模拟集成电路基础知识整理

当GS V 恒定时，g m 与DS V 之间的关系

当DS V 恒定时，g m 、DS I 与GS V 之间的关系

通过对比可以发现，DS V 恒定时的弱反型区、强反型区、速度饱和区分别对应于当GS V 恒定时的亚阈值区、饱和区、线性区（三极管区）。 跨导g m 在线性区（三极管区）与DS V 成正比，饱和区与GS TH V V 成正比

…………………..

饱和区的跨导

NMOS

1、截止区条件：GS TH V V <

2、三极管区（线性区）条件：TH GD V V <

电压电流特性：()21 2DS n GS TH DS DS W I Cox V V V V L μ⎡⎤⎢⎥⎣=-⎦- 3、饱和区条件：TH

GD V V >

电压电流特性：()2

1 (1)2DS n GS TH DS W I Cox V V V L

μλ=

-+ 4、跨导: 就是小信号分析中的电流增益，D

GS

dI gm dV =

() n GS TH W

gm Cox V V L

μ=-

gm =2DS

GS TH

I gm V V =

-

5、输出电阻就是小信号分析中的r0：10DS

r I λ≈ PMOS

1、截止区GS THp V V >

2、三极管区（线性区）条件：THP DG V V <

电压电流特性：()21 2DS p GS TH DS DS W I Cox V V V V L μ⎡⎤⎢⎥⎣=-⎦

- 3、饱和区条件：THP DG V V > 电压电流特性：()2

1 (1)2DS p GS TH DS W I Cox V V V L

μλ=

-- 4、跨导和输出电阻与NMOS 管一样

对于MOSFET的分析，第一步就是通过大信号分析来确定MOSFET的工作范围，并通过不同工作范围下的电压电流特性来确定小信号分析下的电流增益。MOSFET有三个工作范围：截止区、线性区、饱和区。当MOSFET作为开关使用的时候，要控制在线性区（三极管区）；当MOSFET作为放大器使用的时候，要控制在饱和区

GD C 和GS C 随GS V 的变化曲线：

MOS 管交流小信号特性

线性区时：

饱和区输出电阻：

LEVEL1 模型

二极管连接作负载的阻抗等于：11

(

)m mb m mb

ro g g g g ≈++ 共源放大器

共源级深三极管区等效电路和饱和区小信号模型

输出阻抗：输入为零时，在输出加电压激励，得到电流。 二极管连接的负载的共源级：

采用PMOS连接的二极管作负载，不存在体效应。

带负反馈的共源级增益：

Av 漏极节点看到的电阻源级通路上的总电阻

求负反馈共源级输出电阻等效电路

输出电阻增大了m mb S

1+(g+g)R倍

则有限负载电阻的带负反馈的共源级输出电压增益为：

*()OUT D Av Gm R R

共漏极（源跟随器）高输入阻抗，中等输出阻抗

利用戴维宁等效电路：

考虑沟长调制效应，驱动RL 的负载：

共栅极在漏端阻抗很小情况下，较低输入阻抗，更适合电流的放大 计入晶体管的输出阻抗ro 和信号源的输入阻抗S R ：

例如：

求共栅极输入电阻：

求共栅极输出电阻：

从漏极往源级看输出电阻，S R 乘以[1()]m mb g g ro ++ 从源级往漏极看输入电阻，D R 除以[1()]m mb g g ro ++

折叠式共源共栅：将输入电压转换为电流，然后作为共栅极的输入 NMOS-PMOS 折叠式：

MOS 管近似阻抗：

21

()m o o Rout g r r =()m o S Rout g r R =

上 面两个P 管构成了共源共栅电流源

系统的稳定性

零极点分析

造成原因：电容电感等对不同频率信号的响应有时间差。 截止频率：当Au 在下降到0.707AuM （1/AuM ）

ƒL ：下限截止频率ƒH 上限截止频率ƒBW 通频带ƒBW ＝ƒH –ƒL ≈ƒH

对于低通滤波器：

对于高通滤波器：

振荡环节的传递函数：

1、极点在左半平面，衰减信号

2、极点在右半平面，递增信号

3、极点在虚轴上，震荡信号 噪声

计算输入参考噪声电压：

把输入接地求得输出噪声，用输出噪声除以增益 计算输 入参考噪声电流：

把输入开路，计算输入开路时的输出阻抗

τω11H ==

RC πτπ2121H ==RC

f τω11L ==

RC πτπ2121L ==RC f 2

2

2

222121

)(n

n n s s Ts s T s G ωξωωξ++=++=

反 馈

对输出量取样：电压反馈、电流反馈 影响输入量： 串联反馈、并联反馈 瞬时极性法判断正负反馈

直流通路中存在的反馈：直流反馈（稳定静态工作点） 交流通路中存在的反馈：交流反馈（改善交流性能） 电压串联负反馈 电流串联负反馈

电压并联负反馈 电流并联负反馈

u I -

+ u D + - i O

A

R L R 1

u i R1

L