模拟集成电路设计ch12开关电容电路
CMOS 模拟集成电路课件完整
VTHN VTHN0
2qsi Na Cox
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
.op .dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe
*model .MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7
.end
Systems
Ch13 开关电容电路
Ch14 DAC/ADC
complex Ch10 运算放大器 Ch7 频率响应
Ch11 稳定性和频 率补偿
Ch8 噪声
Ch12 比较器 Ch9 反馈
Ch3 电流源电流镜 simple Ch4 基准源 Circuits
Devices
Ch5 单级放大器 ch2 MOS器件
*Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5
设计
属性/规范
系统/电路1
系统/电路2 系统/电路3
……
一般产品描述、想法 系统规范要求的定义
系统设计 电路模块规范定义
电路实现 电路仿真
否
是否满足系统规范
是 物理（版图）设计
物理（版图）验证
寄生参数提取及后仿真
否
是否满足系统规范
CMOS模拟集成电路设计_ch12开关电容电路
• 4、开关电容积分器
– 原理; – 开关电容电阻
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S3先被断开，s1,s2的电荷注入不会影响电路； S3,s4的非线性电容的两端电压变化近似为0，因此寄生的非线性电容影响和小
采样→积分
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小结
小结
• 1、采样开关
– 沟道电荷注入 – 时钟馈通
• 2、采样电容
– 下极板采样
• 3、开关电容放大器
– 原理; – 采样->放大的开关顺序消除电荷注入
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线性区
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采样开关
• 2.1 MOSFET开关
Vin的最高电压等于VDD-VTH 当Vout趋进VDD-VTH时，M1趋于截止。
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采样开关
• 2.2 速度问题
采样速度的决定因素
开关的导通电阻 采样电容：小的采样电容可以提高采样速度
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采样开关
• 2.3 精度问题
沟道电荷注入
导通时，沟道中的电荷 Qch会在关断后通过S和D 端流出。
粗略地，假设一半电荷注入到CH上，
Vout
再考虑体效应的非线性，沟道电荷注入 将导致三种误差： 增益误差；直流失调；非线性
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采样开关
• 2.3 精度问题（续）
时钟馈通
时钟信号通过交叠电容 耦合到采样电容上。
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采样开关
2、采样开关和电容
• 2.1 MOSFET开关
电压传输
MOS开关大部分时间工作 在线性区，等效一个电阻
MOS开关可以双向传输
t=t0时，饱和区 当Vout≤VDD-VTH时，线性区
ch1 模拟集成电路设计资料
模拟集成电路的应用
微处理器和存储器 ������ 微处理器 ������ 高速的时钟 ������ 高速的数据传输 ������ 寄生效应对性能的影响 ������ ������ ������ ������ SRAM、DRAM 高速的数据读写 巨大的储存单元阵列造成的寄生 灵敏的读出电路
中选择。特征尺寸减小↓ 制版费用↑↑
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广东工业大学 信息工程学院 李思臻
CMOS工艺
1.2 成本问题
பைடு நூலகம்
使用不同尺寸的MPW价格
2018/10/21
广东工业大学 信息工程学院 李思臻
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CMOS工艺
1.3 MOS器件
2018/10/21
广东工业大学 信息工程学院 李思臻
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图 1.3 使用多电平信号以减小所需的带宽
2018/10/21
广东工业大学 信息工程学院 李思臻
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模拟集成电路的应用
磁盘驱动电子学 通过磁头将磁信号转换成电信号 放大、滤波、数据转换 高速数据转换：500Mhz
