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自偏置共源共栅电路
2020-06-22 23:13:41 -
论文研究-CMOS工艺下高摆幅共源共栅偏置电路 .pdf
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IrDA中高增益CMOS共栅前置放大器
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提高共源共栅CMOS功率放大器效率的方案
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基于改进共源共栅电流镜的第三代电流传输器
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模拟技术中的IrDA中高增益CMOS共栅前置放大器
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一种改进的增益增强共源共栅放大器的设计
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套筒式运放与折叠式共源共栅运放的性能对比
2020-06-28 14:15:23由于折叠式共源共栅运放多引入了一对对管,因此折叠式共源共栅结构可能比套筒式的相应结构有更大的噪声; 2、转换速率 反馈电路中使用的运放表现出所谓“转换”(slewing)的大信号特性; 对于足够小的输入的响应...
1、噪声
在相对低的频率时,共源共栅器件产生的噪声可忽略;
由于折叠式共源共栅运放多引入了一对对管,因此折叠式共源共栅结构可能比套筒式的相应结构有更大的噪声;
2、转换速率
反馈电路中使用的运放表现出所谓“转换”(slewing)的大信号特性;
对于足够小的输入的响应遵循指数规律,而对于大的阶跃输入,输出表现为具有不变斜率的线性斜坡,这就是转换,斜坡的斜率为“转换速率”;
转换是一种非线性现象,例如输入幅度增加一倍,在输出的所有点上其电平并不增加一倍,因为斜坡表现出与输入无关的斜率;
在处理大信号的高速电路中,转换是一种不希望的现象;
3、输入范围限制
扩展输入共模范围的一种简单方法是混合使用NMOS差动对和PMOS差动对,使得一个“死”时,另一个“活”。其思想是把具有NMOS和PMOS输入差动对的两个折叠运放结合起来;
但问题是:当输入CM电平改变时,两个差动对的总跨导的变化;
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最近在啃拉扎维的《模拟CMOS集成电路设计》。一会看得懂一会看不懂,看懂了觉得拉扎维真太牛逼了,看不懂就觉得自己是傻子……而且经常处于傻子状态。M老师说做模拟最重要的是运放,学到运放俺真滴学不下去了。所以破天荒的开个博客记录一下,就当是学习笔记+疑问笔记。希望俺也有成为模拟大师的一天。
模拟电路,模拟人生~一、基本结构
(a)图是单端输出的运放,(b)图是差动输出的运放,(a)图的结构比(b)图多一个镜像极点。
这是一个单位增益缓冲器,实质就是把单端输出的基本结构(a)的输入输出相连,其实我也不知道这个具体有啥用为什么要叫单位增益缓冲器※※※
这个电路是电压电压反馈,开环输出阻抗很大,是rOP//rON,闭环输出阻抗很小,大概是1/gmN。这有利于通过增大开环输出阻抗设计高增益的运放,但是闭环的输出阻抗又很小。二、套筒式共源共栅运放
分别是基本结构(a)和(b)的套筒共源共栅形式。
优点:高增益,大概是gmN(gmNrON2//gmPrOP2)
缺点:
①增加了极点:单端输出的方式会在X处产生一个镜像极点(※※※M5D端会有镜像极点吗?)
②减小了输出摆幅:太多层,要减掉很多过驱动电压(※※※好好请教一下什么是输出摆幅)
③很难以输入和输出的方式实现单位增益缓冲器(※※※就是上面的那个没明白为什么短接的方式)
为了理解这个问题,把单端输出的套筒运放输入输出短接一下!
研究一下Vout的范围
必须满足M2和M4都在饱和区对吧
这个值恒小于VTH2
(※※※其实我还是不太明白,就算小于VTH2也没啥关系啊。。又不是输出小于VTH2的意思,只是摆幅小于VTH2而已啊,又没让M2管子截止,是因为觉得这样使得输入和输出的摆幅都变得很小吗???还有一个问题,就是这两种表述是一个意思吗:①输入的摆幅很小;②输入的动态范围很小)
共源共栅结构很少用来做单位增益缓冲器,但在开关电容电路中,部分电路会要求输入与输出相接。三、折叠式共源共栅运放
1.折叠式引入
折叠式共源共栅是在套筒式的基础上改进而来,是为了克服套筒式的输出摆幅小和难以将输入和输出短接的缺点。
折叠式:在NMOS和PMOS共源共栅放大器中,输入管用相反类型的MOS管替换,输入器件的功能仍是把输入电压转化为电流。其优点就是输入管上端没有叠层一个cascode级。
把这种思想运用到差动对管里去,如下图所示:
(※※※
这里涉及到一个我关于增益计算的一个问题:
我觉得这个总的增益是gm1Rout,应该也等于M1的共源极增益乘上M3的共栅级增益吧,共栅级增益不会变吧,那我就不明白为什么要给M1M2的源级加电流源:
M1M2算是带源级负反馈的共源极,单就共源极来说,增益是-RO/(1/gm+RS))(见第二版P58页),这个电流源相当于RS无穷大,大大减小了增益啊……
可能我的理解是错的,那Iss的作用到底是啥呢??
疑惑!)
这里的重要区别有两个:
1.(a)中一个偏置电流Iss供给输入管和cascode级,(b)图中要求外加偏置电流源Iss,这就导致了ISS1要比图(a)中的Iss更大,消耗了更多功耗。
2.(a)图中,为了保证输入级处在饱和区,输入共模电平不能超过Vb1-VGS3+VTH1,(b)图中输入共模电平不能低于Vb1-VGS3-|VTHP|。本质上是因为这俩输入管一个是N管,一个是P管。所以可以把这种折叠共源共栅运放结构设计成输入输出相接的形式。2.对折叠式共源共栅的探究
M5~M10代替了上面(b)图中的上下理想电流源。
1.看摆幅
输出摆幅等于VDD-(VOD3+VOD5+V|OD7|+V|OD9|)
上面(a)图中套筒式共源共栅电路的输出摆幅要减小一个尾电流源 的过驱动电压(※※※套筒式上面由电流源I1I2,下面有电流源Iss,不也是减掉四个过驱动电压吗)
刚才提过M5M6这俩管子电流很大,要么提高W/L,要么增大过驱动电压,考虑到X点的电容问题,要求有较高的过驱动电压。
2.计算增益,考虑到体效应(并且近似输出短路电流等于M1的漏电流):
这个数值大概是套筒式共源共栅的1/3~1/2。
3.极点
X和Y点的电容很大,跟套筒式相比,极点更靠近坐标原点。
4.NMOS输入器件和PMOS共源共栅晶体管:
1.优点:可以提高更高的增益:因为NMOS中载流子迁移率较大;
2. 缺点:X和Y点的极点更低。因为极点由电容和1/(gm3+gmb3)的乘积决定,PMOS的这个cascode级导致g比较小,所以极点更小。3.折叠式共源共栅运放小结
1.特点(与套筒式相比)
优点:输出摆幅大
缺点:①功耗大;②电压增益低;③极点低;④噪声高
2.在输入和输出的共模电平不要求相等的反馈结构中,折叠式允许更宽的输入共模范围。就先写到这里。
2021.2.18晚~2021.2.19下午 -
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