拉扎维模拟CMOS集成电路设计西交张鸿老师课程P6~9视频学习记录

目录

p6

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CG放大器

输入阻抗的计算方法;

输出阻抗的计算​编辑​编辑

p8p9

为什么需要差动放大器

噪声

什么是差分信号

基础差动放大器

利用叠加法求解增益;

共模响应

CMRR

带其他类似负载的差动对



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下面是前面几种不同负载的CS的特性;

特别是右边的图,可以看到,这里从右侧开始的三条线,分别代表三种不同负载的曲线;

其与输入管的曲线相交即工作的静态工作点;

通过输入管的输入发生变化,可以看到两条黄色的线的移动,产生了新的交点;

此时ΔVin是不一样的,但是ΔVout明显不一样;

显然二极管连接的负载ΔVout最小;电阻负载的次之,电流源负载的ΔVout最大,即增益最大;

右上角的图是一个频谱分析的图;

如果是正常的正弦波,则应该是对应某个频率的一条竖直线,当发生线性放大的时候,其幅值发生变化;

但是如果存在非线性放大,就会导致出现该正弦波的谐波分量,如图所示;

此处非线性主要即来源于gm在饱和区还会随输入电压的变化而发生变化;

未来如果是开环电路,可以采用这种的方式,在源极上串联反馈电阻,进而降低谐波分量,减小非线性的影响;

源极跟随器的两种应用;

voltage buffer关注小信号的变化;

level shift关注直流信号的变化;上图中就是用 作该目的,利用pmos搭建的level shift,可以减少体效应的影响;同时抬高一点点输入的电平;

源跟随器由于存在输出结点电压变化,导致的下面的管子的Vds变化,导致的沟道长度调制,进而导致电流变化;

造成Vgs的变化,源跟随器出现非线性;

为了解决这个问题,出现了两种新的方案,其中一种如上图右侧flip sf;另一种如下图supper sf;


p7

CG放大器

为什么需要CG,需要小的输入阻抗,一种是在RF中阻抗匹配,另一种是在输入为电流时;

因为此时Rs会分压,导致Vgs变化减小;

输入阻抗的计算方法;

给出了三种情况看输入输出阻抗,从源极看,从漏极看;

CG的输入阻抗受负载的影响,但是不用怕;因为不可能实现无穷大的Rd;

输出阻抗的计算

Cascode是CSCG级联;

cascade是CSCS级联;

CS将电压变化转化为电流变化,然后CG将电流变化在转化为电压变化;

这里就刚好利用到了cascode管子的作为CG放大器连接时,其输入阻抗较小的特点了;

两种角度来看这个电路;


p8p9

为什么需要差动放大器
噪声

什么是差分信号

基础差动放大器

利用叠加法求解增益;

利用叠加法计算完之后,可以发现,小信号其实可以只加在差动对的一边,而另一边保持不变,此时增益减半?

Vp点电压并非是理想的保持不变,而是会出现微小波动,原因如左上角的图中所示;

Id与Vgs的曲线是个抛物线,所以相同的电压变化,带来的电流变化是不一样的,所以自然存在一定的电压波动;

左下角的图中绿色的线,就是Vp的电压变化情况,其频率翻倍;

因此可以通过这个结构与特点来做倍频器;

共模响应

失调,即offset;

即相同的共模输入,理应在输出端的差动输出为0,但是现在因为失调的存在,导致差动输出不为0;

即存在一个共模输入到差动输出的一个转化;

单独考虑尾电流源是非理想的情况时,出现的共模增益;

但是这里属于CM to CM,所以对差动输出的影响并不大;

但是下面由于失配导致的CM to DM,影响就很大了;

先看由于负载电阻失配导致的;

CMRR

带其他类似负载的差动对

上下都是电流源的时候,容易出现一山不容二虎的问题,即输出端的直流信号不好确定,或者说不好偏置了;

此时需要加一个反馈电路?

来调整上面的或者下面的电流源;

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