原理第10章MOS模拟集成电路课件.ppt

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1、第10章MOS模拟集成电路1.MOS模拟集成电路基础2.MOS模拟IC子电路3.CMOS集成运算放大器4.CMOS集成运放电路分析与设计11.MOS模拟集成电路基础1.1MOS模拟IC中的元件1、MOS电容铝—薄氧化层—n+扩散区电容多晶硅—氧化层—重掺杂衬底间的电容铝—氧化层—多晶硅电容（寄生电容小）双层多晶硅电容（寄生电容小）2、集成电阻器硼扩电阻——高阻R=100200/可作5050K磷扩电阻——低阻R=25/几十埋层电阻——低值电阻R20/几十几百基区沟道电阻——R=510K/，几十KM可作大电阻，精度较差2外延层体

2、电阻——R=2K/，几十K，可承受高工作电压，温度系数大离子注入电阻——R=500200K/几十K高精度多晶硅电阻——R=十几100/薄膜电阻（Ni-Cr、Cr-Si）——R=几百几K/高精度、可激光修条3、MOSFET与BJT相比，MOS器件主要的缺点在于：参数离散性大，跨导低，失调电压较大。噪声大（热噪声+闪烁噪声或称为1/f噪声）gm，ron热噪声。Si-SiO2界面态影响闪烁噪声，在低频时，1/f噪声显著。如将沟道面积，受界面态影响，闪烁噪声。34、JFET参数一致性差，工艺过程中对夹断电压值的确定难以控制

3、。沟道形成于体内，不受表界面效应影响，速度较快，抗干扰能力强，常用于微小电量取样电路。2.MOS模拟IC子电路复杂的模拟电路系统都是由若干基本单元组成的子电路构造而成。本章主要从模拟IC基本单元分析入手，说明如何根据电路设计要求，选取适当搭配方案，最终实现设计目的。具体内容：通过对电流源，差分放大器、电流镜、源跟随器等子电路单元分别分析讨论结构特性、特点，最后，以模拟运算放大器设计加以应用，从而掌握基本的模拟电路设计方法。4模拟集成运算放大器电路分层说明510Bits105MSPS3VADC原理图6无缓冲二级CMOS运放电路7图各类MOSFET符号与特性比较四端口器件三

4、端口器件8图各类MOSFET符号与特性比较四端口器件三端口器件9图各类MOSFET符号与特性比较四端口器件三端口器件10图各类MOSFET符号与特性比较四端口器件三端口器件112.1电流源与电流沉（CurrentSourceandSink）所谓电流源或电流沉，是指一种在任何时间内，其电流值和加在两端的电压无关的两端元件。通常负端接VSS的称为电流沉（Sink），正端接VDD的则称为电流源（Source）。一般MOS器件做电流源/沉时，工作在饱和区。1、基本的电流源、电流沉（1）电流源图1基本的电流源结构与V-I特性示意12可见，要使电流源正常工作，应使T管工作在饱和区，

5、即：其输出电阻：（1）（2）（3）13（2）电流沉图2基本的电流沉结构与V-I特性示意同理，电流沉正常工作，应使：（4）14输出电阻：（5）2、改进的电流沉/源基本的电流沉/源的优点是结构简单，但性能需加以改善：增加小信号输出电阻确保整个vout范围内电流稳定。减小Vmin值，使其在较宽的vout范围内都能很好工作。（1）接电阻增加输出电阻的技术其中，VGG为固定偏置，vg2=0图3接电阻增加输出电阻的结构与等效电路15而饱和区衬底跨导：（7）线性区：分析小信号模型等效电路，由（6）、（7）得：（8）可见，最终输出电阻增大为r的gm2rds2倍。16（2）实际电

6、路在实际的集成电路设计中，电阻r是由有源电阻实现的，如图4所示。（a）电路图（b）等效电路图4共栅共源电流沉结构17由电路结构可以看出这是一种共栅共源电流沉，分析其等效电路可得其输出电阻为：（9）2.2电流镜和电流放大器(CurrentMirror&CurrentAmplifier)1、基本的电流镜（恒流源）由图5可见：图5基本的电流镜电路18（10）若T1、T2的工艺参数相同，且vDS1=vDS2，则（11）19其输出电阻：（12）由式（11）可见：电流镜。可根据需要，对Ir放大，实现电流放大。且由于正常工作时，T1、T2均处于饱和区恒流。20但有三个因素

7、使实际的电流镜不符合理想情况：沟道长度调制效应较显著时，不能忽略（vDS1vDS2）由沟道区掺杂的不均匀性和栅氧层的不平整性等引起的两管之间VT偏差。由光刻及套刻精度的影响使几何尺寸不能完全匹配。2、威尔逊电流镜——WilsonCurrentMirror图6威尔逊电流镜——威尔逊电流镜是一种改进型电流镜，通过电流负反馈提高输出电阻。由图6可见：21vGS3i0并趋于原稳定值，即i0受vout影响减弱，输出电阻提高，分析等效电路得输出电阻：（13）在近似处理时，应注意此电流镜正常工作时，各管均处于饱和区，gds远小于g