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CMOS模擬集成電路設(shè)計,放大器的頻率特性,提綱,2020/4/28,2,提綱,1、概述2、共源級的頻率特性3、源跟隨器的頻率特性4、共柵級的頻率特性5、共源共柵級的頻率特性6、差動對的頻率特性,概述-密勒效應(yīng),2020/4/28,3,1、概述,1.1密勒效應(yīng)密勒定理：如果圖(a)電路可以轉(zhuǎn)換成圖(b)的電路，則Z1=Z/(1-Av)，Z2=Z/(1-Av-1)，其中Av=VY/VX。,概述-密勒效應(yīng),2020/4/28,4,證明：通過阻抗Z由X流向Y的電流等于(VX-VY)/Z，由于這兩個電路等效，必定有相等的電流流過Z1，于是,即，,同理，,概述-密勒效應(yīng),2020/4/28,5,例1如圖(a)所示的電路，其中電壓放大器的增益為-A，該放大器的其它參數(shù)是理想的。請計算這個電路的輸入電容。,,,從Vin抽取電荷,解：運(yùn)用密勒定理，把電路轉(zhuǎn)換成圖(b)的形式，由于Z=1/(CFs)，則Z1=[1/(CFs)]/(1+A)，因此輸入電容等于CF(1+A)。,概述-密勒效應(yīng),2020/4/28,6,關(guān)于密勒定理的說明密勒定理沒有規(guī)定電路轉(zhuǎn)換成立的條件。若電路不能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則密勒定理的結(jié)果是不成立的。,,？,,,,,,如果阻抗Z在X點和Y點之間只有一個信號通路，則這種轉(zhuǎn)換往往是不成立的。,在阻抗Z與信號主通路并聯(lián)的多數(shù)情況下，密勒定理被證明是有用的。,概述-密勒效應(yīng),2020/4/28,7,關(guān)于密勒定理的說明（續(xù)）嚴(yán)格地說，密勒定理中的Av=VY/VX的值必須在所關(guān)心的頻率下計算。然而采用低頻下Av值的近似計算有助于了解電路的特性。,如果用密勒定理來獲得輸入輸出的傳輸函數(shù)，則不能同時用該定理來計算輸出阻抗。,概述-極點和結(jié)點的關(guān)聯(lián),2020/4/28,8,1.2極點和結(jié)點的關(guān)聯(lián)A1和A2是理想電壓放大器，R1和R2模擬每級的輸出電阻，Cin和CN表示每級的輸入電容，CP表示負(fù)載電容，則該電路的傳輸函數(shù)為,可以把每一個極點和電路的一個結(jié)點聯(lián)系起來，即ωj=τj-1，τj-1是從結(jié)點j到地“看到”的電容和電阻的乘積，即“電路中的每一個結(jié)點對傳輸函數(shù)貢獻(xiàn)一個極點”。,概述-極點和結(jié)點的關(guān)聯(lián),2020/4/28,9,說明通常電路很難等效成上述簡化電路的形式，很計算電路的極點。例如下面的電路,,,,同密勒效應(yīng)一起對電路簡化時，常常丟掉傳輸函數(shù)的零點。,但極點與結(jié)點的關(guān)聯(lián)（及密勒定理）為估算傳輸函數(shù)提供了一種直觀的方法。,共源級的頻率特性,2020/4/28,10,2、共源級的頻率特性,傳輸函數(shù)的估算,估算誤差：沒有考慮電路零點AV采用低頻增益,從X到地“看到的”總電容為,輸入極點（主極點）的值為,從輸出到地“看到的”總電容為,輸出極點,推斷傳輸函數(shù)為,共源級的頻率特性,2020/4/28,11,傳輸函數(shù)精確計算根據(jù)高頻小信號等效電路,由上述兩個公式，得到,其中,[*],共源級的頻率特性,2020/4/28,12,關(guān)于傳輸函數(shù)的討論根據(jù)公式[*](教材中的公式6.23)分母寫成如下形式,?,,,和估算方法得到的結(jié)果對比，可見分母多出RD(CGD+GDB)項，此項通?？梢院雎浴?如果ωp2比ωp1離原點遠(yuǎn)得多，，則第一極點,[*],共源級的頻率特性,2020/4/28,13,關(guān)于傳輸函數(shù)的討論（續(xù)）根據(jù)公式[*](教材中的公式6.23)可以計算得到第二個極點,和估算方法得到的結(jié)果相同,如果，則,[*],共源級的頻率特性,2020/4/28,14,關(guān)于傳輸函數(shù)的討論（續(xù)）根據(jù)公式[*](教材中的公式6.23)可以計算得到零點,[*],共源級的頻率特性,2020/4/28,15,輸入電阻的計算估算方法(一級近似),,高頻下，考慮輸出結(jié)點的影響,源跟隨器的頻率特性,2020/4/28,16,3、源跟隨器的頻率特性,傳輸函數(shù)由于X點和Y點通過CGS有很強(qiáng)的相互作用，很難把一個極點和結(jié)點進(jìn)行關(guān)聯(lián)。根據(jù)高頻小信號等效電路（忽略體效應(yīng)）,得到,又由,得到,源跟隨器的頻率特性,2020/4/28,17,關(guān)于傳輸函數(shù)的討論同樣，假設(shè)兩個極點相距較遠(yuǎn)，則第一極點的值為,傳輸函數(shù)包含一個零點ωz=-gm/CGS。,源跟隨器的頻率特性,2020/4/28,18,輸入阻抗CGD與輸入并聯(lián)，計算中先忽略。,,有，,當(dāng)頻率較低時，gmb>>|CLs|，上式變成,當(dāng)頻率較高時，gmb<<|CLs|，上式變成,說明等效電容等于CGSgmb/(gm+gmb),該結(jié)果可以從密勒近似中得到。,源跟隨器的頻率特性,2020/4/28,19,輸出阻抗體效應(yīng)和CSB與輸出并聯(lián)，計算中先忽略，并忽略CGD。,,低頻下，Zout≈1/gm；高頻下Zout≈Rs；由于作為緩沖器工作，應(yīng)有1/gm1，,小結(jié),2020/4/28,28,小結(jié),1、概述2、共源級的頻率特性3、源跟隨器的頻率特性4、共柵級的頻率特性5、共源共柵級的頻率特性6、差動對的頻率特性,