华中科技大学CMOS拉扎维第三章课后作业中文答案

3．1

分析：对于PMOS 和NMOS 管二极管连接形式的CS 放大电路，最大的区别在于PMOS 做负载无体效应，所以这里应该考虑g mb 的影响。同时，由于L=0.5，沟道长度比较短，所以，沟长调制效应也应该考虑进去。

2

44

1401034.110

99.31085.8350μμ2

V A t C OX sio n

OX n ---⨯=⨯⨯⨯⨯=∙=εε 同理 25

p 10835.3μV A C OX -⨯=

∵ 5.0501

=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛L W 5.010

2

=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L W A I I D D m 5.021== ∴ K I r D

N o o 201

r 21==

=λ

()()22

222

n 2121DS N TH GS ox D V V V L W C I λμ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= V O = 1.46V V A I L

W

C D OX m /106.32g 31-⨯==

μ V

A m /1063.1g 32-⨯=

V A V g SB

F m m /1038.222g 42

2b -⨯=+=

φγ

输出电阻:

Ω=++=

-508//g 1

R 11

2

22o o mb m OUT r r g

∴增益 85.1g A 1-=-=OUT m V R

M2换为PMOS 管，则可忽略M2的体效应，同理可得

Ω=+=

-974//g 1R 11

2

2o o m OUT r r

∴增益 85.0g A 1-=-=OUT m V R

3.2 （a ）∵ 5.0501

=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛L W 250

2

=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L W A I I D D m 5.021== ∴ K I D

N o 201

r 1==

λ K I D

P o 101

r 2==

λ

又 2401034.1μμ2

V A t C OX

sio

n OX n -⨯=∙

=εε

∴ V A I L

W

C D OX m /106.32g 31-⨯==

μ

∴增益 ()4.24//r g A 2

11-=

-=o o m V r

（b ）求输出电压的最大摆幅及求输出电压最大值与最小值之差 分析可知，当M1管处于临界三极管区时输出电压有最小值V omin ，此时有：

11TH GS DS OUT V V V V -==

()()DS N TH GS ox D V V V L W C I λμ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

1212

11

n 有以上两式可推得 V omin =0.27

当M2管处于临界三极管区是输出电压有最大值V omax ，同理有：

()()SD

P TH GS ox D V V V L W C I λμ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

121

2

22

p

V SDMIN = 0.99 ∴ V omax = V DD -V SDMIN = 2V ∴输出电压的最大摆幅为V omax - V omin = 1.73V

3.3 （a ）∵5

.050

=

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛L W A I D m 11= Ω=K R D 2

∴K I D

N o 101

r ==

λ

K R D o O U T 66.1//r R 1==

V A I L

W

C D OX m /1018.52g 31-⨯==

μ

∴ 增益 86.0g A 1-=-=OUT m V R （b ）∵M1工作在线性区边缘 ∴ TH GS DS OUT V V V V -==1

()

D

O U T

DD TH

GS ox D R V V V V L W C I -=

-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

2

1

n 21

μ

由以上两式可得 V V GS 13

.1= ， A I D 3-1028.1⨯= ∴

K I D

N o 8.71

r ==

λ

∴ 增益 ()34.9//r g A 1-=

-=D

o m V R

（c ）各区域主要由DS V 决定，进入线性区50mV 即三极管临界区的DS V 减小50mV ∵ 临界区的V R I V V D D DD DS 44

.0=-= 所以进入线性区50mV 时的DS V =0.39V

∴

A R V V I D

DS

DD D 3103.1-⨯=-==

∴ ()()

V V V V V V L W C I GS DS DS TH GS ox D 14.12212

1

n =⇒--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

μ

又∵ 三极管区 19.5g 1

n =⎪⎪⎭⎫

⎝⎛=DS ox m V L W C μ

()K R V V V L W C V I R O DS TH GS ox DS D O

28.111

n 1

=⇒--⎪⎪⎭⎫

⎝⎛=∂∂=

-μ ∴增益 ()4//R g A -=

-=D

o m V R

3.12

分析：已知各支路电流及M1宽长比，可求得M1过驱动电压即out V ，从而由M2的gs

V 及电流可求得其宽长比。 ∵5.020

1

=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛L W A I D m 11= A I S m 75.0= M1处于临界三极管区有：

()

()V V V V V L W C I TH GS TH

GS ox D 81.01021

3-2

1

n 1=

-⇒=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

μ

∴ 对M2分析可得：

()

16.521

2

12

2

p 2=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛⇒-=--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

L W I I V V V L W C I S D TH out DD ox D μ

此时小信号增益为：42.10g A 2

1

1-=-

=-=m m OUT m V g g R 3.14

分析：已知支路电流可求得电路输出电阻，由增益表达式可知M1跨导1m g ，从而可求得M1宽长比；又由输出摆幅2.2V 12=--OD OD DD V V 可推出M2宽长比。