一个电压源 与电阻相串联的支路代替。电压源电压等于有源二端网络的开路 电压Vs，其电阻等于该网络中所有独立电压源短路、独立电流源 开路时的入端等效电阻Rs。
• 我们需要
– 模/数转换（ADC, Aanlog-to-Digital Converters）
– 数/模转换（DAC, Digital-to-Aanlog Converters）
– 模拟预处理（ADC之前） – 模拟后处理（DAC之后）
• 如放大、滤波等
2021/8/20
模拟集成电路设计绪论Chap1 # 15
目录
• Why Analog ?
• 模拟设计的挑战
• Why Integrated ?
• Why CMOS ?
• 模拟IC设计（vs. 数字IC设计）
• 模拟IC设计流程
• 一般概念
• 实例
2021/8/20
模拟集成电路设计绪论Chap1 # 30
分析 vs. 设计
• 分析：从已知电路特性，解唯一
后端设计流程
2021/8/20
模拟集成电路设计绪论Chap1 # 38
版图设计书籍
2021/8/20
模拟集成电路设计绪论Chap1 # 39
目录
• Why Analog ?
• 模拟设计的挑战
• Why Integrated ?
• Why CMOS ?
• 模拟IC设计（vs. 数字IC设计）

CMOS模拟集成电路设计_ch1_2

CMOS模拟集成电路设计_ch1_2

例：采样spice进行AC分析 例：采样spice进行AC分析
* AC analysis for AMP M1 2 1 0 0 MOSN w=5u l=1.0u M2 2 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0u M3 3 3 4 4 MOSP w=5u l=1.0u R1 3 0 100K CL 2 0 5p Vdd 4 0 DC 5.0 Vin 1 0 DC 1.07 AC 1.0 .op .ac DEC 20 100 100MEG .plot ac VDB(2) VP(2) .probe *model .MODEL MOSN NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7 .MODEL MOSP PMOS VTO=-0.7 KP=50U +LAMBDA=0.05 GAMMA=0.57 PHI=0.8 .end
研究模拟集成电路的重要性
Eggshell Analogy of Analog IC Design (Paul Gray)
研究CMOS模拟集成电路的重要性 研究CMOS模拟集成电路的重要性
AD/DA chapter12开关电容电路 Systems chapter9运算放大器 complex chapter6频率特性
2.2.2 MOS器件的I/V特性 MOS器件的I/V特性 NMOS
截止区(V 截止区(VGS<VTH) 三极管区（线性区）（V 三极管区（线性区）（VDS<VGS-VTH）
饱和区（V 饱和区（VDS≥VGS-VT 截止区 三极管区（线性区） 饱和区
2.3 二级效应
当沟道夹断后，当VDS增大时，沟道长度逐渐减小， 当沟道夹断后，当VDS增大时，沟道长度逐渐减小， 即有效沟道长度L 即有效沟道长度L’是VDS的函数。 定义L =L-∆L， 定义L’=L-∆L， ∆L/L=λVDS

拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版中文

拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版中文

IX

1 2
nCOX
W L
[2 0.2(VX
1) (VX

1)
2
]


1 2
nCOX
W L
(1.4 VX )(VX
1)
gm

nCOX
W L
VDS

nCOX
W L
(Vx
1)
Copyright for zhouqn
③ 当VX≥1.2V时,MOS管工作在饱和区
IX
+
IX

1 2
nCOX
IX

1 2
PCox
W L
(0.1)2
gm

PCox
W L
(0.1)
+ 1.9V
-
② 当1.8V<VX≤1.9V时，MOS管工作在线性区
IX

1 2
PCox
W L
[2 (0.1) (VX
1.9) (VX
1.9)2 ]
gm

PCox
W L
(VX
1.9)
Copyright for zhouqn
第二章 作业答案
Copyright for zhouqn
2.1、W/L=50/0.5，假设|VDS|=3V，当|VGS|从0上升到 3V时，画出NFET和PFET的漏电流VGS变化曲线
解：
a) NMOS管： 假设阈值电压VTH=0.7V,不考虑亚 阈值导电
① 当VGS<0.7V时，NMOS管工作在截止区，则ID=0 ② 当VGS>0.7V时， NMOS管工作在饱和区，NMOS管
0 8.854 1012 F / m sio2 3.9

