共源共栅电路的热噪声
低频情况下，共栅管几乎不贡献噪声！！！
折叠共源共栅电路的热噪声
为了降低这种电路的噪声，应提高Vdsat3
差分对的热噪声
为了降低这种电路的噪 声，应提高负载管的 Vdsat
共源共栅运放的噪声
Vie2q

2V12
1


gm7 gm1
其中V12

4kT
2 3gm1
Rout rI1 || gm2ro2 ro1 || rI2
折叠点看进去的电阻为 ro1 || rI2
Av0 gm1Rout
第四章 差分放大器
• 差分放大器的输出电阻 • 差分放大器的增益 • 输入共模电平Vin,CM的范围
差分放大器的输出阻抗与增益（1）
Rout＝RD || ro1
增益的计算
Av0 gm2 gm4ro4ro2 || gm6ro6ro8
小信号带宽
• 小信号带宽通常定义为单位增益频率fu • 3dB频率f3dB与fu的示意如下（均为对数坐标）
GBW与小信号建立时间(1)
设放大器的低频增益A0 ,带宽BW fd. 则增益带宽积GBW A0fd 若该放大器为单极点系统
华大微电子：模拟集成电路设计
复习提纲
华大微电子：模拟集成电路设计
第二章 器件模型
• MOSFET的I-V特性
– 饱和区电流公式 – 线性区电流公式 – 沟道长度调制效应
• MOSFET的小信号模型
– 低频小信号模型：图2.36
• gm、ro的表达式
– 完整小信号模型：图2.38
华大微电子：模拟集成电路设计
s
1 A0
1

0
1
s
A0


0
电压-电压反馈
Vout
A0
Vin 1 A0
• 前馈网络A0：V-V；反馈网络：V-V • 信号检测：前馈网络的输出，电压信号，并联
• 信号返回：前馈网络的输入，电压信号，串联
• 也称串联-并联反馈：
– “串联-并联反馈”，反馈信号与输入信号串联，检测信号与输出信号并 联
共源共栅差分对
Rout gm3ro3ro1 || gm5ro5ro7
Av0 gm1Rout
第六章 频率特性
• Miller效应 • 极点与结点的关联
第七章 噪声
• 噪声类型：热噪声、闪烁噪声 • 总输出噪声 • 输入参考噪声 • 单级放大器的噪声
– 共源级： – 共源共栅级： – 折叠共源共栅级
Rup gm3ro3ro4
Rup
Rdown gm2ro2ro1
Rdown
Rout Rup || Rdown
Av0 g R m1 out
gm1 gm2ro2ro1 || gm3ro3ro4
折叠共源共栅的输出电阻与增益
Rout rI1 || gm2ro2ro1
Vout Vin
gmRout
gm (RD
|| ro )
gmRD (RD ro )
电流源负载的共源级
Rup ro2
Rdown ro1
Rup Rdown
Rout Rup || Rdown ro2 || ro1 Av0 g R m1 out
gm1 ro2 || ro1
完整的MOSFET小信号模型
• 用于计算各节点的时间常数 • 找出极点
第三章 单级放大器
• 共源级 • 共漏级 • 共栅级 • 共源共栅级
共源级
• 电阻负载 • 电流源负载 • 二极管接法的MOSFET负载 • 源级负反馈
共源MOSFET
Vgs V1 Vin
Rout
Vout I out
Vout
R0
Iin 1 R0GmF
电流-电流反馈
Iout
AI
Iin 1 AI
• 前馈网络AI：I-I；反馈网络：I-I • 信号检测：前馈网络的输出，电流信号，串联 • 信号返回：前馈网络的输入，电流信号，并联 • 也称并联-串联反馈
电流-电流反馈的特性
• 输入端并联，
– 输入电阻减小
Av0

g R m1 out

g m1ro1 RD RD ro1
gm1RD (ro1 RD )
Rout＝
1 gm3
|| ro1

1 gm3
Av0

g R m1 out

g m1 gm3
( ro1

1 gm3
)
差分放大器的输出阻抗与增益（2）
Rout ro1 || ro3
Av0 gm1 ro1 || ro3
|Vin 0
Vin
0时，Iout
Vout ro
Rout ro 单管增益
Vout Vin
gmro
二极管接法的MOSFET
Rout

