拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版中文

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拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版中文

IX

1 2
nCOX
W L
[2 0.2(VX
1) (VX

1)
2
]

1 2
nCOX
W L
(1.4 VX )(VX
1)
gm

nCOX
W L
VDS

nCOX
W L
(Vx
1)
Copyright for zhouqn
③ 当VX≥1.2V时,MOS管工作在饱和区
IX
+
IX

1 2
nCOX
IX

1 2
PCox
W L
(0.1)2
gm

PCox
W L
(0.1)
+ 1.9V
-
② 当1.8V<VX≤1.9V时，MOS管工作在线性区
IX

1 2
PCox
W L
[2 (0.1) (VX
1.9) (VX
1.9)2 ]
gm

PCox
W L
(VX
1.9)
Copyright for zhouqn
第二章作业答案
Copyright for zhouqn
2.1、W/L=50/0.5，假设|VDS|=3V，当|VGS|从0上升到 3V时，画出NFET和PFET的漏电流VGS变化曲线
解：
a) NMOS管：假设阈值电压VTH=0.7V,不考虑亚阈值导电
① 当VGS<0.7V时，NMOS管工作在截止区，则ID=0 ② 当VGS>0.7V时， NMOS管工作在饱和区，NMOS管
0 8.854 1012 F / m sio2 3.9

模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第2章MOS器件物理基础

电流近似只于W/L和VGS 有关，不随 VDS变化
22
I/V特性—当VDS>VGS-VTH时
用作电流源或电流沉（current sink）
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
23
I/V特性—PMOS管
定义从D流向S为正
PMOS管电流驱动能力比NMOS管差 0.8 m nwell：p=250cm2/V-s, n=550cm2/V-s
27
本讲
基本概念
简化模型－开关结构符号
I/V特性
阈值电压 I-V关系式跨导
二级效应
体效应、沟道长度调制效应、亚阈值导电性
器件模型
版图、电容、小信号模型等
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
28
二级效应
前面VTH、I/V、gm等推导都是基于最简单假设
忽略了VDS对L的影响等二级效应
0 栅与衬底功函数差
COX

OX
TOX
常通过沟道注入把VTH0调节到合适值
工艺确定后，VTH0就固定了，设计者无法改变
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
14
I/V特性－沟道随VDS的变化
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计
15
I/V特性—推导I(VDS,VGS)
I Qd v
Qd WCox(VGS VTH)
dx
L
VD S
IDdx WCoxn[VGS V(x) VTH]dV
x 0
V0
ID

nCox
W L
[(VGS

VTH)VDS

1 2
VDS2 ]
西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计

拉扎维模拟CMOS集成电路设计习题讲解

VGS
VDS+VTH1 VDS+VTH0
VDS3+VTH VDS2+VTH VDS1+VTH
Copyright for zhouqn
2.5 对于图2.42的每个电路，画出IX和晶体管跨导关于VX
的函数曲线草图，VX从0变化到VDD。在(a)中，假设Vx
从0变化到1.5V。 (a) n 0.1V 1
+
VX
M1
-
+
VGS 1.9 VX
VDS 1VX VDSAT Von 1.2 VX
1V -
工作在线性区，则
IX
nCOX
W L
[(1.2
VX
)(1
VX
)
0.5(1
VX
)2
]
1 2
nCOX
W L
(1.4 VX )(1VX )
gm
nCOXΒιβλιοθήκη W LVDSnCOX
W L
(1Vx )
② 当1V<VX<1.2V时,MOS管工作在线性区
管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则
p 100cm2 /V / s LD 0.09106 m
p 0.2V 1 tox 9 109 m
ID
1 2
pCox
W Leff
(VGS
VTH )2 (1 p 3)
ID 4.8103 (VSG 0.8)2
0 8.854 1012 F / m sio2 3.9
ID
ro
1
ID
gmro
2Cox
W L
ID
1
ID
A
WL ID
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拉扎维_模拟CMOS集成电路设计课后答案

