国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理第八章第八章 模拟集成电路中模拟集成电路中 常用单元电路常用单元电路 9/20/20241国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8-1 恒流源电路恒流源电路 恒流源电路的基本工作原理是基于一定的恒流源电路的基本工作原理是基于一定的参考电流，提供一个与参考电流成一定比例关参考电流，提供一个与参考电流成一定比例关系的恒定电流。系的恒定电流。 恒流源电路是模拟集成电路中非常重要、恒流源电路是模拟集成电路中非常重要、广泛应用的单元电路之一。由于它能提供恒定广泛应用的单元电路之一。由于它能提供恒定的工作电流和很高的动态电阻，的工作电流和很高的动态电阻，常常用于提供常常用于提供稳定的偏置电流和做放大器的负载电阻，稳定的偏置电流和做放大器的负载电阻，以便以便获得稳定的电路性能和大的增益。获得稳定的电路性能和大的增益。9/20/20242国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1. 恒流源单元电路有哪些种类恒流源单元电路有哪些种类？各自的特？各自的特点有哪些？点有哪些？2. 恒流源作为有源负载有哪些特点？恒流源作为有源负载有哪些特点？3. 设计恒流源时应注意哪些问题？设计恒流源时应注意哪些问题？ 9/20/20243国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 1. 基本型电流镜恒流源基本型电流镜恒流源设设T1和和T2完全相同完全相同 则：则： Ib1/Ib2 = Ic1 / Ic2 因此：因此：Ir=Ic1+Ib1+Ib2 =Io+ 2Ib2 = Io ( +2)/ VRrIrIoT1T2Ib1Ib2因为：因为： 1所以：所以：Ir IoIr= (V-VBE)/Rr9/20/20244国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 1. 基本型电流镜恒流源基本型电流镜恒流源 该电路具有温度补偿作用：该电路具有温度补偿作用： 温度温度 Io Io Ic1 Ir VR (IrRr) Vb IbVRrIrIoT1T2Ib1Ib29/20/20245国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 2. 面积比面积比恒流源恒流源设设T1和和T2发射结面积为发射结面积为AE1和和AE2 则：则： Ib1/Ib2 = Ic1 / Io = AE1/AE2 而：而： Ir= Ic1+ Ib1+Ib2 则则:Ir =Io ( AE1/AE2+AE1/AE2+1)/ 因为：因为： 1， AE1/AE2值较小值较小所以：所以：Ir IoAE1/AE2即：即： Io / Ir = AE2/AE1VRrIrIoT1T2Ib1Ib29/20/20246国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 3. 小电流小电流恒流源恒流源(Widlar电流源电流源)Ib1Ib2VRrIrIoT1T2R2 VBE1 = IE2R2 + VBE2 则：则： IE2R2 = VBE1 VBE2 = VTln(IE1/IE2)因此近似有：因此近似有： Io= (VT /R2 ) ln (Ir/Io) 根据已知的根据已知的Ir 和需要的和需要的Io ，就可以求出要设计的就可以求出要设计的R2。其中：其中： VT =KT/q (热电压热电压) 9/20/20247国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 4. 多支路多支路恒流源恒流源VRrIrIo1T1T2Io2T3IoNTN+1设晶体管均相同，则：设晶体管均相同，则： Ir = Ic1+(1+N)Ib = Io + (1+N)Io/ 即：即：Io / Ir = / + (1+N) 可见，支路数增加，可见，支路数增加，会使会使Io 与与 Ir的差值增大。的差值增大。 9/20/20248国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 5. 带有缓冲级的带有缓冲级的恒流源恒流源VRrIrIoT1T2VT0设晶体管均相同，则：设晶体管均相同，则： Ir = Ic1+Ib0 = Io + IE0/( +1)而：而： IE0 = Ib1+Ib2 =2Ib2 =2Io/ 可见，可见，Io 与与 Ir的差值明显减小。的差值明显减小。 则：则：Ir = Io+2Io / ( +1) = Io 1+ 2/ ( +1)9/20/20249国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 5. 带有缓冲级的带有缓冲级的恒流源恒流源VRrIrIo1T1T2Io2T3IoNTN+1VT0设晶体管均相同，则：设晶体管均相同，则： Ir = Ic1+Ib0 = Io + IE0/( +1)而：而： IE0 =(1+N)Io/ 可见，可见，Io 与与 Ir的的差值明显减小。差值明显减小。 则：则：IoIr = 2+ 2+ +N+19/20/202410国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 6. 具有补偿作用的具有补偿作用的恒流源恒流源(Wilson电流源电流源)VRrIrIoT1T2T3IbIb2IbIb3Ie3Ic1Ic29/20/202411国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 6. 具有补偿作用的具有补偿作用的恒流源恒流源(Wilson电流源电流源)VRrIrIoT1T2T3IbIb2IbIb3Ie3Ic1Ic2IoIr = 2+ 2 2+2 +2 这种电流源不仅使这种电流源不仅使Io 与与 Ir的差的差值非常小，而且还具有负反馈补值非常小，而且还具有负反馈补偿特性，更有利于工作点的稳定。偿特性，更有利于工作点的稳定。补偿过程补偿过程: 当由于某种原因使当由于某种原因使Io增增大，则大，则Ie3 Ic2 Ic1 。而。而Ir= Ic1+Ib3不变，则不变，则Ic1 Ib3 Io 。9/20/202412国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.1 npn恒流源电路恒流源电路 7. 版图举例版图举例IrIoGNDGNDIrIoGNDIrIoIrIo9/20/202413国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.2 pnp恒流源电路恒流源电路 1. 概述概述 在双极型模拟集成电路中，经常是在双极型模拟集成电路中，经常是npn管管和和pnp管互补应用，因此管互补应用，因此pnp恒流源同样得到恒流源同样得到广泛的应用。广泛的应用。 pnp恒流源电路形式与恒流源电路形式与npn恒流源相同，恒流源相同，只是改变电源的接法和电流方向。只是改变电源的接法和电流方向。 值得注意的是值得注意的是PNP恒流源一般是由横向恒流源一般是由横向PNP管组成，而横向管组成，而横向PNP管的增益（管的增益（ ）远远）远远小于小于NPN管的增益（管的增益（ ） ，因此，因此，PNP恒流恒流源中源中Io 与与 Ir的近似程度较大。的近似程度较大。9/20/202414国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理IrIo1T1T2RrT3VDDIrIo1T1T2RrIo2T3VDDIrIo1T1T2RrVDDIrIo1T1T2RrIo2T3VDDVDDVDD8.1.2 pnp恒流源电路恒流源电路 2. 单元电路图举例单元电路图举例9/20/202415国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.2 pnp恒流源电路恒流源电路 2. 单元电路图举例单元电路图举例IrIo1T1T2RrVDD9/20/202416国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.2 pnp恒流源电路恒流源电路 2. 单元电路图举例单元电路图举例IrIo1T1T2RrT3VDD9/20/202417国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.2 pnp恒流源电路恒流源电路 3. 单元版图举例单元版图举例9/20/202418国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 1. 电流漏和电流源电流漏和电流源9/20/202419国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 1. 电流漏和电流源电流漏和电流源 上述电流源上述电流源/漏需要在两方面加以改进，一漏需要在两方面加以改进，一是增加小信号输出电阻，二是减小是增加小信号输出电阻，二是减小VMIN的值。的值。 有图可见，有图可见，MOS只有工作在饱和区时才是只有工作在饱和区时才是一个较好的电流漏。即一个较好的电流漏。即vOUTVGG+VTN。9/20/202420国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 1. 电流漏和电流源电流漏和电流源9/20/202421国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 1. 电流漏和电流源电流漏和电流源9/20/202422国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 1. 