精品课件
第九章 模拟集成电路基本单元
§1. 电流源电路 §2. 基准电压源 §3. 单端反相放大器 §4. 差分放大器电路 §5. 运算放大器电路 §6. 振荡器 §7. D/A与A/D转换器
精品课件
引言：模拟与数字集成电路区别
模拟集成电路主要用于处理连续信号，即模拟信 号。
模拟集成电路要求电路的每一组成单元必须是精 确的，其性能与版图设计的相关性比数字集成电 路要强得多。
要使温度系数小，自然会想到利用具有正 温度系数的器件和具有负温度系数的器件适当 地组合，实现温度补偿，得到低温度系数甚至 零温度系数的电路结构。
精品课件
双极型三管能隙基准源
R1
Q1 I1
VCC I0
+
R2 V2
-
VREF
VBEΒιβλιοθήκη R2 R3VBEQ3
V R E F V B ER R 2 3k q TlnJ J1 2 V B ER R 2 3 V TlnJ J1 2
AV(f
)
g1 g2
N(WL)1 P(WL)2
精品课件
PMOS负载放大器(e)
小信号等效电路图
精品课件
PMOS负载放大器(e)
因为M2的G极 电压不变，所 以vgs2=0
因为vout=(gm1*vin)*[ro1//ro2]
Av = -gm1*(ro1//ro2)
精品课件
PMOS负载放大器(f)
精品课件
E/D NMOS放大器
VDD
VT2
VOUT
AV
g1rB
1
B
(WL)1 (WL)2
VIN
VT1
(d)
精品课件
PMOS负载放大器
VDD
VDD
VB
VT2
VT2
VOUT
VOUT
VIN
VT1
VIN
VT1
(e)
(f)
A V(e)I1 D S|V |V A 1 A 1 || |V |V A A 22 || 2N C ox(W L )1
Q2 VBE3
I2 R3
精品课件
MOS基准电压源
VDD
VDD
I1 I2
+ V -
VDD
+
Q0
VDE
-
I2
I1
M1
M2
+
VREF
-
M1
M2
IE
ISS
VSS
VREF
VBE
nkTln(IDS1)
q
IDS2
精品课件
§3.单端反相放大器电路设计
反相放大器的基本结构通常 是漏输出的MOS工作管和负载的串联 结构。
MOS电流镜
NMOS基本电流镜 NMOS威尔逊电流镜
精品课件
双极型镜像电流源
（1）双极型基本镜像电流源
＋VCC
R
IR
IO
2IB
T1
T2
＋
UBE
－
IC1 IC2 IO
IR
IO
2IB
IO
2IO
GND
精品课件
双极型镜像电流源
＋VCC
R
IR
2IB
1＋3 T1
IO T3
2IB T2
IC1 IC2 IO
精品课件
纯电阻负载NMOS放大器
V DD
RL
V OUT
V IN
VT1
小信号等效电路
AV g1(RL//r01)
2nCox(WL)1IDS(RL//r01)
精品课件
E/E NMOS放大器
VDD
VDD
VB
VT2
VT2
VOUT
VOUT
VIN
VT1
VIN
VT1
(b)
(c)
AV
g1 g2
(W L)1 (W L)2
第九章 模拟集成电路基本单元
洪慧 hongh@
精品课件
上次课:第八章 数字集成电路基本单元及版 图
§1. TTL基本电路（反相器、与非门、或非门） §2. CMOS反相器 §3. CMOS与非门和或非门 §4. CMOS传输门和开关逻辑 §5. CMOS三态门 §6. CMOS驱动电路 §7. 数字电路标准单元库设计 §8. 焊盘输入/输出单元 §9. CMOS存储器
模拟集成电路的版图设计从平面布局到各器件几 何图形的设计都要十分 “讲究”，需要考虑的 问题往往比数字集成电路要多。
一个数字集成电路如果在电路级而不是在逻辑级 考虑和优化性能，将与模拟集成电路有许多共同 点。对高速数字集成电路设计尤其如此。
精品课件
§1.电流源电路设计
双极型镜像电流源
双极型基本镜像电流源 带缓冲级的镜像电流源 威尔逊(Wilson)电流源
IR
IO
2IB
1
IO
2IO
(1)
（2）带缓R冲B 级的镜像电流源
GND
精品课件
双极型镜像电流源
IR 2 2 IO 2 2 2
（3） 威尔逊(WilsonR)O电流UIOO源 12(1)rce
精品课件
MOS电流镜
（1）NMOS基本电流镜
NMOS基本电流镜由两个NMOS晶体管 组成，如下图所示。
精品课件
MOS电流镜
与NMOS基本电流镜相比，威尔逊电流镜 的输出电阻较大，这意味着其恒特性优于基本 电流镜。提高输出电阻的基本原理是在M1的源 极由M2而形成的串联电流负反馈。
Ir
Io
M1
M3
M2
VSS 精品课件
§2.基准电压源设计
理想的基准电压源，要求它不仅有精确稳 定的电压输出值，而且具有低的温度系数。 温度系数：输出电参量随温度的变化量，可以 是正的，也可以是负的。 正温度系数：输出电参量随温度上升而增大 负温度系数：输出电参量随温度上升而减小。
M3
Mn
VSS
精品课件
MOS电流镜优点
它可以精确地复制电流而不受工艺和 温度的影响
IO和Ir的比值由器件尺寸的比率决定 要保证高输出阻抗，采用较长沟道器
件，但会影响寄生电容和电路动态特 性
精品课件
MOS电流镜
（2）NMOS威尔逊电流镜
NMOS基本电流镜因为沟道长度 调制效应的作用，交流输出电阻变小。从 电路理论可知，采用串联负反馈也可以提 高电路的输出电阻。威尔逊电流镜正是这 样的结构。
根据负载的不同，反相放大 器的输出特性有很大区别。
精品课件
先分析MOSFET的模拟模型
小信号等效电路
MOSFET的高频模拟模型. 电容已经在以前提到. ro 是输出电阻.
精品课件
简化后的小信号等效电路
电流源 输出电阻
简化后的小信号等效电路
精品课件
常用MOS反相放大器电路结构
纯电阻负载NMOS放大器 E/E NMOS放大器 E/D NMOS放大器 PMOS负载放大器
小信号等效电路
精品课件
PMOS负载放大器(f)
AV
g1 g2
NWL1 PWL2
Ir
Io
M1
M2
IO
(W (W
L)2 L)1
Ir
VSS
精品课件
MOS电流镜
如果有多个输出支路，如图所示，则
各支路的电流的比值就等于各NMOS晶体管的宽长
比的比值。Ir︰Io1︰Io2︰…︰Ion ＝(W/L)r︰(W/L)1︰(W/L)2︰…︰(W/L)n
Ir
Io1
Io2
Io3
Ion
Mr
M1
M2