大连理工大学 电信学院 CMOS模拟集成电路设计 巢明 模拟CMOS子电路 课程目的： 了解对MOS开关的原理和分析、补偿方法 掌握MOS有源电阻的分析计算方法 掌握电流源和电流漏的分析计算方法 掌握镜像电流源的分析计算方法 掌握电压和电流基准的分析方法 理解基准源的灵敏度概念 了解降低基准源对电源、温度灵敏度的方法 MOS开关的完整模型 MOS开关的主要参数 开路电阻  导通电阻    MOS开关的工作电压范围    假设MOS开关用来连接两个模拟电路，模拟信号的变化范围都是0－1V，试确定栅极和基底电压的范围？ 例题 假设初始状态电容电压为零。VGATE(ON)为5V，持续0.1us后降为0V。此时电容上电压为2V。试确定MOS管的宽长比。要快速给电容充电，开关尺寸应如何调整？ MOS开关的电荷注入（时钟馈通）现象 当栅电压发生变化时，在CGD和CGS上会产生电流（电荷注入）； 当开关关闭时，注入的电荷会输出给开关两端连接的负载电容，引起其电压变化。 栅压快跃变与慢跃变的比较 在快跃变过程中，沟道电阻与沟道电容相关的时间常数限制了流向电压源的电荷量，所以一些沟道电荷注入给负载电容，引起其电压变化。 电荷注入（时钟馈通）的补偿方式 减小开关面积  增加虚拟开关管  使用互补开关  使用差分电路 MOS有源电阻 MOS二极管 例题 欲实现一MOS二级管，当源漏电压为5V时其电流为10mA，试确定器件的其他工艺参数。（VBS＝0） MOS有源电阻 MOS悬浮电阻  工作区域？  参数计算？ 消除电阻非线性的方法 并联MOS电阻    差分MOS电阻  MOS有源电阻总结 例题 用悬浮有源电阻设计一个1K电阻。已知电阻两端的对地直流电压为2V，栅电压为5V，VDS接近零。讨论当VDS大于3V时此器件的特性。（衬底接地） MOS电流漏   MOS电流源 重要特征参数 rout  表现为电流对端点电压曲线的平坦程度，通常希望越大越好  Vmin 表现为一个电压范围，进入此范围电流将不再为常数。通常希望越小越好。 叠接（共源共栅）电流漏 试计算Vmin，rout Vmin：   （约2VON） 	通常电路应保证M1和M2都工作在饱和区。忽略体电位影响，应保证VDS1 VGS1-VT1，VDD-VDS1 VGG2-VDS1-VT2，则Vmin（VDD最小值）约为2VON。 rout： 	注意到VGG1，VGG2，VB2电压为直流常数，小信号分析时对应项为零。 	则M1管的受控电流源电流为零，M1管相当于一个电阻。	 rout： 	列出回路方程      例题 器件参数KN’＝110uA/V2，VT=0.7V,λN=0.04V-1。计算（a）简单电流漏的输出电阻值（b）如图所示的叠接电流漏的输出电阻值。设Iout都是100uA，W/L=1。 栅源匹配原理 如两个MOS管的栅源电压保持相等，且都工作在饱和区，则两管的电流比与W/L比相关。   如两个MOS管的电流保持相等，且都工作在饱和区，则两管的栅源电压比与W/L比相关。 实际叠接电流漏 Vmin＝VT＋2VON 为什么？ 高摆幅叠接电流漏 课后作业   镜像电流源/漏 基本思想：电流放大器，阻抗变换器 输入输出电流成正比 输入电阻为零 输出电阻为无穷 Vmin（in）和Vmin（out）定义 沟道调制系数对电流匹配程度的影响 当输出输入电路VDS电压不等时： 域值电压失调与尺度误差的影响 MOS共源共栅电流漏（电流镜） 威尔逊电流镜 通过电流负反馈增大输出电阻 Vmin（in）？ Vmin（out）? 电流和电压基准 理想基准源的性能 基准值与电源波动无关 基准值与温度变化无关 基准值与噪声或其他影响无关  衡量标准：灵敏度 电流和电压基准：灵敏度 以电流源为例：   应用：对灵敏度为-20dB的电流源，当电源电压变化10％时，电流变化为多少？   简单电流基准 MOS微电流基准（Widlar电流源） 作业：推导Iout及SVDDIOUT 简单电压基准 灵敏度小于1的电压基准 齐纳二极管电压基准 自举基准（VT基准） 通过有源器件产生电流镜像 分别通过线性器件和非线性器件 保持器件端电压相等 带隙基准 0－70度范围内温度系数可低至10ppm/oC 带隙基准 基本不受电源和温度的影响 课后作业          * * 推出以上参数MOS管工作在什么区？ 直流与交流参数的计算公式？工作区域？电压范围？ 常应用于电平转换器件，电流镜等 电阻值范围较大，但非线性 如何优化？ 提示：尺度参数，反馈应用等 Vmin＝2VON 为什么？ M3与M1的VDS显然不等，会有什么影响？ 4.3-1 4.3-2 4.3-3 4.3-5 写出图4.3-5(106页)的SPICE网表，以及对输出特性进行分析的SPICE程序 * * * 
CMOS模拟集成电路设计（巢明）04.ppt