CORRECTIONS TO SOLUTIONS MANUALIn the new edition, some chapter problems have been reordered and equations and ﬁgure refer-ences have changed. The solutions manual is based on the preview edition and therefore must be corrected to apply to the new edition. Below is a list reﬂecting those changes.The “NEW” column contains the problem numbers in the new edition. If that problem was origi-nally under another number in the preview edition,that number will be listed in the“PREVIEW”column on the same line.In addition,if a reference used in that problem has changed,that change will be noted under the problem number in quotes. Chapters and problems not listed are unchanged.For example:NEW PREVIEW--------------4.18 4.5“Fig. 4.38” “Fig. 4.35”“Fig. 4.39” “Fig. 4.36”The above means that problem4.18in the new edition was problem4.5in the preview edition.To ﬁnd its solution, look up problem 4.5 in the solutions manual. Also, the problem 4.5 solution referred to “Fig. 4.35” and “Fig. 4.36” and should now be “Fig. 4.38” and “Fig. 4.39,” respec-tively._____________________________________________________________________________ CHAPTER 3NEW PREVIEW--------------3.1 3.83.2 3.93.3 3.113.4 3.123.5 3.133.6 3.143.7 3.15“From 3.6” “From 3.14”3.8 3.163.9 3.173.10 3.183.11 3.193.12 3.203.13 3.213.14 3.223.15 3.13.16 3.23.17 3.2’3.18 3.33.19 3.43.20 3.53.21 3.63.22 3.73.23 3.103.24 3.233.25 3.243.26 3.253.27 3.263.28 3.273.29 3.28 CHAPTER 4NEW PREVIEW--------------4.1 4.124.2 4.134.3 4.144.4 4.154.5 4.164.6 4.174.7 4.18“p. 4.6” “p. 4.17”4.8 4.194.9 4.204.10 4.214.11 4.224.12 4.234.13 4.24“p. 4.9” “p. 4.20”4.14 4.1“(4.52)” “(4.51)”“(4.53)” “(4.52)”4.15 4.24.16 4.34.17 4.44.18 4.5“Fig. 4.38” “Fig. 4.35”“Fig. 4.39” “Fig. 4.36”4.19 4.6“Fig 4.39(c)” “Fig 4.36(c)”4.20 4.74.21 4.84.22 4.94.23 4.104.24 4.114.25 4.254.26 4.26“p. 4.9” “p. 4.20”CHAPTER 5NEW PREVIEW--------------5.1 5.165.2 5.175.3 5.185.4 5.195.5 5.205.6 5.215.7 5.225.8 5.235.9 5.15.10 5.25.11 5.35.12 5.45.13 5.55.14 5.65.15 5.75.16 5.85.17 5.95.18 5.10“Similar to 5.18(a)” “Similar to 5.10(a)”5.19 5.115.20 5.125.21 5.135.22 5.145.23 5.15CHAPTER 6NEW PREVIEW--------------6.1 6.76.2 6.86.3 6.9“from eq(6.23)” “from eq(6.20)”6.4 6.106.5 6.11“eq (6.52)” “eq (6.49)”6.6 6.16.7 6.26.8 6.36.9 6.46.10 6.56.11 6.66.13 6.13“eq (6.56)” “eq (6.53)”“problem 3” “problem 9”6.16 6.16“to (6.23) & (6.80)” “to (6.20) & (6.76)”6.17 6.17“equation (6.23)” “equation (6.20)”CHAPTER 7NEW PREVIEW--------------7.27.2“eqn. (7.59)” “eqn. (7.57)”7.177.17“eqn. (7.59)” “eqn. (7.57)7.197.19“eqns 7.66 and 7.67” “eqns 7.60 and 7.61”7.217.21“eqn. 7.66” “eqn. 7.60”7.227.22“eqns 7.70 and 7.71” “eqns. 7.64 and 7.65”7.237.23“eqn. 7.71” “eqn. 7.65”7.247.24“eqn 7.79” “eqn 7.73”CHAPTER 8NEW PREVIEW--------------8.18.58.28.68.38.78.48.88.58.98.68.108.78.118.88.18.98.28.108.38.118.48.138.13“problem 8.5” “problem 8.9”CHAPTER 13NEW PREVIEW--------------3.17 3.17“Eq. (3.123)” “Eq. (3.119)”CHAPTER 14 - New Chapter, “Oscillators”CHAPTER 15 - New Chapter, “Phase-Locked Loops”CHAPTER 16 - Was Chapter 14 in Preview Ed.Change all chapter references in solutions manual from 14 to 16. CHAPTER 17 - Was Chapter 15 in Preview Ed.Change all chapter references in solutions manual from 15 to 17. CHAPTER 18 - Was Chapter 16 in Preview Ed.NEW PREVIEW--------------18.316.3“Fig. 18.12(c)” “Fig. 16.13(c)”18.816.8“Fig. 18.33(a,b,c,d)” “Fig. 16.34(a,b,c,d)”Also, change all chapter references from 16 to 18.。