电流漏和电流源电流漏和电流源9/20/202423国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 1. 电流漏和电流源电流漏和电流源9/20/202424国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 2. 基本电流镜恒流源基本电流镜恒流源M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc 只要使只要使MOS管都工作在饱管都工作在饱和区和区(忽略沟道长度调制），忽略沟道长度调制），由：由： nCox2IDS=WL(VGS-VT)2Ir:Io1:Io2 = : :WL)1(WL)2(WL)3(得：得： Ir一定，一定，Io与输出端电压无关。与输出端电压无关。如沟道长度取一定值，则取如沟道长度取一定值，则取决于沟道宽度之比。决于沟道宽度之比。9/20/202425国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 2. 基本电流镜恒流源（续基本电流镜恒流源（续1）M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc 若考虑沟道调制效应，若考虑沟道调制效应，MOS管工作在饱和区电流公式为：管工作在饱和区电流公式为： nCox2IDS=WL(VGS-VT)2(1+ VDS)其中沟道调制系数：其中沟道调制系数： =L1 因此，输出电压对输出电因此，输出电压对输出电流产生一定的影响。为减小这流产生一定的影响。为减小这一影响，沟道长度应选大一些。一影响，沟道长度应选大一些。9/20/202426国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 2. 基本电流镜恒流源（续基本电流镜恒流源（续2） 因此，沟道长度选大一因此，沟道长度选大一些，还有利于提高输出电阻些，还有利于提高输出电阻 。另外，小电流工作时输出。另外，小电流工作时输出阻抗更高。阻抗更高。M1M2IrIo1Io2M3M1M2IrIo1Io2M3Vcc 电流源输出电阻电流源输出电阻(MOS管管饱和导通电阻饱和导通电阻)：rds= = IDS1IDSL9/20/202427国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 3.级联结构的恒流源级联结构的恒流源M1M2IrIoM4M3M1M2IrIoM4M3VCC nCox2IDS1=WL(VGS-VT)2(1+ VDS1)( )1 nCox2IDS2=WL(VGS-VT)2(1+ VDS2)( )2IDS1IDS2=IrI0=WL( )1WL( )2(1+ VDS1)(1+ VDS2)需保证需保证 VGS3= VGS49/20/202428国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 3.级联结构的恒流源级联结构的恒流源M1M2IrIoM4M3M1M2IrIoM4M3VCC 由于由于M4屏蔽了输屏蔽了输出电压的变化对出电压的变化对M2的的作用，使输出电流不作用，使输出电流不受输出电压的影响，受输出电压的影响，减小了沟道长度调制减小了沟道长度调制的影响，同时也大幅的影响，同时也大幅度提高了输出阻抗。度提高了输出阻抗。 其缺点是为了使其缺点是为了使晶体管都工作在饱和晶体管都工作在饱和区，输出电压变化范区，输出电压变化范围减小了。围减小了。9/20/202429国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 4. Wilson(威尔逊）恒流源威尔逊）恒流源M1M2IrIoM3M1M2IrIoM3Vcc 该电流源的输出阻抗该电流源的输出阻抗较高较高(与级联结构相似与级联结构相似)。 该电流源具有负反馈该电流源具有负反馈作用，使作用，使Io 的变化能得到的变化能得到补偿，提高了输出电流的补偿，提高了输出电流的稳定性。稳定性。 增加增加M3的的W/L可以增可以增强对输出电流变化的调节强对输出电流变化的调节能力。能力。9/20/202430国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.3 MOS型型恒流源电路恒流源电路 4. Wilson(威尔逊）恒流源威尔逊）恒流源M1M2IrIoM3 Io Io I2 I1 Vds1 Vgs3Ir恒定恒定9/20/202431国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.4 恒流源作有源负载恒流源作有源负载 1. 双极型电路举例双极型电路举例放大放大器件器件RrIrIoT1T2R2T3VccViVo放大放大器件器件IrT1T2RrT2ViVccIoVo9/20/202432国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.1.4 恒流源作有源负载恒流源作有源负载 2. CMOS电路举例电路举例M1M2IrIo1VccViVoM3M4M1M2IrIo1VccViVoRr放大放大器件器件放大放大器件器件9/20/202433国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8-2 单级放大器单级放大器 9/20/202434国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.1共发射极共发射极 1. 基础知识回顾基础知识回顾BCECbCrogmV1EBr+_V19/20/202435国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.1共发射极共发射极 1. 基础知识回顾基础知识回顾BCECrogmV1EBr+_V1rexrbCCCCSrrc=5020k 5 300 2.5k 0.4pF5.4fF20M 10fF9/20/202436国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.1共发射极共发射极 2. 共发射极放大器共发射极放大器TViVccVoIbIcRcCro RcgmV1Br+_V1ioii+_vivo+_9/20/202437国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.1共发射极共发射极 3. 射极跟随器射极跟随器TViVccVoIiIoRLCro RLgmV1=iiBr+_V1ii+_vivo_+9/20/202438国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.1共发射极共发射极 3. 射极跟随器射极跟随器9/20/202439国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 1. 采用电阻负载的共源级采用电阻负载的共源级M1VccVinVoutRD 进一步增大进一步增大Vin，Vout下降更多，管子下降更多，管子继续工作在饱和区，直到继续工作在饱和区，直到Vin= Vout+VTH，这时这时 减小。如果减小。如果Vcc不是很小，不是很小， M1饱和饱和导通，可以得到导通，可以得到 如果输入电压从零开始增大，如果输入电压从零开始增大，M1截止，截止，Vout=VCC，当，当Vin接近接近VTH时，时，M1开始导通，电流流经开始导通，电流流经RD，使，使Vout9/20/202440国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 由上式可以计算出由上式可以计算出Vin1，当，当Vin Vin1时，时， M1工作在工作在线性区：线性区：M1VccVinVoutRD 因为在线性区跨导会下降，通常确保因为在线性区跨导会下降，通常确保管子工作在管子工作在饱和区饱和区，即，即Vout Vin VTH。定义小信号增益定义小信号增益跨导跨导9/20/202441国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理Vout 8.2.2共源级共源级 2. 采用二极管联接的负载的共源级采用二极管联接的负载的共源级M1VccVinM29/20/202442国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理Vout 8.2.2共源级共源级 2. 采用二极管联接的负载的共源级采用二极管联接的负载的共源级M1VccVinM2方法一方法一9/20/202443国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理Vout 8.2.2共源级共源级 M1VccVinM2gm1VinVinVoutrds1rds2gm2Vgs2+_gm1VinVinVoutrds1rds2gm2Vout+_方法二方法二9/20/202444国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 9/20/202445国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 3.采用电流源负载的共源级采用电流源负载的共源级M1VccVinM2VbVoutgm1VinVinVoutrds1rds2gm2Vgs2+_简化简化Vout=- gm1Vin(rds1/rds2)gm1VinVinVoutrds1rds2+_9/20/202446国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 4.