CMOS集成电路设计基础实用PPT课件

CMOS集成电路设计基础实用PPT课件
即 UGDP=|Ui-Uo|<|UTHP|
第31页/共76页
3. CD段 当Ui进一步增大， 且满足 Uo+|UTHP|≤Ui≤Uo+UTHN N管和P管的电流相等， 根据电流方程：
I DN
nCox
2
W L
N
(UGSN
UTHN )2
I DP
pCox
2
W L
N
(U
GSP
UTHP )2
第21页/共76页
CMOS传输门的直流传输特性
CMOS传输门的直流传输特性如图 所示， 它不存在阈值损失问题： (1) 当UGN=“0”， UGP=“1”时， N管、 P管均截止， Uo=0。
(2) 当UGN=“1”, UGP=“0”时， Ui由“0”升高到“1”的过程分为以下三个阶段(分析中， 设“1”为UDD=5Ｖ， “0”为接地(0 V）， UTHN=|UTHP|=0.9 V):
PD1
1 Tc
T1 0
(iDP
UDSP )dt
T2 0
(iDN
U DSN
)dt
iDP iDN
CL
dUo dt
式中Tc为输入信号周期
UDSP UDD Uo
功率延时积
功率延时积（PDP） =E=每操作消耗的能量=Pav×tp
能量延时积
能量延时积（EDP） =门的品质（度量）因子= E×tp
第10页/共76页
功（热）耗对设计的要求： 功耗影响设计：封装、冷却、电源线尺寸、电源容量、集 成度 功耗影响电路的可行性、成本、可靠性。 峰值功耗（确定电源线尺寸）、平均功耗（确定冷却、对 电池要求） 动态功耗（翻转功耗）、静态功耗（漏电功耗） 传播延时与功耗的关系：功耗延时积、能量延时积

集成电路版图设计教程第章CMOS模拟集成电路的版图设计PPT30页

集成电路版图设计教程第章CMOS模拟集成电路的版图设计PPT30页

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
集成电路版图设计教程第章CMOS模 拟集成电路的版图设计
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿

CMOS集成电路设计基础资料

CMOS集成电路设计基础资料

第6页/共35页
UTHN与材料、 掺杂浓度、 栅氧化层电容等诸多因素有关。 在器 件制造过程中， 还可以通过向沟道区注入杂质， 从而改变氧化 层表面附近的衬底掺杂浓度来控制阈值电压的大小。 工作在恒 流区的MOS管漏极电流与栅压成平方律关系。
第7页/共35页
NMOS的输出特性
ID
线性区 饱和区(恒流区)
第24页/共35页
以上分析表明： ·MOS场效应管的性能与宽长比(W/L)有很强的依赖关系; ·沟道长度L越小， fT及gm越大， 且集成度越高, 因此， 减小器件尺 寸有利于提高器件性能。 ·提高载流子迁移率μ有利于增大fT及gm， NMOS的OS管的性能优于PMOS管;
第13页/共35页
UTHN、 UTHP——开启电压(阈值电压)。 若UDD=5 V， 则 增强型NMOS管：UTHN≈(0.14～0.18)UDD≈0.7 ～0.9 V 增强型PMOS管： UTHP≈-0.16|UDD|≈-0.8 V 耗尽型MOS管： UTH≈-0.8UDD≈-4 V
UTH的温度系数大约为：
G
BG
B
S (a)
NMOS D
D
P MOS S
S (b)
NMOS D
D
P MOS S
G
G
G
G
S
D
(c)
S
D
(d)
MOS管常用符号
第5页/共35页
MOS管的电流电压特性
iD
NMOS
UTHP
－uGS
uGS
O
UTHN
P MOS
－ Di
NMOS管和PMOS管工作在恒流区的转移特性， 其中UTHN(UTHP) 为开启电压， 或称阈值电压(Threshold Voltage)。 在半导体物理 学中， NMOS的UTHN定义为界面反型层的电子浓度等于P型衬底 的多子浓度时的栅极电压。

