模拟电路设计总结

体效应（背栅效应）

因为在反型层形成之前，栅极电荷必定镜像Qd 。随着VB 下降，Qd增加，VTH也增加。 在考虑体效应后，VTH 为

VTHVTH02FVSB2F

QdepCox ）给出，阈值电压是耗尽层电荷总数的函

（1）式中VTH0 由（VTH0MS2F数（VTH0MS2FQdepCox），MS 是多晶硅栅和硅衬底的功函数之差的电压差，

F=kT/qlnNsub/ni ，q 是电子电荷，Nsub 是衬底的掺杂浓度，Qdep 是耗尽区的

电荷，Cox 是单位面积的栅氧化层电容。

（2）式中=2qsiNsubCox ，称为体效应系数，VSB 是源衬电势差。 的典型值在

0.3V12 到0.4V12之间。

沟道长度调制

分析沟道夹断中，我们注意到，当栅和源之间的电压差增大时，实际的反型沟道长度在逐渐减小。也就是说，L 实际上是VDS 的函数。这一效应称为“沟道长度调制”。

定义LLL ，即1L1LLL ，并且假设LL 和VDS 之间的关系是线性的，如LLVDS ，在饱和区，我们得到

1W2nCoxVGSVTH1VDS ，式中 为沟道调制系数。 2LW受沟道长度调制效应影响，gmnCoxVGSVTH1VDS

LID亚阈值导电性 电压限制

放大器

关于大信号和小信号的问题解释：

小信号分析的精髓是非线性电路线性化，在某一直流工作点下，通过求导数的方式，将MOS管等效为线性电路。

大信号分析时非线性的分析方法，直接用MOS管的特征方程去求解电路。 例如：大信号求出

VoutdV ，则out （在某一Vin 下的导数）就是在该工作点下小信号分析VindVin的结果。

大信号是分析管子的直流工作点，小信号是在直流工作点下的交流信号的分析（大信号确定工作点。小信号就是对大信号其中一点进行放大研究）

共源极

小信号模型

VoutVinV1gmV1RD

小信号增益

Av 仿真

VoutWRDnCOXVinVTHgmRD VinL

仿真波形 瞬态仿真 时间长：20u

直流仿真

Vin从0-1.8V，步长为自动

交流仿真

设置Dc=790mV，ac=5mV，

此时通过仿真得到gm=0.7e3 ，gm不只是跟Vgs有关还与Rd有关。

WVGSVTH ，gm 与VGS 有关 LWWVDSnCOXVDDIDRD ，所以gm 与RD 有在线性区ID 不变gmnCOXLL在饱和区gmnCox关。

怎样使共源极的增益达到最大值Av2nCOX增大

VWWVRD ， IDRD=2nCOXLIDLIDW 或增大VRD ，或者减小ID ，都可以提高Av 的幅值。 L较大的尺寸会导致较大的器件电容（影响带宽）；较高的VRD 会限制最大的电压摆幅（影响电压摆幅）。如果VRD 保持常数，同时减小ID ，那么RD 必须增大，这样会导致输出结点的时间常数更大（影响速率）。更大的RD对MOS管的沟道调制效应变得更显著。

源跟随放大器（电压缓冲器）

NMOS源跟随电路设计

小信号增益

AvgmRS

1gmgmbRS小信号模型

VinV1gmV1gmbVbsVoutRs

输出电阻Rout1

gmgmb直流仿真：

输入Vin从0-1.8V

交流仿真：

Vi的dc为770mV，ac为5mV

消除由体效应引起的非线性的方法：将源极和衬底接在一起

只能针对PMOS管有效，因为所有的NMOS管使用同一个衬底。

缺点：由于体效应导致的非线性、由于电平移动导致电压余度的消耗以及差的驱动能力。源跟随器最一般的应用是完成电平转移。

基本差动对

优点：高的电源噪声抑制、更大的输出摆幅。 在差动信号中，中心电位称为“共模电平（CM）”

定性分析： 当Vin1-Vin2从+ 到 变化时。

当Vin1Vin2 时，即Vin1Vin2，NM1管子导通，NM2管子截止，通过NM1的电流等于ISS ，所以Vout1VDDR1ISS ；

随着Vin2 的增大，不断的接近Vin1时，NM2逐渐导通，会抽取一部分ISS 电流，由于ISSINM1INM2 ，所以NM1的电流会减小，Vout1也增大；

当Vin1=Vin2 时，差分对两边对称，NM1管子导通，NM2管子导通，得到

Vout1=Vout2VDDR1ISS2 ；

随着Vin2继续增大，通过NM2的电流高于通过NM1的电流，使得Vout2Vout1 ，当Vin1Vin2 时，即Vin1Vin2，NM2管子导通，NM1管子截止，通过NM2的电流等于ISS ，所以Vout2VDDR2Iss ；

图 VOUT1VOUT2与Vin1Vin2 关系曲线的斜率

差动对的特性：

（1） 输出端的最大电平和最小电平时完全确定的（与输入共模电平无关）

（2） 小信号增益（VOUT1VOUT2与Vin1Vin2 关系曲线的斜率 ），当Vin1=Vin2时达到

最大值，且随着Vin1Vin2的增大而逐渐减小为零。

带隙基准

共源共栅电流镜

为了抑制沟道长度调制效应的影响，可以使用共源共栅电流源

低通滤波器设计

RC低通滤波器

网络函数

Hj其中：

1jC11jRC （1） R1jC1jRC1RC211有频率的量纲。如令0= 代入公式（1）得到 RCRCHj1j0102（2）

幅频特性和相频特性

根据公式（2）

real1102 实部

image0102 虚部

Hjreal2image21102 幅度

=arctan计算dB增益

imagearctan 相位 real02Gain20logHj20log1 dB增益

0Gain20log10当0时，

arctan =00当=0时，

Gain20logarctan1=-4523.01dB

当Gain20log0时，0 arctan=-90