推挽结构推挽结构M1VccVinM2Voutgm1VinVinVoutrds1rds2 gm2Vin+_Vout=- (gm1+ gm2)Vin(rds1/rds2)gm1VinVinVoutrds1rds2+_gm2Vin简化简化9/20/202447国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 5.源跟随器源跟随器 简化简化M1VccVinVoutRSgm1VgsVinVoutroRsgmbVbs+_GgmVgsVinVoutrorsgmbVbs+_+_9/20/202448国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 5.源跟随器源跟随器 简化简化M1VccVinVoutRSgm1VgsVinVoutroRsgmbVbs+_GgmVgsVinVoutrorsgmbVbs+_+_ro Rs ，忽略衬底效应9/20/202449国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 5.带源极负反馈的共源极带源极负反馈的共源极 M1VDDVinVoutRSRD方法一方法一如果RS1/gm，则 ，也就是 ，这表明Vin的大部分变化落在RS上，漏电流是输入电压的线性函数。这种线性化的获得是以牺牲增益和高的噪声为代价的。9/20/202450国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 8.2.2共源级共源级 5.带源极负反馈的共源极带源极负反馈的共源极 M1VDDVinVoutRSRD方法二方法二gm1VgsVinVoutroRs+_9/20/202451国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8-3 基准电压源电路基准电压源电路 基准电压源是利用二极管的正向压降、齐基准电压源是利用二极管的正向压降、齐纳二极管的击穿电压和热电压具有一定的固纳二极管的击穿电压和热电压具有一定的固定值的特性，以及它们具有正的或负的温度定值的特性，以及它们具有正的或负的温度系数可以相互补偿的特点来设计的。一般采系数可以相互补偿的特点来设计的。一般采用恒流源作偏置电流进一步稳定工作点。用恒流源作偏置电流进一步稳定工作点。 基准电压源电路是模拟集成电路中非常重基准电压源电路是模拟集成电路中非常重要、广泛应用的单元电路之一。其作用是提要、广泛应用的单元电路之一。其作用是提供稳定的偏置电压或作基准电压。一般要求供稳定的偏置电压或作基准电压。一般要求这些电压源的直流输出电平较稳定、内阻小、这些电压源的直流输出电平较稳定、内阻小、对电源电压和温度不敏感。对电源电压和温度不敏感。9/20/202452国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1. 基准电压源的作用是什么基准电压源的作用是什么？2. 基准电压源有哪些类型？各自的特点是基准电压源有哪些类型？各自的特点是什么？什么？9/20/202453国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.1 正向二极管基准源正向二极管基准源 1. 基本原理及特点基本原理及特点ViVrefN个个RVref = NVF 一般用一般用NPN管管BC短接的短接的BE结二极管。结二极管。 温度系数（温度系数（负温度系数负温度系数）和内阻）和内阻Rr都很大，与串联个数成正比。都很大，与串联个数成正比。 输入电压的变化将引起输出电压的输入电压的变化将引起输出电压的变化：变化： Vref = ViRr /(R+Rr)可采用恒流源供电，稳定输出。可采用恒流源供电，稳定输出。 9/20/202454国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.1 正向二极管基准源正向二极管基准源 2. 电路及版图电路及版图VrefGNDVDDViVrefViVref9/20/202455国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.2 齐纳二极管基准源齐纳二极管基准源 1. 基本原理及特点基本原理及特点 一般用一般用NPN管管BC短接的短接的BE结反结反向二极管。向二极管。 正温度系数正温度系数和和内阻内阻Rr都很大。都很大。 BE结面击穿有先有后，随着电流增结面击穿有先有后，随着电流增加击穿电压也增加。加击穿电压也增加。 输入电压的变化将引起输出电输入电压的变化将引起输出电压的变化压的变化: Vref = ViRr /(R+Rr)可采用恒流源供电稳定输出。可采用恒流源供电稳定输出。可采用隐埋齐纳二极管。可采用隐埋齐纳二极管。Vref = VRViVrefRVR9/20/202456国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.2 齐纳二极管基准源齐纳二极管基准源 2.电路及版图电路及版图ViVrefViVrefGNDVrefVDD9/20/202457国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.3具有温度补偿基准源具有温度补偿基准源 1.基本原理及特点基本原理及特点 一般用一般用NPN管管BC短接的短接的BE结结二极管（一正一反）。二极管（一正一反）。 温度系数接近于零。内阻温度系数接近于零。内阻Rr较大。较大。 Vref = ViRr /(R+Rr) 输入电压的变化将引起输出电压输入电压的变化将引起输出电压的变化。的变化。可采用恒流源供电稳定输出。可采用恒流源供电稳定输出。Vref =VF+VRViVrefRVFVR9/20/202458国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.3具有温度补偿基准源具有温度补偿基准源 2.电路及版图电路及版图ViVrefViVrefGNDVrefVDD9/20/202459国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准 1.负温度系数负温度系数 研究表明，双极晶体管的基极研究表明，双极晶体管的基极-发射极电发射极电压，或者更一般的说，压，或者更一般的说，pn结二极管的正向电压，结二极管的正向电压，具有负温度系数。具有负温度系数。 2.正温度系数正温度系数 如果两个双极晶体管工作在不相等的电流如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，则它们的基极密度下，则它们的基极-发射极电压的差值与绝发射极电压的差值与绝9/20/202460国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准对温度成正比。如图所示，如果两个相同的晶对温度成正比。如图所示，如果两个相同的晶体管体管(IS1=IS2)偏置在集电极电流分别为偏置在集电极电流分别为nI0和和I0，(忽略基极电流忽略基极电流)则则nI0I0Q1Q2VDD+ -因为因为所以所以 正温度系数正温度系数9/20/202461国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准 3.带系基准带系基准 如果令如果令 VREF=a1VBE+ a2VBE= a1VBE+ a2(VTlnn) 已知室温下室温下 取取a1=1， 令令得得VREF VBE+17.2VT1.25V9/20/202462国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准 假设我们用某种方法强制假设我们用某种方法强制VO1= VO2。 那么，那么，VBE1=RI+VBE2 即，即， IR = VBE1 -VBE2 现在来实现这个电压。现在来实现这个电压。IIQ1VDDQ2AnARVO1VO2 晶体管晶体管Q2是有是有n个并列的单元组成，而个并列的单元组成，而Q1是一个晶体管单元。是一个晶体管单元。9/20/202463国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准 所以，所以， VO2 = VBE2+VTlnn，这意味着如果这意味着如果lnn17.2， VO2就可以作为与温度无关的就可以作为与温度无关的基准。基准。 IIQ1VDDQ2AnARVO1VO29/20/202464国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准 上面的电路有两个问题：上面的电路有两个问题： 放大器放大器A1 驱动驱动R1和和R2(R1=R2)上端，使上端，使X和和Y点稳定在近似相点稳定在近似相等的电压上。等的电压上。 下图可以解决上述问题。下图可以解决上述问题。Q1Q2AnAR3XYR2R1- -+ +Vout_A1 2、lnn=17.2，n的值会相当大。的值会相当大。30000000! 1、我们需要保证、我们需要保证VO1= VO2；9/20/202465国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.4带隙基准带隙基准由前面的分析得由前面的分析得 VBE1 -VBE2=VTlnn，于是右边，于是右边支路的电流为支路的电流为VTlnn/ /R3，因此输出电压为，因此输出电压为 为了得到零温度系数，为了得到零温度系数，必须使必须使(1+ R2/R3)lnn 17.2。如果选择。如果选择n=31，则则R2/R3=4。Q1Q2AnAR3XYR2R1- -+ +Vout_A19/20/202466国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.5 MOS型能隙基准源型能隙基准源 面对当今低电压大规模集成的需要，面对当今低电压大规模集成的需要，低电压低功耗带隙基准源是目前研究的低电压低功耗带隙基准源是目前研究的一个主要发展方向。