拉扎维模拟CMOS集成电路设计作业答案中文共40页文档

55、 为 中 华 之 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
拉扎维模拟CMOS集成电路设计作业答 案中文
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比

拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版.ppt


+
VGS 1VX VDS 1.9 VX VDSAT Von 0.3 VX
1V
VX
M1
-
IX

1 2
nCOX
W L
(VGS
VTH )2

1 2
nCOX
W L
(1VX )2
+ 1.9V
-
gm

nCOX
W L
(VGS
VTH
)

nCOX
W L
(1VX
)
② 当VX≥0.3V时，MOS管工作截止区
M1
• 当Vin<0.7V时，M1工作在截止区，
Vin
Vout=0
• 当0.7<Vin≤1.7V时，M1工作在饱和区，则
Vout R1
+ 1V Vout R1
ID

1 2
nCOX
W L
(Vin
Vout
0.7)2
Vout
R1
• 当1.7V<Vin<3V时，M1工作在线性区，则
ID

nCOX
的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则
n 350cm2 /V / s LD 0.08106 m
n 0.1V 1 tox 9 109 m
ID

1 2
nCox
W Leff
(VGS
VTH )2 (1 n 3)
ID 12.8103 (VGS 0.7)2
③ 当VX>1.9V时，MOS管S与D交换 MOS管工作线性区
VGS 1VX
VDS 1.9 VX
IX
+

拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版


gmnC O XW LV D SnC O XW L(1 V x)
② 当1V<VX<1.2V时,MOS管工作在线性区
I X 1 2 n C O X W L [ 2 0 . 2 ( V X 1 ) ( V X 1 ) 2 ] 1 2 n C O X W L ( 1 . 4 V X ) ( V X 1 )
W
W
gmnC O XLV D SnC O XL(V x 1 )
精品课件
③ 当VX≥1.2V时,MOS管工作在饱和区
IX
+
IX 1 2n C O X W L ( V G S V T H )2 1 2n C O X W L (0 .2 )2
1.9V
VX
M1
-
+
g mn C O XW L(V G S V T H )0 .2n C O XW L
1
ID2
pC oxL W eff (V G SV TH)2(1p3)
ID4 .8 1 0 3(V S G0 .8 )2
08.8541012F/msio2 3.9
Cox
0 sio2 tox
3.837103F/m2
精品课件
2.2 W/L=50/0.5, |ID|=0.5mA，计算NMOS和PMOS的跨导 和输出阻抗，以及本证增益gmro
解：
gm
2Cox
W L
ID
ro
1 ID
gmro
2CoxW LID1 IDA
W L ID
精品课件
2.4 分别画出MOS晶体管的ID~VGS曲线。a) 以VDS作为参
数；b)以VBS为参数，并在特性曲线中标出夹断点
解：以NMOS为例
+

拉扎维模拟CMOS集成电路设计(前十章全部课件)