Razavi《模拟CMOS集成电路设计》习题答案精编版

模拟CMOS集成电路拉扎维实验二

实验二单级放大器的设计一、实验目的及任务1、掌握单级放大器的原理和性能。

2、设计一个采用电阻做负载的共源级放大器。

二、实验相关知识1、采用电阻做负载的共源级放大器电路的大信号分析。

如果输入电压从零开始增大，截止，（如图2.1（b））。

当接近时，开始导通，电流流经，使减小。

如果不是非常小，饱和导通，我们可以得到：这里忽略了沟道调制效应。

进一步增大，下降更多，管子继续工作在饱和区，直到（图2.1（b）中的A点）。

在A 点出满足：从上式可以计算出，并进一步计算出。

当时，工作在线性区：如果足够高以使进入深线性区，，从图2.1(b)的等效电路可以得到：2、采用电阻为负载的共源级放大器小信号特性由于在线性区跨导会下降，通常要确保,工作在图2.1(b)中A 点的左侧。

式(2.1)表征输入输出特性，并把它的斜率看作小信号增益，可以得到：此结果可以从下面的观察中直接得到：将输入电压的变化转换为漏极电流的变化，进一步转换为输入电压的变化。

从图2.1(d)的小信号等效电路也可以得到同样的结果。

V DD R DM 1V outV inV outV inV THV in1V outV inR DR onV DD V +-+-V 1outg m V 1R D(a)(c)(d)(b)图2.1 (a)共源级；(b)输入-输出特性；(c)MOS管工作在线性区的等效电路；(d)饱和区的小信号模型三、实验内容和步骤1、根据实验相关知识所述，画出采用电阻做负载的共源级放大器的原理图。

2、根据所画原理图编写电路网表。

3、调入SMIC0.35um混合信号工艺库。

4、先计算电路的直流工作点，随后进行仿真并得到电路的直流工作点，将仿真结果与计算结果进行比较。

5、在网表中加入DC分析的激励语句，做DC大信号仿真，得到放大器的直流转移特性曲线，并对的出的曲线进行分析说明。

6、在网表中加入AC分析的激励语句，做小信号仿真，得到放大器的AC频率特性和低频小信号增益，并对仿真结果给出分析和说明。

拉扎维模拟CMOS集成电路设计作业答案中文共40页文档

55、为中华之常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特
拉扎维模拟CMOS集成电路设计作业答案中文
1、合法而稳定的权力在使用得当时很少遇到抵抗。 ——塞 ·约翰逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感；权力不易确定之处始终存在着危险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金子可以拉着它的鼻子走。— —莎士比

拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版.ppt

+
VGS 1VX VDS 1.9 VX VDSAT Von 0.3 VX
1V
VX
M1
-
IX

1 2
nCOX
W L
(VGS
VTH )2

1 2
nCOX
W L
(1VX )2
+ 1.9V
-
gm

nCOX
W L
(VGS
VTH
)

nCOX
W L
(1VX
)
② 当VX≥0.3V时，MOS管工作截止区
M1
• 当Vin<0.7V时，M1工作在截止区，
Vin
Vout=0
• 当0.7<Vin≤1.7V时，M1工作在饱和区，则
Vout R1
+ 1V Vout R1
ID