一个主要发展方向。 目前在目前在N阱阱CMOS工艺下设计工艺下设计CMOS型带隙基准源多数都要利用型带隙基准源多数都要利用“寄生寄生PNP管管”和和MOS管的次开启特性。实质上仍管的次开启特性。实质上仍是利用是利用VBE和和VT的温度特性。的温度特性。9/20/202467国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.5 MOS型基准源型基准源电路及原理电路及原理M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I4MOS管工作于次开启时：管工作于次开启时：IDS ( )ID0 eVGB/mVT e-VSB/VTWL其中其中VGB, VSB, VDB分别分别为栅极、源极和漏极对为栅极、源极和漏极对衬底的电位；衬底的电位；m是和衬是和衬偏调制系数有关的系数；偏调制系数有关的系数；IDO称为特征电流。称为特征电流。 设设M1、M2工作于次工作于次开启，令开启，令 =W/L，则有：，则有：9/20/202468国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.5 MOS型基准源型基准源电路及原理电路及原理M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I4MOS管工作于次开启时：管工作于次开启时：IDS ( )ID0 eVGB/mVT e-VSB/VTWL 1 2e(VSB2- VSB1)/ VT= 1 2eVR1/VT = 3 4Io = ( 5 / 4) ( VR1 /R1 )VR1=VTln 3 2 4 1I1I2=VGB2=VGB1, VSB1=0, VGB4=VGB3, VSB4= VSB3= 0, 9/20/202469国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.3.5 MOS型基准源型基准源电路及原理电路及原理（续（续1）Io = ln 5 VT 4 R1 3 2 4 1Vref = VBE + IoR2 由由于于VT具具有有正正的的温温度度系系数数， VBE具具有有负负的的温温度度系系数数。因因而而，只只要要适适当当调调整整各各MOS管管的的W/L值值及及电电阻阻值值，即即可可得得到到零零温温度度系系数数的的参参考考电电压压，且且 其其 值值 恰恰 为为 带带 隙隙 电电 压压 。M1M2IoM3VCCVrefR1R2M4M5VR1I3I1I2I49/20/202470国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8-4 差分放大器差分放大器 差分放大器又称为差动放大器，差分放大器又称为差动放大器，是模拟集成电路中的最常用的单元电是模拟集成电路中的最常用的单元电路之一。路之一。9/20/202471国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1. 差分放大器的优点是什么差分放大器的优点是什么？2.改进差分放大器特性的措施有哪些？改进差分放大器特性的措施有哪些？9/20/202472国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理差动工作方式的优点：差动工作方式的优点：1 抑制噪声；抑制噪声；2 增大输出电压的摆幅。增大输出电压的摆幅。VCC-(VGS-VTH)2VCC-(VGS-VTH)M1VccVinVXRDM1V1VXRDM1VccV2VYRD差模输入电压差模输入电压Vd=V1-V2共模输入电压共模输入电压Vc=(V1+V2)/29/20/202473国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 1.小信号特性小信号特性VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RERC1RC2 od id+rberbe+_iB iB iB（1）输入差模信号）输入差模信号9/20/202474国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 1.小信号特性小信号特性Ri1d = rbb+(1+ ) re re Rid 2 re Ro1d = Rc/rce Rc Rod 2RcKv1d = = =- = - o1d id o1d2 i1d Ro1d2Ri1dRc2reKvd = = = - od id2 o1d2 i1dRcre 差模放大倍数差模放大倍数（1）输入差模信号）输入差模信号RC1RC2 od id+rberbe+_iB iB iB9/20/202475国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 1.小信号特性小信号特性Ri1c=rbb+(1+ )(re+2RE) (1+ )(re+2RE) Ric (1+ )(re+2RE)/2Ro1c=Rc/rce Rc Roc 2Rc o1c o1cKv1c = = - ic i1c Rc(1+ )(re+2RE)Kvc = = 0 oc icVccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE（2）输入共模信号）输入共模信号 ic+_共模放大倍数共模放大倍数9/20/202476国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 b)零输入时输出零输入时输出不为零，用失调表示。不为零，用失调表示。VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE 实际上的差分放实际上的差分放大器不可能完全对称，大器不可能完全对称，具体表现为：具体表现为： a)共模输入电压共模输入电压增益不为零，用共模增益不为零，用共模抑制比表示；抑制比表示；9/20/202477国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （1）共模抑制比）共模抑制比 差模信号电压增益与共模差模信号电压增益与共模信号电压增益之比定义为共模信号电压增益之比定义为共模抑制比，记为：抑制比，记为：KCMRR=KvdKvc或：或：KCMRR=20lgKvdKvc(dB)VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202478国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （1）共模抑制比（续）共模抑制比（续）Kc -2RERc 22RERc Rc + re不对称时：不对称时：Kc = Kvc2-Kvc1 因此有：因此有：KCMRR=2REre 22RERc Rc + re-1当电路完全对称时：当电路完全对称时：KCMRR VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202479国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （2）失调电压及其温漂失调电压及其温漂 当差分放大器的输入信号为当差分放大器的输入信号为零时，由于电路的不对称，输出零时，由于电路的不对称，输出电压并不为零。要使输出电压为电压并不为零。要使输出电压为零，在输入端所必须加的一个补零，在输入端所必须加的一个补偿电压（内阻偿电压（内阻Rs=0）称为输入失）称为输入失调电压，记为调电压，记为VOS。也就是为保。也就是为保持输出电压为零，持输出电压为零，T1、T2管基射管基射极偏置电压应有的差值。极偏置电压应有的差值。VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202480国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （2）失调电压及其温漂失调电压及其温漂（续）（续） 若忽略输入回路中基区、若忽略输入回路中基区、发射区的欧姆电阻，发射区的欧姆电阻，VOS可表可表示为：示为： VOS = (VBE1-VBE2)|Vod=0VOS VT + + 2 RCRC IESIESVccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202481国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （2）失调电压及其温漂失调电压及其温漂（续）（续） VOS T 固定的失调电压可以设法固定的失调电压可以设法用调零装置预先调零。然而，用调零装置预先调零。然而，当温度变化时，失调也随之当温度变化时，失调也随之变化，通常难以追随。单位变化，通常难以追随。单位温度变化所引起的输入失调温度变化所引起的输入失调电压的变化称为输入失调电电压的变化称为输入失调电压温漂，记为：压温漂，记为：VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202482国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （2）失调电压及其温漂失调电压及其温漂（续）（续）衬底温度均匀时有：衬底温度均匀时有： VOS TVOST 如果衬底温度不均匀，如果衬底温度不均匀，环境温度变化时，电路两边环境温度变化时，电路两边的温度变化也不一致，将引的温度变化也不一致，将引进附加的温漂，影响较大。进附加的温漂，影响较大。VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202483国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （3）失调电流及其温漂失调电流及其温漂 当差分放大器的输入信号为当差分放大器的输入信号为零时，由于电路的不对称，输出零时，由于电路的不对称，输出电压并不为零。