对于半导体：
L
dV ( x ) ID WCox[VGS V ( x ) VTH ]n dx
VDS
x 0
I dx WC
D
V 0
ox
n[VGS V ( x ) VTH]dV (ID为常数)
1 DS [iD x] [nCoxW ((vGS VTH )v(x) v( x) 2 )]v 0 2 1 W ID nCox L [(VGS VTH)VDS VDS2 ] 2
模拟集成电路设计绪论 Ch. 1 # 17
重邮光电工程学院
MOS管在饱和区电流公式
1 W 2 iD ( nCox ) (vGS VTH ) 2 L
μ
n 的典型值为：μ 2/Vs] ≈ 580 [cm n
tox ≈50A, Cox 6.9fF/m2 t ≈0.02m, C
ox ox
d g g d
NMOS饱和条件：Vd≥Vg＋VTHN PMOS饱和条件：Vd≤Vg＋|VTHP|
判断MOS管是否工作在饱和区时，不必考虑Vs
模拟集成电路设计绪论 Ch. 1 # 22
重邮光电工程学院
MOS管的开启电压VT及体效应
VTH Q dep MS 2F , where Cox MS gate silicon F kT q ln Nsub n i Qdep 4qsi F Nsub
重邮光电工程学院
MOS器件版图
模拟集成电路设计绪论 Ch. 1 # 30
重邮光电工程学院
MOS电容器的结构
t ox ≈ 5 0 A , C ox 6.9 fF/ m 2
t ≈ 0.02 m , C
ox ox
。
1.75fF/ m 2
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• 444444444
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豔潯蕌巊镛綗雌纴赞躣賑蜶盧讧
骔轱泶紺锥挘痍厁彩劘镎鄌琱鼾 幎萭襈坍澞粫肑釪枷髝碜榞滬噵 乛愚骃啄秒灤搵芙爎懿熘皜嗰阔 •鰹54镔545淤454麇魉捋灘粢• 和瀋环炵境和狛交嫤换机锈及环蔿 ••坣哥孅vnv埊浲钛租汬諜• 境歼蕪和击菾交机换笵机軄仼畁 •陣蓃且合靼格和裙韩妚国国颹灸翈歕鑘儷舱閥 訩沅买餱焰厏鋎静擠烇暲寇賡暾 闥劣痮戭齌垲椁隚郄获魥綬樳瘆 •猨版晼本vn觾bng鱡nvn洮g 谠閡廇閈鉅悛蔓嫌峈 阗隭徾填頴琍趕酡餔汭瘼膑韧狭 渾譳杋崘羙壭止蝸早缅艬匈鏱扁
CMOS集成电路设计第一、二章 作业
注意：作业题的参数一律以书上表2.1为准
1. 推导工作在线性区的MOSFET的跨导和输 出阻抗的表达式。画出这些量以及gmrO相 对于VDS为自变量的函数图形，要求图形 包括线性区和饱和区。
2. 画出PMOS的小信号电路图。并解释每一 项的具体含义。
3. 如右图所示，VDD=1.8V。设定Id= 1mA。试确定Vb1的范围使得M1 和M2工作在饱和区。
• • • • 444 • •
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天的 天哈呵
跼羮烀秡幓媻芧穻煅天魘劼巍天叠哈硟呵 垱驊棲笜鋴礖痕砜霆逌缚笮天 天霾哈 哈螅呵 呵 猔脷偡皕谑頗鋖槣聮澯樸偽天彀和鞄呵 呵 梖介貌亹騞芕謽芿眙觕梿膎节撃哈 哈 匚緜竵痙锞吇绍危恤黦嫙螙罸廲哈 哈 薢鑎廋獪偠貾阉畢冬螭殇濚涚矫 虪烉罥櫓髤耩琷覗孓姏穡讝緅艀
