模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)(拉扎維)第7章噪聲.ppt
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,模擬集成電路設(shè)計(jì),第7章噪聲（一）,董剛,gdong@,微電子學(xué)院,1,),2,上一講頻率特性電路性能指標(biāo)隨信號(hào)頻率的變化特性,考慮電容、電感等參數(shù)對(duì)頻率敏感的元件的影響,Av=,VYVX,用s域分析法來(lái)分析頻率特性密勒定理,Z1=,Z(1?Av),Z2=,Z?1(1?Av),一種為了方便電路分析而進(jìn)行的電路轉(zhuǎn)換X和Y之間只有一個(gè)信號(hào)通路時(shí)往往不適用,阻抗Z和信號(hào)主通路并聯(lián)時(shí)適用極點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)極點(diǎn)節(jié)點(diǎn)之間有相互作用時(shí)不再是每個(gè)節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)一個(gè)極點(diǎn),H(s)==Av0?,VoutVin(1+,ω,(s)sp1,)(1+,1ω,sp2,)(1+,ω,sp3,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),(s)=,Vinssωout=,1,ωin=,?s?,?ω,?,?,??,?s??s?,?ω,??,?,Rin=,=2,3DB+CGDCDB)+s[RS(1+gmRD)CGD,上一講共源級(jí)的頻率特性傳輸函數(shù)（增益）和輸入阻抗用極點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)法計(jì)算簡(jiǎn)單直觀。有誤差；沒反映出零點(diǎn),Vout?gmRD(1+)(1+)ωinωoutRS[CGS+(1+gmRD)CGD],1(CGD+CDB)RD,VoutVin,(s)=,??1??z?+1+1??p1??ωp2?,用完整等效電路推導(dǎo)法計(jì)算復(fù)雜，但結(jié)果精確，反映了零點(diǎn)的影響,1+RD(CGD+CDB)s1CGDs(1+gmRD+RDCDBs)CGSs,vo(sCGD?gm)RDvisRSRD(CGSCGD+CGSC西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì)+RSCGS+RD(CGD+CDB)]+1,11,?,?1+,≈,+?,[,?,=2,4,≈Sm,上一講,源跟隨器1、做電壓平移2、做阻抗轉(zhuǎn)換緩沖器,Av=,1gmRS,≈+(1+η)1+η,傳輸函數(shù)和極零點(diǎn)：根據(jù)該式，合理設(shè)計(jì)可獲得期望帶寬、相位裕度等指標(biāo)輸入阻抗：,Zin=,VX11?gm?1IXsCGDsCGS?sCGS?gmb+sCL],vogm+sCGSvisRS(CGSCL+CGSCGD+CGDCL)+s(gmRSCGD+CL+CGS)+gm輸出阻抗：ZOUT=(sRSCGS+1)/(gm+sCGS)≈1/g（低頻時(shí)），R（高頻時(shí)）西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),?1,vo,vi,≈,+,S,),5,上一講共柵級(jí)——Rin小，Rout大傳輸函數(shù)：無(wú)密勒電容項(xiàng)，高帶寬,(s)=,(gm+gmb)RD1+(gm+gmb)RS(1+,1CSgm+gmb+RS,s)(1+RDCDs),輸入阻抗：頻率增大時(shí)，ZL趨近于0，Rin趨近于,Rin=,1/(gm+gmb)ZL+rOZL11+(gm+gmb)rO(gm+gmb)rOgm+gmb,ZL=RD,1sCD,輸出阻抗,Rout={[1+(g,m,+g,mb,)ro]RS,1sC,+ro}||(RD,1sCD,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,,,,,,,6,上一講,共源共柵級(jí),Rin和Rout大，高增益,密勒效應(yīng)小，高頻,極點(diǎn),為了保證放大器的穩(wěn)定,性，通常設(shè)計(jì)fpX最大,輸出阻抗,頻率增大時(shí)下降，影響共源共柵電流鏡的精度,Zout≈[(1+gm2rO2)ZX+rO2](1/sCY)ZX=rO1(sCX),忽略CGD1,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),1,?,?ω,?s?,?,?1??,??,+1,??ω,?,?,),?,7,上一講,電流源負(fù)載的差分放大器,差模頻率特性用半電路法分析CL包括CDB3、CGD3（G點(diǎn)為交流地）、CDB1用共源放大器傳輸函數(shù)結(jié)論得：,ACM?DM=?,gm1?gm2(gm1+gm2)(rO3sCP,)+1,?(RD,1sCL,VoutVin,(s)=Av0,?s?p1,?