要使输出电压为电压并不为零。要使输出电压为零，在输入端所必须加的一个补零，在输入端所必须加的一个补偿电流（内阻偿电流（内阻Rs= ）称为输入）称为输入失调电流，记为失调电流，记为IOS。也就是为保。也就是为保持输出电压为零，持输出电压为零，T1、T2管基极管基极偏置电流应有的差值。偏置电流应有的差值。VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202484国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （3）失调电流及其温漂失调电流及其温漂（续）（续）IOS可表示为：可表示为： IOS = (IB1-IB2)|Vod=0IOS IiB + RCRC 其中其中IiB将为输入偏置电流，将为输入偏置电流，通常取两输入端电流的平均值。通常取两输入端电流的平均值。VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202485国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 2.不对称性不对称性 （3）失调电流及其温漂失调电流及其温漂（续）（续） IOS T 单位温度变化所引起的输入单位温度变化所引起的输入失调电流的变化称为输入失调电失调电流的变化称为输入失调电压温漂，记为：压温漂，记为： 为了直观起见，忽略电阻为了直观起见，忽略电阻的不对称性，即的不对称性，即 RC = 0，则：则：IOS IOS T= - TVccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2RE9/20/202486国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 3.电路改善措施电路改善措施a)用恒流源代替射极耦用恒流源代替射极耦合电阻合电阻RE 既增大了等效电阻，既增大了等效电阻，改善了共模抑制比，又改善了共模抑制比，又稳定了工作电流。稳定了工作电流。 (单纯增加阻值，单纯增加阻值，将影响工作电流将影响工作电流)。VccRC1T2T1RC2 o1 o2 i1 i2T4IrIeT39/20/202487国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 3.电路改善措施电路改善措施 有较高的动态输出有较高的动态输出阻抗，提高增益和共模阻抗，提高增益和共模抑制比；而又具有较低抑制比；而又具有较低的直流电阻，不需要提的直流电阻，不需要提高工作电压即可维持正高工作电压即可维持正常工作电流。常工作电流。T2T1 o2 i1 i2T3T4VCCIeT5T6IrT4 o1 b)采用有源负载代替集采用有源负载代替集电极负载电阻电极负载电阻RC 9/20/202488国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 3.电路改善措施电路改善措施 c)改善差分输入改善差分输入管特性管特性 采用高增益采用高增益晶体管、达林顿晶体管、达林顿管、互补复合管、管、互补复合管、MOS管等，提高管等，提高增益，提高输入增益，提高输入阻抗。阻抗。 T2T1 o2 i1 i2T3T4VCCIeT5T6IrT4 o19/20/202489国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.1 双极型差分放大器双极型差分放大器 4.单端化结构单端化结构T2T1 o i1 i2T3T4VCCT5IeT6Ir I3 I2 I1 Io当输入差模信号时当输入差模信号时： I1= - I2 T3 、T4组成镜像电组成镜像电流源，使：流源，使： I3= I1因此：因此： Io= I3 - I2 = I1 - I2= - 2 I2 当输入共模信号时当输入共模信号时，同理可得同理可得 Io=0。 可见，与双端输出信号相同可见，与双端输出信号相同。9/20/202490国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.2 MOS型差分放大器型差分放大器 1. E/E NMOS结构结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M79/20/202491国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.2 MOS型差分放大器型差分放大器 2. E/D NMOS结构结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M79/20/202492国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.2 MOS型差分放大器型差分放大器 3. NMOS管作为输入管电阻为负载结构管作为输入管电阻为负载结构VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1IssRD2XY9/20/202493国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.2 MOS型差分放大器型差分放大器 4. NMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M79/20/202494国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.2 MOS型差分放大器型差分放大器 5. NMOS管作为输入管电流镜为负载管作为输入管电流镜为负载VccVi1Vi2VoM1M2M3M4M5IsM6M79/20/202495国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.2 MOS型差分放大器型差分放大器 6. PMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载VccVi1Vi2Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7Vo19/20/202496国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 1. NMOS管为输入电阻为负载管为输入电阻为负载VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1IssRD2XY VX/Vi1=-gmRD1, VY/(-Vi1)=-gmRD1,其中其中Vi1和和(-Vi1)表示每边表示每边的电压的电压变化变化。 因此，因此，(VX-VY)/2Vi1=gmRDP A 增益分析增益分析+Vi1VccVo1Vo2M1M2RD1RD2XY-Vi1 由于由于P点的电位不变，点的电位不变，P点可点可以认为是以认为是“交流地交流地”，从而整个，从而整个电路可以分成两个独立的部分，电路可以分成两个独立的部分，即所谓的即所谓的“半边电路概念半边电路概念”。9/20/202497国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 1. NMOS管为输入电阻为负载管为输入电阻为负载VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1IssRD2XY 由于为电流源的存在，不论输由于为电流源的存在，不论输入共模电平入共模电平Vin，CM如何变化，流过如何变化，流过每个支路的电流都为每个支路的电流都为ISS的一半，因的一半，因此此X,Y点的电压不变，也就是电路点的电压不变，也就是电路不会对共模电平不会对共模电平Vin，CM放大。放大。PVin,CM B 共摸响应共摸响应 VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1RD2XYVbP 但在实际电路中理想电流源但在实际电路中理想电流源ISS一般由实际的一般由实际的MOS管代替。因管代替。因而而P点的电压会变化。点的电压会变化。9/20/202498国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 1. NMOS管为输入电阻为负载管为输入电阻为负载 将将MOS管的电阻等效为管的电阻等效为RSS，当当Vin，CM改变时，改变时，VP也变化，因此也变化，因此，使，使M1和和M2的漏极电流同相变化，的漏极电流同相变化，VX和和VY随之反相变化，但由于电随之反相变化，但由于电路的对称性，路的对称性， VX和和VY仍相等，因仍相等，因此，这两个点可以短路在一起。此，这两个点可以短路在一起。 B 共摸响应共摸响应 VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1RD2XYPRSSVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1RD2XYVbP9/20/202499国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 1. NMOS管为输入电阻为负载管为输入电阻为负载 B 共摸响应共摸响应 VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2RD1RD2XYPRSS由于由于M1和和M2”并联并联”，可以简化为，可以简化为VccVin,CMVoM1+ M2RD/2YRSS M1+M2的宽为单个管子的的宽为单个管子的2倍，倍，偏置电流也增加两倍，其跨导同样偏置电流也增加两倍，其跨导同样增加为单管的两倍。