模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第八章課件

第八章MOS模擬集成電路第一節(jié)概述第二節(jié)MOS模擬集成單元電路第三節(jié)MOS模擬集成運(yùn)算放大器第四節(jié)MOS模擬開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)電容電路第一節(jié)概述與雙極型模擬集成電路相比,MOS模擬集成電路:{優(yōu)點(diǎn):集成度高(1/5),輸入阻抗高,功耗低,制造簡(jiǎn)單,動(dòng)態(tài)范圍大,成本低.

缺點(diǎn):增益低,(1/40),工藝匹配性能差,低頻噪聲大按MOS工藝分為:1.PMOS型:電路全部由P溝道FET組成。2.NMOS型:電路全部由N溝道FET組成。3.CMOS型:電路由PMOS、NMOS互補(bǔ)器件組成。一、MOS電流源

（一）、MOS鏡像電流源（電路如圖）T!T2EIrI0若T1、T2結(jié)構(gòu)對(duì)稱，則溝道的寬長(zhǎng)比=1。所以Io=Ir成鏡像關(guān)系一、MOS電流源（二）、具有多路輸出的比例電流源（電路如圖）由（一）可知，若T1、T2結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，則I0與Ir成比例，比例系數(shù)為溝道的寬長(zhǎng)比之比。設(shè)T1、T2、T3管的溝道寬長(zhǎng)比分別為ST1、ST2、ST3，則有I02I03T3UDDBSD.G.BSgmUGSgmbUBSrDSI0U0二、MOS管有源負(fù)載（一）增強(qiáng)型（單管）有源負(fù)載將D、G短接，電路如圖R0R0等效電路如圖其中：稱跨導(dǎo)比顯然，適當(dāng)減小gm(或)，可提高R0三、MOS單級(jí)放大器有源負(fù)載的共源MOS放大器常見(jiàn)的電路形式有：1.E/E型NMOS放大器：放大管和負(fù)載管均為N溝道增強(qiáng)型（E型）的共源放大器。2.

E/D型NMOS放大器：放大管用增強(qiáng)型（E型），負(fù)載管用耗盡型（D型），兩管均為N溝的共源放大器。3.CMOS放大器：使襯、源電壓（UBS=0）,并由增強(qiáng)型NMOS管和增強(qiáng)型PMOS組成的放大器。4.

CMOS放大器：在的基礎(chǔ)上，將兩管的柵極連在一起作為輸入端。（一）、E/E型NMOS放大器電路如圖(N1為放大管,N2為負(fù)載管)等效電路如圖(RL2=1/gmb2為N2管的等效電阻)N1N2UDDUiUo電壓增益:由于SN1、SN2受工作點(diǎn)限制不能隨意增加，所以AUE較小。輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//RL2（二）、E/D型NMOS放大器N1N2UDDUiUo電路如圖(N1為放大管,N2為負(fù)載管)等效電路如圖(RL2=1/gmb2為N2管的等效電阻)電壓增益:輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds//RL2因?yàn)?為0.1左右,所以AUD比AUE高一個(gè)數(shù)量級(jí),增益較高。顯見(jiàn)，比E/E型放大器輸出電阻高。（四）、CMOS互補(bǔ)放大器電路如圖：等效電路如圖：gm1Ugs1gm2UGS2rds2電壓增益：AUC=-(gm1+

gm2)/(rds1//rds2)=-(gm1+

gm2)

/(gds1+gds2)輸入電阻：Ri>1010輸出電阻：Ro=rds1//rds2

=1/(gds1+gds2)顯見(jiàn)，它比CMOS放大器具有更高的增益。-USS第三節(jié)、MOS集成運(yùn)算放大器2.CMOS運(yùn)放：{常用的集成運(yùn)算放大器有1.NMOS運(yùn)放：{優(yōu)點(diǎn)：速度快、集成度高。缺點(diǎn)：Au小、電路復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)：增益高、電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：速度較低、集成度較低。（一）、5G14573CMOS四運(yùn)放電路PoP1P2P3P4N1N2N3cR-UssUDDUoUi1Ui2123456789101112131415165G14573外形封裝如圖（含4個(gè)完全相同的運(yùn)放）(1/4)5G14573運(yùn)放電路如圖第四節(jié)MOS模擬開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)電容電路在模擬集成電路中，MOS管可做為：