1 2
nCOX
W L
(Vin
Vout
0.7)2
Vout
R1
• 当1.7V<Vin<3V时，M1工作在线性区，则
ID

nCOX
的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则
n 350cm2 /V / s LD 0.08106 m
n 0.1V 1 tox 9 109 m
ID

1 2
nCox
W Leff
(VGS
VTH )2 (1 n 3)
ID 12.8103 (VGS 0.7)2
③ 当VX>1.9V时，MOS管S与D交换 MOS管工作线性区
VGS 1VX
VDS 1.9 VX
IX
+

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1 W V I D nCOX (Vin Vout 0.7)2 out R1 2 L
•
当1.7V<Vin<3V时，M1工作在线性区，则
W V [2(Vin Vout VTH )(1 Vout ) (1 Vout ) 2 ] out R1 L
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第二章作业答案
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2.1、W/L=50/0.5，假设|VDS|=3V，当|VGS|从0上升到 3V时，画出NFET和PFET的漏电流VGS变化曲线解：
a) NMOS管：假设阈值电压VTH=0.7V,不考虑亚阈值导电
① ② 当VGS<0.7V时，NMOS管工作在截止区，则ID=0 当VGS>0.7V时， NMOS管工作在饱和区，NMOS管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则
SB SB
当VGS>VDS+VTH时，MOS工作在三极管区（线性区）
W 1 2 I D nCox VGS VTH VDS VDS L 2
VTH VGS
VTH0 VTH1 VGS
VDS+VTH0
VDS+VTH1
VDS2+VTH
VDS3+VTH
VDS1+VTH
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sio 3.9
2
I D 4.8 10 (VSG 0.8)
3
2
Cox
0 sio
tox
2
3.837 103 F / m2
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2.2 W/L=50/0.5, |ID|=0.5mA，计算NMOS和PMOS的跨导和输出阻抗，以及本证增益gmro 解：本题忽略侧向扩散LD C 3.837 10 F / m t
IX 1V + 1.9V M1
+ VX -
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(e) λ=0,
0.45V 1/ 2
VTH 0 0.7V VGS 0.9V
2 F 0.9V
VDS 0.5
1.9V
M1
IX
+1.5V
VSB 1 VX
+ 1V -
+ VX -
VTH VTH 0 ( 2 F VSB 2 F ) 0.7 0.45( 0.9 VSB 0.9)
0 sio2 ox 3 2 ox
1）NMOS
W gm 2nCox I D 3.66 mA / V L
3 3
nCox 1.34225 104 F / V / s
ro
1 1 20k 3 n I D 0.1 0.5 10
gmro 3.66 10 20 10 73.2
② 当VX≥0.3V时，MOS管工作截止区
IX 0 gm 0
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(d) λ=γ=0, VTH=-0.8V
① 当0<VX≤1.8V时，MOS管上端为漏极，下端为源极， MOS管工作在饱和区
VGS 0.9V VDS VX 1.9 VDSAT Von 0.1V
W g m P Cox (0.1) L
IX 1V + 1.9V M1 + VX -
1 W I X P Cox (0.1) 2 2 L
② 当1.8V<VX≤1.9V时，MOS管工作在线性区
1 W I X P Cox [2 (0.1) (VX 1.9) (VX 1.9) 2 ] 2 L W g m P Cox (VX 1.9) L
VDS 1 VX VDSAT Von 1.2 VX
1.9V + 1V -
IX M1
+ VX -
工作在线性区，则
I X nCOX W 1 W 2 [(1.2 VX )(1 VX ) 0.5(1 VX ) ] nCOX (1.4 VX )(1 VX ) L 2 L W W VDS nCOX (1 Vx ) L L
M1 + VX Ix
VDS VDD VX 3 VX
VTH VTH 0
VSB VX
2 F VSB 2 F

2
1 W 2 I X nCox VGS VTH 1 VDS 2 L 1 W I X nCox 3 VX 0.7 0.45 0.9 VX 0.9
3
2
Cox
0 sio
tox