增加为单管的两倍。9/20/2024100国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 2. NMOS管作为输入管电流镜为负载管作为输入管电流镜为负载VccVi1Vi2VoM1M2M3M4M5IsM6M79/20/2024101国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 我们来计算增益我们来计算增益|Av|，将其写成将其写成|Av|=GmRout。 P点虚地，点虚地，ID1=|ID3| =|ID4|=gm1,2Vi/2, ID2=- gm1,2Vi/2，得到，得到Iout=- gm1,2Vi，从而，从而，|Gm|= gm1,2 该电路的小信号模型该电路的小信号模型见下图。见下图。VccVi1Vi2VoM1M2M3M4IssPIoutM5Vb8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 2. NMOS管作为输入管电流镜为负载管作为输入管电流镜为负载9/20/2024102国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 2. NMOS管作为输入管电流镜为负载管作为输入管电流镜为负载9/20/2024103国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 3. NMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M79/20/2024104国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 3. NMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7+Vi1VccVo1Vo2M1M2M3M4XY-Vi1VbPVb 暂时不考虑左边的电路。暂时不考虑左边的电路。由于由于P点的电位不变，点的电位不变，P点可以点可以认为是认为是“交流地交流地”，从而整个，从而整个电路可以分成两个独立的部分，电路可以分成两个独立的部分，即所谓的即所谓的“半边电路概念半边电路概念”。9/20/2024105国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 3. NMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载 交流小信号交流小信号Vb接地，故接地，故Vgs3=0。+Vi1VccVo1Vo2M1M2M3M4XY-Vi1Vbgm1Vi1Vi1Vo1rds1rds3gm3Vgs3+_单边小信号单边小信号等效电路等效电路rds3gm1Vi1Vi1Vo1rds1+_ 于是于是Av=gm1(rds1/rds3)9/20/2024106国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 3. NMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载VccVi1Vi2Vo1Vo2M1M2M3M4M5IsM6M7共共模模反反馈馈P 由于由于M3, M4,和和M5的的电流分别由电流分别由M7和和M6确定，确定，而而I3+I4 有可能不严格地等有可能不严格地等于于I5。电流大的会进入线电流大的会进入线性区。性区。9/20/2024107国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.3 MOS型差分放大器分析举例型差分放大器分析举例 3. NMOS管作为输入管电流源为负载管作为输入管电流源为负载共共模模反反馈馈电阻值需要很大，占面积。电阻值需要很大，占面积。 v3和和v4的均值的均值与与VCM相比较，调相比较，调整整M3和和M4的电流的电流直到直到v3和和v4的均值的均值与与VCM相等。即共相等。即共模反馈迫使均值等模反馈迫使均值等于于VCM。如果如果v3和和v4同时增加，同时增加，MC2的栅电压增加引起的栅电压增加引起IC3减小，减小， 使使I3和和I4减小，减小， v3和和v4的降低。的降低。9/20/2024108国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例1. 差动放大器的性能指标差动放大器的性能指标小信号增益小信号增益Av给定负载电容时的频率响应给定负载电容时的频率响应-3dB输入共模范围输入共模范围(ICMR) 或最大输入共模电压或最大输入共模电压VIC(最最大大)，最小输入共模电压，最小输入共模电压VIC(最小最小)给定输出电容时的摆率给定输出电容时的摆率SR功耗功耗Pdiss9/20/2024109国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例1. 差动放大器的性能指标差动放大器的性能指标Av=gm1Rout-3dB=1/(RoutCL)VIC(最大最大)=VDD-VSG3+VTN1VIC(最小最小)=VDS5(饱和饱和)+VSG1=VDS5(饱和饱和)+VSG2SR=I5/CLPdiss=(VDD+|VSS|)I5= (VDD+|VSS|)(I3+I4)以图以图A为例为例图图A9/20/2024110国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例2.设计流程设计流程1)在已知在已知Pdiss或或CL的前提下选择的前提下选择I5来满足摆率来满足摆率2)检查检查Rout是否满足频率响应是否满足频率响应3)设计设计W3/L3(W4/L4)来满足来满足ICMR的上限的上限4)设计设计W1/L1(W2/L2)来满足小信号增益来满足小信号增益Av5)设计设计W5/L5来满足来满足ICMR的的下限下限6)重复必要的步骤重复必要的步骤9/20/2024111国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例3. 举例举例 设设计计图图A所所示示电电流流镜镜负负载载差差分分放放大大器器的的电电流流和和宽宽长长比以满足下列指标：比以满足下列指标： VDD=-VSS=2.5V， SR10V/s(CL=5pf), f-3dB100KHz(CL=5pF), Av=100V/V, -1.5VICMR2V, Pdiss1mW。可可 用用 模模 型型 参参 数数 ： K/N=110A/V2 , K/P=50A/V2 , VTN=0.7V, VTP=-0.7V, N=0.04V-1和和P=0.05V-1。9/20/2024112国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例3. 举例举例解：解： 2. 2f= -3dB=1/(RoutCL)， f=1/(2RoutCL)， f-3dB100kHz，意意味味着着Rout318k。Rout可可表表示示为为：Rout= 318k。 由此得出由此得出I570A, 因此，我们选择因此，我们选择I5=100A。 1.为为了了满满足足摆摆率率(SR=I5/CL)，I550A。对对于于最最大大的的Pdiss =(VDD+|VSS|)I5, I5200A。 9/20/2024113国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例3. 举例举例 3.最大输入共模电压为：最大输入共模电压为： VSG3=VDD-VIC(最大最大)+VTN1=2.5-2+0.7=1.2V解：解：因此，我们可写出：因此，我们可写出： 解出解出 W3/L3 得：得：9/20/2024114国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例3. 举例举例 4. 由小信号增益指标得出：由小信号增益指标得出：解：解：解出解出W1/L1得得： 9/20/2024115国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例3. 举例举例 5. 由最小输入共模电压得出：由最小输入共模电压得出： VDS5(饱和饱和)=VIC(最小最小)-VSS-VGS1解：解：从从VDS5(饱和饱和)得出得出W5/L5的值：的值：9/20/2024116国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.4 差分放大器设计举例差分放大器设计举例3. 举例举例 我我们们应应该该稍稍微微增增加加一一点点W1/L1来来减减小小VGS1，从从而而得得到到一一个个更更小小的的W5/L5。因因此此，选选择择W1/L1(W2/L2)=25，使得，使得W5/L5=12.3。小信号增益将增加到。小信号增益将增加到111.1V/V。9/20/2024117国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.4.5 集成差分放大器的特点集成差分放大器的特点 影响差分放大器性能的关键因素就影响差分放大器性能的关键因素就是不对称性，包括电阻、晶体管等器件是不对称性，包括电阻、晶体管等器件参数的差异，由此引起放大器的输入失参数的差异，由此引起放大器的输入失调及其温漂。而调及其温漂。而集成电路的最大优点就集成电路的最大优点就是相关器件的是相关器件的匹配性能好匹配性能好，原因是所有，原因是所有器件都在器件都在同一芯片同一芯片中，可以做到工艺离中，可以做到工艺离散性小，环境差异小。因而集成差分放散性小，环境差异小。因而集成差分放大器的对称性好。大器的对称性好。