1.增益器件；2.有源負(fù)載；3.模擬開(kāi)關(guān)(接近于理想開(kāi)關(guān))做成的模擬開(kāi)關(guān)近于理想開(kāi)關(guān)，主要是它有以下特性：

1.器件接通時(shí)D-S間不存在固有的直流漂移。2.控制端G與信號(hào)通路是絕緣的，控制通路與信號(hào)通路之間無(wú)直流電流。從開(kāi)關(guān)應(yīng)用角度講，NMOS優(yōu)于PMOS，所以通常選用NMOS管做模擬開(kāi)關(guān)。一、單管MOS傳輸門模擬開(kāi)關(guān)1.增強(qiáng)型單管MOS模擬開(kāi)關(guān)電路GSBCLRLUoUiSDBGCGSCSBCGDCDBKR0nKUG<Ut時(shí)管子截止（Roff

）。UG>Ut時(shí)管子導(dǎo)通（Ron0）。

所以可近似等效為理想開(kāi)關(guān)（如圖）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，MOS管并非理想開(kāi)關(guān)。因?yàn)椋海?）極間電容CGS、CGD、CSB、CDB存在（2）Roff

,Ron0UGSRon,CGSCGD串?dāng)_.所以應(yīng)適當(dāng)選擇UGSRon,極間電容.所以應(yīng)適當(dāng)選擇顯見(jiàn)：保證MOS模擬開(kāi)關(guān)正常工作的條件MOS開(kāi)關(guān)的正常工作受限于與開(kāi)關(guān)連接的電容值，時(shí)間常數(shù)是限制開(kāi)關(guān)工作速度的重要因素。保證開(kāi)關(guān)工作的條件為：開(kāi)關(guān)工作頻率>時(shí)鐘控制頻率（一）、SC等效電阻電路1.并聯(lián)型SC等效電阻電路，（如圖）/ttTc（1）要求：

、/同頻、反相、等幅且不重疊。波形如圖（2）工作原理當(dāng)為高電平時(shí)，N1通、N2止，C接到U1得到充電電荷Q1=CU1當(dāng)/為高電平時(shí)，N1止、N2通，C接到U2，C端電荷Q2=CU2因此，在時(shí)鐘Tc內(nèi)，從U1向U2傳輸?shù)碾姾蔀镼=Q1-Q2=C(U1-U2)N1N2U2U1/CRU1U2（一）、SC等效電阻電路（2）工作原理因此，在時(shí)鐘Tc內(nèi)，從U1向U2傳輸?shù)碾姾蔀椋篞=Q1-Q2=C(U1-U2)從U1流向U2的平均電流為：I=

Q/TC=C(U1-U2)/TC所以，等效電阻為：R=

(U1-U2)/I=TC/C=1/fcC注意：等效電阻R代替常規(guī)電阻必須滿足以下條件1.fC遠(yuǎn)大于fS2.U1、U2不受開(kāi)關(guān)閉合的影響N1N2U2U1/CRU1U2（一）、SC等效電阻電路工作原理因此，在時(shí)鐘Tc內(nèi)，從U1向U2傳輸?shù)碾姾蔀椋篞=Q1-Q2=C(U1-U2)所以，等效電阻也為：R=

(U1-U2)/I=TC/C=1/fcC2.串聯(lián)型SC等效電阻電路，（如圖）當(dāng)為高電平時(shí)，N1通、N2止，C上儲(chǔ)存的電荷量Q1=C（U1-U2)當(dāng)/為高電平時(shí)，N1止、N2通，C上儲(chǔ)存的電荷量Q2=0顯見(jiàn)，與并聯(lián)型SC等效電阻電路的Q相同（三）、SC低通濾波器R1CUiUcR1CR2RfUiUcU0U0UcUiCC1C2Cf///RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器電路如圖其傳輸函數(shù)：其中，0=1/R1C稱低通截止頻率。有源一階低通濾波器電路如圖其傳輸函數(shù)：其傳輸函數(shù)：用SC等效電阻代替上圖中的電阻，就得到SC低通濾波器。如圖低通截止頻率：

0=fcC1/C本章小結(jié)ljp:1.MOS集成電路的分類（NMOS、PNOS、CMOSC