图1.4 硬盘存储和读出后的数据
2018/10/21 广东工业大学 信息工程学院 李思臻 9
������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������
2018/10/21
广东工业大学 信息工程学院 李思臻
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CMOS工艺
3. 半导体工艺步骤 3.4 淀积
淀积~ 把多种不同材料的薄膜层沉积到材料表面 ..用途 ..氮化硅 ..氧化硅 ..多晶硅 ..金属 ..不同的技术淀积 ..蒸发 ..溅射 ..化学气相
模拟集成电路设计原理实验指导书
非理想对称差动放大器的设计与仿真 实验目的：（1）熟悉PSPICE 软件的使用方法；（2）运用PSPICE 软件对非理想差动放大器进行设计与仿真；实验内容：1 电路参数设置已知参数指标: K R C 51=，K R C 5.52=，,1001=F β,1102=F βA S 151105-⨯=I ，A S 152105.5-⨯=I , 3Q ,4Q 的100=F β, I A S 15105-⨯=。
晶体管的选择:根据分析，选用元件库中的晶体管Q2N2222和Ｑ2N3904。
输入电压的选择:根据分析，选用元件库中的VDC ，VSIN ，VSRC ，VSTIM 。
输入电阻的选择:根据分析，选用元件库中的Rbreak ，R 。
2 电路的直流分析的部分输出图1 设计电路图如上图1，差动放大电路中输入交流电压为1V ，-1V .在差动晶体管中由于配对晶体管参数失配和集电极负载电阻C R 失配使差动放大电路的性能变差，主要表现为：当输入加差模信号时输出会产生共模分量，当输入加共模信号时会产生差模分量.如果下一级也是差动放大电路，这种差模输入－共模输出或共模输入－差模输出的转换对整个放大电路的性能将产生十分不利的影响。
以下通过电路来分析讨论这一问题。
图2 差分放大电路直流工作点各个晶体管直流工作点见附录2，其上半部分为三极管的直流偏置情况。
IC 行列出了四个晶体管的工作电流分别为10.405CQ I MA =,20.444CQ I MA =, 30.861CQ I MA =,40.983CQ I MA =。
而IB,VBE,VBCVCE 为三极管的其他直流工作点参数。
图3 直流传输特性图3是当输入信号V1由0.125+变化时，输出电压V01和V02的变--0.125化曲线。
利用直流扫描分析可以清楚地看到直流传输特性，为分析电路直流工作状态提供方便。
3 交流小信号分析图4 差模输出曲线如上图为输入差模信号时输出电压曲线。
ch基本原理开关电容(演示文稿)
R V1 V2 T 1
I
C fcC
(1.3)
上式中，fc是开关的时钟频率。
3.开关电容等效电阻的讨论 (1)在以上分析过程中，我们假设V1和V2在开关 导通时是不变的.实际上这个假设只是一个近似。 但是，只要时钟频率远远大于信号频率，这个假 设就可以基本满足。 (2)从R的表达式可以看出，SC等效电阻的大小 与电容值和时钟频率成反比。如果电容取1 pF， 时钟频率取100kHz，这时SC等效电阻具有10MΩ 的 阻值。这样实现的电阻所占的芯片面积仅相当于 直接利用MOS工艺实现该电阻所占的芯片面积的大 约400分之一。 (3)用开关和电容构成的电路取代电阻，其原理 和电路都很简单，但其意义却非常重大。
开关电容网络最先是在高质量单片集成滤波 器的研究中受到重视和得到应用的。
早期的滤波器是用无源RLC电路实现的，但由 于电感难以集成，在六十年代，随着集成有源 器件和集成运算放大器的发展，人们开始致力 于用有源器件取代电感。由此导致了有源RC滤 波器的发展。
有源RC滤波器的缺点是： ①不便于用MOS工艺直接集成。 RC有源滤波器可以用混合集成技术集成，但 这种技术不能同目前的主流集成工艺即MOS集成 工艺兼容。因此，自七十年代起，追求用MOS工 艺技术单片集成高性能滤波器就成为滤波器研 究的主要方向。
从上式可以看出，当时钟频率fc一定时，SC 积分器传输函数仅是电容比C1／C2的函数。
由于SC等效电阻仅是一个近似的关系，所以 上式所描述的SC积分器传输函数也是一个近似 关系。
4．开关电容积分器的z域传递函数 下面从电荷守恒原理出发，推导出图1.2(b)中 电路的实际传输函数，并与式（1.8)的传输函数 进行比较。 (1) 电路的差分方程 为了得到电路的差分方程, 首先分析电路的工 作过程。 分析方法:假设初始时刻为t= nT(因为开关脉冲 的频率为T)，每间隔T/2分析一次电路的工作状 态(因为电路的状态每间隔T/2变化一次) 。
模拟集成电路设计教学大纲
模拟集成电路设计教学大纲目录一、课程开设目的和要求2二、教学中应注意的问题2三、课程内容及学时分配2第一章模拟电路设计绪论2第二章MOS器件物理基础2第三章单级放大器3第四章差动放大器3第五章无源与有源电流镜3第六章放大器的频率特性3第八章反馈3第九章运算放大器3高级专题3四、授课学时分配4五、实践环节安排4六、教材及参考书目5课程名称：模拟集成电路设计课程编号：055515英文名称：Analog IC design课程性质：独立设课课程属性：专业限选课应开学期：第5学期学时学分：课程总学时___48,其中实验学时一-一8。