9/20/2024118国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8-5 模拟开关电路模拟开关电路 模拟开关在模拟集成电路中应用很广，模拟开关在模拟集成电路中应用很广，如如A/D转换器、转换器、D/A转换器、取样保持电转换器、取样保持电路、电容开关滤波器、多路开关电路等。路、电容开关滤波器、多路开关电路等。9/20/2024119国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1. 模拟开关的特点是什么模拟开关的特点是什么？2. 模拟开关有哪些种类？模拟开关有哪些种类？3. 什么叫什么叫“电容馈通效应电容馈通效应”？ ？9/20/2024120国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.1 模拟开关电路的特点模拟开关电路的特点 模拟开关是用来控制模拟信号传输模拟开关是用来控制模拟信号传输的一种电子开关，的一种电子开关，其本身是由数字信号控其本身是由数字信号控制而呈现制而呈现“接通接通”或或“断开断开”两种状态，两种状态，以使信号以使信号“通过通过”或或“阻断阻断”。 通常要求其导通电阻小、截止电阻大、通常要求其导通电阻小、截止电阻大、速度快、精度高、稳定性好。速度快、精度高、稳定性好。 这种电子开关比机械触点开关寿命长、这种电子开关比机械触点开关寿命长、速度快、使用方便。速度快、使用方便。9/20/2024121国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.2 模拟开关电路的分类模拟开关电路的分类 组成模拟开关的器件可以是双极晶体组成模拟开关的器件可以是双极晶体管或管或MOS管。管。 根据开关切换的对象是电流还是电压，根据开关切换的对象是电流还是电压，可以把模拟开关分为电流开关型和电压开可以把模拟开关分为电流开关型和电压开关型。关型。 在在电流电流开关中，流过开关的电流总是开关中，流过开关的电流总是和被切换的电流相等；和被切换的电流相等； 在在电压电压开关中，输出的电压总是和被开关中，输出的电压总是和被切换的电压有关。切换的电压有关。9/20/2024122国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关1. 基本型电流开关基本型电流开关VrefRE（网络电阻）（网络电阻）V-AV控控RfD2D1TicVA 当当V控控为低电平时，为低电平时， D2截止，则经截止，则经T管及管及网络电阻网络电阻RE的电流的电流ic由下一级电路通过由下一级电路通过Rf 和导通的和导通的D1提供，流提供，流经运放，参与运算，经运放，参与运算，此时为此时为“接通接通”状态。状态。9/20/2024123国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关1. 基本型电流开关（续）基本型电流开关（续） 当当V控控为高电平时，为高电平时， D2导通，使导通，使VA抬高，抬高， D1截止。则经截止。则经T管及管及网络电阻网络电阻RE的电流的电流ic由由V控控提供，而不流经提供，而不流经运放，此时为运放，此时为“断开断开”状态。状态。VrefRE（网络电阻）（网络电阻）V-AV控控RfD2D1TicVA9/20/2024124国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关1. 基本型电流开关（续）基本型电流开关（续）ic =1+ Vref VBEVRE 被切换电流：被切换电流：VrefRE（网络电阻）（网络电阻）V-AV控控RfD2D1TicVA9/20/2024125国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关2.差分控制差分控制ECL电流开关电流开关icARfRE（网络电阻）（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控控Vref1Vref2V-T5T6IoVAV控控为低电平为低电平时，时， T2导通，导通， VA升高，升高， T5导通，导通， T6截截止，止， ic= 0，网络电阻网络电阻RE的电流由的电流由T5提供，不参提供，不参与运算。与运算。9/20/2024126国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关2.差分控制差分控制ECL电流开关电流开关icARfRE（网络电阻）（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控控Vref1Vref2V-T5T6IoVAV控控为高电平为高电平时，时， T2截止，截止， VA下降，下降， T5截止，截止， T6导导通，通， ic流经流经运放参与运运放参与运算。算。ic =1+ Vref2 VBEVRE9/20/2024127国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关2.差分控制差分控制ECL电流开关电流开关icARfRE（网络电阻）（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点一：特点一： T1 、T2为横为横向向PNP管，管，BE结击穿电结击穿电压较高，允压较高，允许输入较大许输入较大幅度的数字幅度的数字控制信号。控制信号。9/20/2024128国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关2.差分控制差分控制ECL电流开关电流开关icARfRE（网络电阻）（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点二：特点二：控制信号控制信号V控控与与流经网络电阻流经网络电阻RE的电流（的电流（权权电流电流）是相互）是相互隔离的，使隔离的，使V控控的变化对权电的变化对权电流几乎没有影流几乎没有影响。响。9/20/2024129国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关2.差分控制差分控制ECL电流开关电流开关icARfRE（网络电阻）（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点三：特点三：肖特基二极肖特基二极管的箝位作管的箝位作用限制了用限制了VA变化幅度，变化幅度，提高了开关提高了开关响应时间。响应时间。9/20/2024130国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关2.差分控制差分控制ECL电流开关电流开关icARfRE（网络电阻）（网络电阻）T2T1V+T3T4V-V控控Vref1Vref2V-T5T6IoVA特点四：特点四：T3、 T4组成的组成的电流镜完成电流镜完成了单端化作了单端化作用，从而缩用，从而缩短了瞬态转短了瞬态转换时间。换时间。9/20/2024131国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关3.互补型电压开关互补型电压开关V控控-VrefV+VST1T2T3V-VBVA 当当V控控为高电平时，为高电平时， T1截止，截止， VA、 VB降低，降低，使使T3 管饱和导通，管饱和导通， T2截止，输出电压截止，输出电压VS约约为为-Vref 。 当当V控控为低电平时，为低电平时， T1导通，导通， VA、 VB升高，升高，使使T2 管饱和导通，管饱和导通， T3截止，输出电压截止，输出电压VS约约为为0V 。9/20/2024132国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.3 双极型双极型模拟开关模拟开关3.互补型电压开关互补型电压开关V控控-VrefV+VST1T2T3V-VBVA正接正接IC=0时：时：Vces0 VTln R1反接反接IE=0时：时：Vces0 VTln F1 特点：特点：T2 、T3是接成共集电是接成共集电极状态，称为反接状极状态，称为反接状态，其饱和压降比正态，其饱和压降比正接状态的小得多，有接状态的小得多，有利于提高开关精度。利于提高开关精度。9/20/2024133国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关1.MOS型开关的特点型开关的特点a)是理想的电压开关是理想的电压开关: 当当MOS管非饱和导通管非饱和导通时，源极与漏极间不存在固有的直流失调电时，源极与漏极间不存在固有的直流失调电压，这是因为它没有向双极器件那样的结电压，这是因为它没有向双极器件那样的结电压，其漏极伏安特性都精确地经过原点。压，其漏极伏安特性都精确地经过原点。 b)是理想的电流开关是理想的电流开关:MOS作为开关控制的栅作为开关控制的栅极与信号回路是电隔离的，它们之间无直流极与信号回路是电隔离的，它们之间无直流通过。通过。 c)是理想的双向开关是理想的双向开关:MOS正向和反向工作具正向和反向工作具有相同的性能，漏特性相对原点是对称的。有相同的性能，漏特性相对原点是对称的。 9/20/2024134国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关2.导通电阻导通电阻a)NMOS单沟模拟开关单沟模拟开关:IDS= Kn2(VGS-VTn) VDS-VDS2GDSViVoV控控ron= = VDS IDS2Kn (VGS-VTn VDS)1Kn= n ox o2 (WL)n其中：其中：VDS0 VGS = V控控- Vi ronVGSVTn0V控控- Vi9/20/2024135国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关2.