ωz???s??p2,+1??,高頻時(shí)共模抑制能力下降,主極點(diǎn)為：,fp1=1/2πCL(rO1rO3),西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),=,L,?,=,8,上一講電流鏡負(fù)載的差分放大器voutgmNrON(2gmP+sCE)vin2rONrOPCECLs2+[(2rON+rOP)CE+rOP(1+2gmPrON)CL]s+2gmP(rON+rOP)鏡像極點(diǎn)通常比輸出極點(diǎn)大，即ωp1<<ωp2，因此有：,ωp1=,(2rON,2gmP(rON+rOP)+rOP)CE+rOP(1+2gmPrON)CL,忽略分母中第一項(xiàng)并假設(shè)2gmPrONff1，則：,ωp1≈,1C（rOPrON）,11ωp1ωp2,rONrOPCECLgmP(rON+rOP),ωp2≈,gmPCE,ωZ=2ωp2=?,2gmPCE,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,9,本講噪聲,噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,噪聲譜（頻域）,幅值分布（時(shí)域）,相關(guān)噪聲源和非相關(guān)噪聲源,噪聲的類型,熱噪聲,閃爍噪聲,電路中噪聲的表示,單級(jí)放大器中的噪聲,共源、共柵、共漏、共源共柵,差分對(duì)中的噪聲噪聲帶寬,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,10,為什么要學(xué)習(xí)噪聲知識(shí)？,電路能處理的信號(hào)的最小值等于噪聲的,水平,設(shè)計(jì)AIC時(shí)通常需要考慮噪聲指標(biāo),體現(xiàn)在信噪比（SNR）這一指標(biāo)上,低噪聲AIC在很多領(lǐng)域有重要應(yīng)用,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,11,統(tǒng)計(jì)學(xué)特性,噪聲是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程,每一時(shí)刻的幅值是不能預(yù)測(cè)的,哪些特性可以被預(yù)測(cè)？,平均功率、功率譜密度（噪聲譜）、幅值分,布,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),∫,1+T/2,1+T/22,t→∞,12,平均功率有些隨機(jī)過(guò)程的平均功率也不可預(yù)測(cè),電路中大多數(shù)噪聲源有固定的平均功率，可以預(yù)測(cè),均方根值（rootmeansquare）的定義：,平均功率的定義：Pav=lim?T/2t→∞T,2x(t)dt,rms=Pav=limT∫?T/2x(t)dt平均功率只反映了噪聲的功率特性,若x(t)為電壓信號(hào)，則Pav單位為V2,（幅值特性），沒反映頻率特性,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,13,噪聲譜,又稱為“功率譜密度”(PSD:Powerspectraldensity)；,PSD定義為：在每個(gè)頻率上信號(hào)具有的功率的大??；反映了噪聲的功率和頻率兩方面的特性,X(t)信號(hào)的PSD寫為,SX(f)；,SX(f)定義為：f附近1Hz帶寬內(nèi)X(t)具有的平均功率；單位V2/Hz,電路中大多數(shù)噪聲源有可預(yù)測(cè)的噪聲譜,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,,,2,14,噪聲譜PSD在整個(gè)頻率范圍內(nèi)為相同值白噪聲,定理適用于線性時(shí)不變系統(tǒng)分析電路噪聲時(shí)的理論依據(jù),線性時(shí)不變系統(tǒng)：具有疊加性、均勻性并且系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的系統(tǒng),SY(f)=SX(f)H(f),H(f)=H(s=2πjf)西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,,,15,噪聲譜被H(f)“整形”,電話系統(tǒng)帶寬為4KHz，聲音信號(hào)的高頻部分被濾除,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),,,,?f1,16,“雙邊”譜和“單邊”譜參考文獻(xiàn)[1]X(t)如果是實(shí)數(shù)，則SX(f)為f的偶函數(shù)（“雙邊”譜）從數(shù)學(xué)角度看[f1，f2]頻率范圍內(nèi)x(t)總f2功率Pf1,f2Pf1,f2=∫?f2SX(f)df+∫f1SX(f)df用帶通濾波器測(cè)量的結(jié)果f2為“單邊”譜（0到+∞Hz）=∫f12SX(f)df,“雙邊”譜,西電微電子學(xué)院－董剛－模擬集成電路設(shè)計(jì),“單邊”譜,,17,幅值分布,概率密度函數(shù),噪聲瞬時(shí)值不可預(yù)測(cè)，但通過(guò)長(zhǎng)期觀察、統(tǒng)計(jì)，可以得到每個(gè)值出現(xiàn)的概率大小,PDF：Probabilitydensityfunction，定義為：,PX(x)dx=x下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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