课程总学分--3学生类别：本科生适用专业：电子科学与技术专业的学生。
先修课程：电路、模拟电子技术、半导体物理、固体物理、集成电路版图设计等课程。
一、教学目的和要求CMOS模拟集成电路设计课程是电子科学与技术专业（微电子方向）的主干课程，在教学过程中可以培养学生对在先修课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力和CMOS模拟集成电路分析、设计能力，掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能，为学生进一步学习硕士有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。
二、教学中应注意的问题1、教学过程中应强调基本概念的理解，着重注意引导和培养学生的电路分析能力和设计能力2、注重使用集成电路设计工具对电路进行分析仿真设计的训练。
3、重视学生的计算能力培养。
三、教学内容第一章模拟电路设计绪论本课程讨论模拟CMOS集成电路的分析与设计，既着重基本原理，也着重于学生需要掌握的现代工业中新的范例。
掌握研究模拟电路的重要性、研究模拟集成电路以及CMOS模拟集成电路的重要性，掌握电路设计的一般概念。
第二章MOS器件物理基础重点与难点：重点在于MOS的I/V特性以及二级效应。
难点在于小信号模型和SPICE模型。
掌握MOSFET的符号和结构，MOS的I/V特性以及二级效应，掌握MOS 器件的版图、电容、小信号模型和SPICE模型，会用这些模型分析MOS电路。
模拟集成电路设计考核试卷
B.乘法器
C.除法器
D.微分器
12.以下哪种放大器配置的输入阻抗最高？（）
A.共源
B.共栅
C.差分
D.电压跟随器
13.在模拟集成电路中，以下哪个参数影响放大器的热噪声？（）
A.电流
B.电压
C.频率
D.温度
14.以下哪个组件在模拟集成电路中用于调节电压？（）
A.运算放大器
B.电压比较器
C.电压基准
D.电流镜
15.关于电流镜的描述，列哪项是正确的？（）
A.提供电流增益
B.用于电压放大
C.用于电流采样
D.仅用于数字电路
16.以下哪种类型的反馈在放大器设计中可以稳定增益？（）
A.电压反馈
B.电流反馈
C.负反馈
D.正反馈
17.在模拟集成电路设计中，以下哪个参数影响放大器的功率消耗？（）
A.增益
B.驱动能力
A.功能测试
B.性能测试
C.热测试
D.安全测试
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.模拟集成电路设计时，以下哪些因素会影响MOSFET的阈值电压？（）
A.栅极长度
B.源漏间距
C.主体区掺杂浓度
D.温度
2.以下哪些是模拟集成电路中常见的噪声来源？（）
A.增益带宽积
B.开环增益
C.输入阻抗
D.输出阻抗
9.在模拟集成电路中，下列哪个部分通常用于实现模拟开关的功能？（）
A. MOSFET
B.二极管
C.晶体管
D.运算放大器
10.以下哪种类型的滤波器在模拟信号处理中用于去除高频噪声？（）
模拟集成电路设计精粹
该书将模拟集成电路设计中的重要概念以直观形象的语言进行描述，使得读 者可以更好地理解这些概念。例如，作者在介绍MOST器件时，通过对其工作原理 的详细阐述，使读者可以更好地理解该器件的特性；在介绍BJT器件时，通过对 其电流电压关系的描述，使读者可以更好地理解该器件的运作方式。
该书还侧重介绍了与现代集成电路工艺相关的最新电路的研究方向和热点。 例如，在介绍放大器设计时，作者不仅介绍了传统的放大器设计方法，还介绍了 最新的集成电路工艺中使用的放大器设计方法，使得读者可以了解最新的技术发 展趋势。
这本书的作者首先对MOST和BJT两种器件模型进行了深入的分析和比较。这 两种模型是模拟集成电路设计的基础，对它们的理解深度直接影响到设计师的设 计能力和效率。作者对这两种模型的深入阐述，让我对它们的理解和应用有了更 清晰的认识。
随后，作者以此为两条线索，分别介绍了相应的基本单元电路和各类放大器 的详细分析。这里的内容让我对模拟集成电路的基本构成和功能有了更深入的理 解，也让我对放大器的工作原理和设计方法有了全新的认识。
作者简介
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这是《模拟集成电路设计精粹》的读书笔记，暂无该书作者的介绍。
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《模拟集成电路设计精粹》是一本理论与实践相结合的书籍，它既为初学者 提供了入门的知识，也为经验丰富的工程师提供了宝贵的参考。这本书的，无疑 将推动模拟集成电路设计领域的发展，并为从业人员提供了一本不可或缺的工具 书。无论大家是工程师、研究人员还是学生，都可以从这本书中获得启发和帮助。
阅读感受
在我作为一名电子工程师的生涯中，我深深地理解到，模拟集成电路设计是 一种艺术，更是一种科学。在我最近阅读的《模拟集成电路设计精粹》一书中， 我得到了许多宝贵的启示和深入的理解。