3.837 103 F / m2
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a) PMOS管：假设阈值电压VTH= -0.8V,不考虑亚阈值导电 ① 当| VGS | <0.8V 时，PMOS管工作在截止区，则ID=0 ② 当| VGS | ≥0.8V时， PMOS管工作在饱和区，PMOS
• 当Vin≥1.3V时，M1工作在饱和区，则
M1 2V R1
+ Vin Vout
ID
Vout
1 W nCOX (2 Vout 0.7) 2 R1 2 L
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管的有效沟道长度Leff=0.5-2LD，则
p 100cm2 / V / s
LD 0.09 106 m
p 0.2V 1
tox 9 109 m
1 W I D pCox (VGS VTH )2 (1 p 3) 2 Leff
0 8.854 1012 F / m
Copyright for zhouqn
2.7 对于图2.44的每个电路，画出Vout关于Vin 的函数曲线草图。Vin从0变化到VDD=3V。解：
M1 Vin + 1V -
Vout R1
(a) λ=γ=0 , VTH=0.7V
右图中，MOS管源-漏极交换
• •
M1
in
+ 1V Vout R1
当Vin<0.7V时，M1工作在截止区， V Vout=0 当0.7<Vin≤1.7V时，M1工作在饱和区，则
③ 当VX≥1.2V时,MOS管工作在饱和区
1 W 1 W I X nCOX (VGS VTH ) 2 nCOX (0.2) 2 2 L 2 L g m n COX W W (VGS VTH ) 0.2 n COX L L
1.9V + 1V -
IX M1
+ VX -
LD 0.08 106 m
n 350cm2 / V / s
n 0.1V 1
tox 9 109 m
1 W I D nCox (VGS VTH )2 (1 n 3) 2 Leff
0 8.854 1012 F / m
sio 3.9
2
I D 12.8 10 (VGS 0.7)
I D nCOX
2.7 (b) λ=γ=0 , VTH=0.7V
• 当0<Vin<1.3V时，M1工作在线性区，则 V I D out R1
M1 2V
Vout R1
+ Vin -
1 W nCOX [2 (2 Vout 0.7)(Vin Vout ) (Vin Vout ) 2 ] 2 L
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(C) λ=γ=0, VTH=0.7V
① 当VX<0.3V时，MOS管的源-漏交换，工作在饱和区
VGS 1 VX
VDS 1.9 VX
VDSAT Von 0.3 VX
IX
1V + 1.9V -
M1
+ VX -
1 W 1 W I X nCOX (VGS VTH ) 2 nCOX (1 VX ) 2 2 L 2 L W W g m nCOX (VGS VTH ) nCOX (1 VX ) L L
1 W I X nCOX 2.727 VX 0.46 0.9 VX 2 L

2
(1.3 0.1VX )
g m 2nCOX
W IX L
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(b) λ=γ=0, VTH=0.7V
① 当0<VX<1V时，MOS管的源-漏交换
VGS 1.9 VX
当VX=0时,VTH=0.893V，此时MOS工作在饱和区
1 W I D nCOX [0.2 0.45( 1.9 VX 0.9)]2 2 L W g m nCOX [0.2 0.45( 1.9 VX 0.9)] L 随着VX增加，VSB降低，VTH降低，此时MOS管的过驱动电压增加，MOS管工作在饱和区；直到过驱动VDSAT上升到等于 0.5V时，MOS管将进入线性区，则有
g m nCOX
② 当1V<VX<1.2V时,MOS管工作在线性区
1 W 1 W 2 I X nCOX [2 0.2(VX 1) (VX 1) ] nCOX (1.4 VX )(VX 1) 2 L 2 L W W g m nCOX VDS nCOX (Vx 1) L L Copyright for zhouqn
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③ 当VX>1.9V时，MOS管S与D交换
MOS管工作线性区
VDS 1.9 VX VGS 1 VX 1 W I X P Cox [2 (1 VX ) (1.9 VX ) (1.9 VX ) 2 ] 2 L W g m P Cox (VX 1.9) L