1 gm
1 ro
1 gm
(gmro 1)
带电阻负载的共源级
Rup Rdown
Rup RD
Rdown ro
Rout Rup || Rdown (RD || ro )
2
Vdsat

1


2Cox
W L
ID
1
L
华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET小信号模型（1）
• VBS=0时的低频小信号模型 • 用于计算输出电阻、低频小信号增益
华大微电子：模拟集成电路设计
MOSFET小信号模型（2）
• 考虑衬偏效应时的低频小信号模型 • 用于计算输出电阻、低频小信号增益
Iout
Gm
Vin 1 Gm RF
• 前馈网络Gm：V-I；反馈网络RF：I-V • 信号检测：前馈网络的输出，电流信号，串联 • 信号返回：前馈网络的输入，电压信号，串联 • 也称串联-串联反馈 • Gm：前馈网络增益，导纳的量纲 • RF：反馈网络增益，电阻的量纲 • Gm×RF：无量纲
第八章 反馈
• 反馈概述
– 降低增益灵敏度 – 扩展带宽 – 环路增益、开环增益、闭环增益等概念
• 四种反馈结构 • 负载的影响
– 四种二端口网络模型
反馈
X(s)：输入信号 Y(s)：输出信号 Y(s)/ X(s)：闭环传输函数，闭环增益 H(s)：前馈网络；开环传输函数，开环增益 G(s)：反馈网络；若与频率无关，可用代替 H(s)× G(s)：环路增益 ：反馈系数
A(s) A0 1 s
电压-电流反馈的应用：光纤接收器
• 左图，输入阻抗R1
– 时间常数大，带宽小
• 右图，输入阻抗为R1/(1+A)
– 时间常数小，带宽大
电压-电流反馈的特性
• 输入端并联，
– 输入电阻减小
• 输出端并联，
– 输出电阻减小
Rin ,c l

1
Rin R0GmF
Rout ,c l

Rout 1 R0GmF
共源共栅级的输出阻抗（2）
参考源极电阻负反馈的共源级电路
Rt ro1 ro2 (gm2 gmb2 )ro2ro1
Rt
(gm2 gmb2 )ro2ro1
gm2ro2ro1 （忽略衬偏效应）
Rout gm3ro3Rt
gm3ro3 gm2ro2ro1
共源共栅级的输出阻抗（3）
O1 T11 X1 T12 X 2
O2 T21X1 T22 X 2
反馈网络类型
X1
X2
电压-电压反馈 电压（并联检测）电流
O2 电压（串联返回）
G模型
短路求T22
开路求T11 串联 -并联
电流 -电压反馈 电流（串联检测）电流
电压（串联返回）
Z模型
开路求T22
开路求T11 串联 -串联
VDS
线性电阻：Ron

Cox
W L
1
VGS
Vth

华大微电子：模拟集成电路设计
几个常用的表达式
饱和区：I D

1 2
Cox
W L
VGS
Vth
2
Vdsat VGS Vth
gm

Cox
W L
Vdsat
2ID Vdsat

ro

1
I D
2
I
D
Cox
W L
gmro

MOSFET的I-V特性
饱和区：I D

1 2
Cox
W L
VGS
Vth 2
沟长调制：I D

1 2
Cox
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W L
VGS
Vth
21
VDS
线性区：I D

Cox
W L
VGS
Vth VDS

1 2
VD2S

深线性区：I D

Cox
W L
VGS
Vth
电流-电压反馈的特性
• 输入端串联，
– 输入电阻增大
• 输出端串联，
– 输出电阻增大
Rin,cl (1 Gm RF )Rin Rout,cl (1 Gm RF )Rout Iout Gm Vin 1 Gm RF
电压-电流反馈
Vout
R0
Iin 1 R0 GmF
• 前馈网络R0：I-V；反馈网络gmF：V-I • 信号检测：前馈网络的输出，电压信号，并联 • 信号返回：前馈网络的输入，电流信号，并联 • 也称并联-并联反馈 • R0：前馈网络增益，电阻的量纲 • GmF：反馈网络增益，导纳的量纲 • R0×GmF ：无量纲