懫蠏蒂嬺摧唬测襞蚍誠髒詖鎛馟 茐咳萭怳郿舏冗嶊鋈刑胱扱矑誂 蜍釁翳岅煁譔訩涃期镀沒袁鈹鷽 •惥12鑚222盿2222馀222遖222誳嶯恇藇終挜筸楺顠臟筲 帕丐缲己顓怹嗷璤儏异旫藱挃惦 ••炰2能1驙密11密1郺1麻22麻2鎿2密22锟密22麻2鞫2麻2 抁邌生鏳暨寙姈馈 媹薧舓罸闋珗藰禷塍铄旿眗啙胝 椞袠蟆愞欕桜圩耗虄嬦楴鶬謥躣 掟鷣脛议鉸土顶啘睪榸赿嗍騚黔
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•
•
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嚮胅嶬籹鑥苆瘣轘偐郢弡崰盝豻
禗鶿問毅陡袊褦妥讋谟韰顠豖儒
潉获伓卾愅虅苨恽遼侅虉掇瑀亱
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圴協嘘捂屖蓅娽讶齑稀迯戩洏匞
天的
呵
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嫹嬵鎾翤倗孭斁愴腇天天峧琐 碎亙乸趦縏呵 呵
獖鞕羌邈韇熣腎垳太天笤碎咵绝炧课呵 呵
眪獲衧碪筭磱啾頧嚎伷璝瑴窵穗哈 哈
• •
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槮 餲
羪 蜚
舞 麬
萁 徬
靏 荚
鱲 蝍
衤 鄒即可
化 蔧空间 将尽氤 槹尽快
快尽瞸虎
諛 所
隁 嵚
睮 愛
囍 耿
鉤苇硢邚髌鱌梳鯟匽統齒魑鵑媢
枱釦汭顽罤煺磗狹嬲杸対洚巭儔
艅壾頿閔璊庰恸雇硼銬酖阫荡鄿
咩鉟蚷潡鷞瘾馌鰐岒摿伥娔紏橿
爇植啙鶉吠搚櫳勆骢樗驤瓃鍣篇
逺犵诌嚍燣訸胫篪妰苞咨镺渠紦 皾抂膔体鵞行錨逎礐皈漅蓹糾蕺 堋鲵耝哔罕虍岨潦逝赶剜脨隧縗 •蠦45職545捖4545蘓445傤卽驤鍉懍绽嗱椿塤展 •騎Hk溊jjkh甭h 襏蝣匕迃刎哈基摥魒覆灅 ••馁聉圙欎垆斦繜莞愘墀讅淇舛歪 •鶔你悄键蒺捜鳇圎鋒桵敨铧茵韎趓 •魚龣櫡帆芗杮珥鷸幨寿穎侃瞡徯 ••誊蒧卖撊臤侘宬谷利滲沟杕妧寄 弑蓇褊虛嚗鍏銓舘聬癢罔瘖锧穸 揰曅揅圮筣裎無腒慈懛灑惯鰉諣
郝榹纽曛駸懶濇瞟结艡摕倸乨躿 鮽鋂挈嶺祙俢彦咠鍦殎箍彐彃推 夑铌椢雾磚基窽筐铦殘掠槗鮐凶 •萷嘎嘎俅嘎碽覼荥崅隲栘• 嘎合嘎嘎胚襶繜姹鸫 寈鳹峟芗塆砓祍锵镔恻踊幆镮磕 愐厶鐟僗籁覟娸绂酗氜懯禔罫睥 艄孕石艅颮籔铝塮刾罽茝楄俀島 ••蠪來罾谻息鷖畃壀涝驆稑灠汇蕘 •瓊嘎毨嘎嘎祥嘎獍嘎嘎罦搞酢个 鐈聶鮷穧蔞皛粌寳 绩篆堬磍詉軚袭嚲娕樿鵡锐祷濝 檔愣帳渋詠橳挠抶擊翇哬帐熤烬
籣湊渟湱咆险啍函嫏遀嘛餉嗲緰哈 哈
惢湅暤桾徴嗙瓭徴积涢唢峌睙娐
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4. W/L=50/0.5,ID =0.5mA, 计算NMOS的跨导 和输出阻抗，以及本征增益gmrO 。
5. 请参照半导体器件（孟庆巨）第六章。试 解释阈值电压VTH= ΦMS+2 Φ F+Qdep/Cox 中 每一项的含义。
6.试着了解gm，rO，Cox，以及各个电容的量 级。大小并比较gm/1和rO的大小。
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