导通电阻导通电阻b)PMOS单沟模拟开关单沟模拟开关:IDS= Kp2(|VGS|-|VTp|) |VDS|-VDS2GDSViVoV控控ron= = VDS IDS2Kp (|VGS| - |VTp| |VDS|)1Kp= n ox o2 (WL)n其中：其中：VDS0VGS = V控控- VironVGSVTp0V控控- Vi9/20/2024136国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关2.导通电阻导通电阻c)CMOS双沟模拟开关双沟模拟开关: 取：取： Kn= Kp= KGnDSViVoVDDGp0ronVironnronpron=2K (1/2VDD-VTn - |VTp| 2VDS)1 可见，可见，CMOS模拟开模拟开关在一定条件下，关在一定条件下， ron近似近似为常数为常数。VDS0VDD-VTn|VTp|9/20/2024137国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关3.寄生电容寄生电容GDSViVoV控控（1）电容馈通效应）电容馈通效应 模拟开关最严重的限制之一就是时钟馈通模拟开关最严重的限制之一就是时钟馈通效应效应(也称作电荷注入或电荷馈通也称作电荷注入或电荷馈通)。 时钟馈通是由于栅到源和漏的寄生电容时钟馈通是由于栅到源和漏的寄生电容(Cgs，Cgd)引起的。引起的。栅控脉冲信号会耦合到模拟栅控脉冲信号会耦合到模拟开关的输入和输出端开关的输入和输出端，从而造成对模拟信号的，从而造成对模拟信号的干扰。干扰。9/20/2024138国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关3.寄生电容寄生电容GDSViVoV控控（1）电容馈通效应）电容馈通效应 电荷注入涉及一个复杂的过程，引起的影电荷注入涉及一个复杂的过程，引起的影响取决于注入晶体管的版图、尺寸、源极和漏响取决于注入晶体管的版图、尺寸、源极和漏极节点的阻抗和栅基的波形等一系列因素。极节点的阻抗和栅基的波形等一系列因素。9/20/2024139国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.5.4 MOS型型模拟开关模拟开关3.寄生电容寄生电容 减小器件尺寸可减小器件尺寸可以减小寄生电容，减以减小寄生电容，减小干扰，但是，模拟小干扰，但是，模拟开关的导通电阻也随开关的导通电阻也随之增加。之增加。（2）电荷抵消技术）电荷抵消技术 MB 为为“虚开关虚开关”，其尺寸与开关管其尺寸与开关管MA相当。相当。 MB栅上加的脉冲信栅上加的脉冲信号与号与MA栅上加的脉冲信栅上加的脉冲信号反相，因此，两个脉号反相，因此，两个脉冲信号所引起的干扰得冲信号所引起的干扰得到平衡，减小了干扰。到平衡，减小了干扰。GDSViVoV控控G-V控控-MAMB9/20/2024140国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8-6 开关电容等效电阻电路开关电容等效电阻电路 在模拟集成电路中经常需要大阻值的电阻，在模拟集成电路中经常需要大阻值的电阻，而且对阻值的精度要求较高，若采用常规方法而且对阻值的精度要求较高，若采用常规方法制作，不但占用面积大，精度也难以保证。一制作，不但占用面积大，精度也难以保证。一般可采用般可采用MOS开关和开关和MOS电容组成的开关电容电容组成的开关电容等效电阻电路来实现。等效电阻电路来实现。9/20/2024141国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理 思考题思考题1. 开关电容等效电阻电路的结构有哪几种开关电容等效电阻电路的结构有哪几种？2.开关电容等效电阻电路的特点是什么开关电容等效电阻电路的特点是什么？有哪些典型应用？有哪些典型应用？ 9/20/2024142国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.1 并联型开关电容等效电阻电路并联型开关电容等效电阻电路 1.电路结构电路结构 G1V1G2V2M1M2 C1 M1、 M2分别受两分别受两相时钟相时钟 、 控制，控制， 、 具有同频、相位相反、具有同频、相位相反、幅度相同而不重叠的特幅度相同而不重叠的特性，频率为性，频率为 c（周期为（周期为Tc）且远高于信号频率。）且远高于信号频率。9/20/2024143国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.1 并联型开关电容等效电阻电路并联型开关电容等效电阻电路 2.工作原理工作原理G1V1G2V2M1M2 C1 当当 为高电平时，为高电平时，M1导导通，通，M2截止，电压截止，电压V1通过通过M1向电容向电容C1充电，电容充电，电容C1存储电荷存储电荷Q1 = C1V1 ; 当当 为低电平时，为低电平时，M1截截止，止， M2导通，电容导通，电容C1通过通过M2向负载放电形成电压向负载放电形成电压V2，电容，电容C1存储电荷存储电荷Q2 = C1V2 ;9/20/2024144国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.1 并联型开关电容等效电阻电路并联型开关电容等效电阻电路 2.工作原理（续）工作原理（续）G1V1G2V2M1M2 C1在这个过程中传送电荷量在这个过程中传送电荷量: Q = Q1- Q2 = C1(V1 -V2)平均电流为：平均电流为：I= = =Tc QV1 -V2 c C11 V1 -V2Reff 可见，这个电路可等效为一可见，这个电路可等效为一个电阻，阻值为：个电阻，阻值为：Reff = c C11 V2V1Reff9/20/2024145国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.1 并联型开关电容等效电阻电路并联型开关电容等效电阻电路 3.特点特点G1V1G2V2M1M2 C1V2V1ReffReff = c C11 当电容当电容C1固定时，改固定时，改变控制时钟频率变控制时钟频率 c ，就可，就可以调节等效电阻以调节等效电阻Reff的大小。的大小。 同时，只要精确控制同时，只要精确控制时钟频率时钟频率 c和电容和电容C1的数的数值，就可以得到精确的等值，就可以得到精确的等效电阻效电阻Reff 。9/20/2024146国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.1 并联型开关电容等效电阻电路并联型开关电容等效电阻电路 3.特点（续）特点（续）G1V1G2V2M1M2 C1V2V1ReffReff = c C11 特别是对某些电路，只特别是对某些电路，只要求回路的要求回路的RC时间常数，这时间常数，这时有：时有： =RC= c (C1/C）1 可见，时间常数只取决可见，时间常数只取决于时钟频率和两个电容的比于时钟频率和两个电容的比值，是比较容易精确控制的。值，是比较容易精确控制的。9/20/2024147国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.2 串联型开关电容等效电阻电路串联型开关电容等效电阻电路G1V1G2V2M1M2 C1 当当 为高电平时，为高电平时，M1导通，导通，M2截止，电压截止，电压V1通过通过M1向电容向电容C1充电，充电， 电容电容C1存储电荷存储电荷Q1 = C1 (V1 -V2 ); 当当 为低电平时，为低电平时，M1截止，截止， M2导通，电容导通，电容C1通过通过M2放电，电容放电，电容C1存存储电荷储电荷Q2 = 0;9/20/2024148国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.2 串联型开关电容等效电阻电路（续）串联型开关电容等效电阻电路（续）G1V1G2V2M1M2 C1在这个过程中传送电荷量在这个过程中传送电荷量: Q = Q1- Q2 = C1(V1 -V2)平均电流为：平均电流为：I= = =Tc QV1 -V2 c C11 V1 -V2Reff 可见，这个电路可等效为一可见，这个电路可等效为一个电阻，阻值为：个电阻，阻值为：Reff = c C11 结果与并联型结果相同。结果与并联型结果相同。9/20/2024149国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.3 开关电容等效电阻电路的应用开关电容等效电阻电路的应用 对某些电路，只要求回路的对某些电路，只要求回路的RC时间常数，时间常数，这时有：这时有： =RC= c (C1/C）1 可见，时间常数只取决于时钟频率和两个可见，时间常数只取决于时钟频率和两个电容的比值，是比较容易精确控制的。电容的比值，是比较容易精确控制的。 由于开关电容电路易于实现稳定、准确由于开关电容电路易于实现稳定、准确的时间常数，因此的时间常数，因此MOS开关电容电路得到了开关电容电路得到了广泛的应用。广泛的应用。9/20/2024150国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.3 开关电容等效电阻电路的应用开关电容等效电阻电路的应用 1. 开关电容积分器开关电容积分器VOViCR M1M2C1VOCVi c = RC = c (C1/C）1积分时间常数积分时间常数9/20/2024151国际微电子中心国际微电子中心集成电路设计原理集成电路设计原理8.6.3 开关电容等效电阻电路的应用开关电容等效电阻电路的应用2. 开关电容滤波器开关电容滤波器RC M1M2C1Vi cCViVcVc一阶低通滤波器一阶低通滤波器 VOM1M2C1VOVi cCRCVi一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器低通截止频率低通截止频率 0= = cRC1CC19/20/2024152