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1、放大器的频率特性,概述 密勒效应 极点和结点的关联 共源级的频率特性 源跟随器的频率特性 共栅级的频率特性 共源共栅级的频率特性 差动放大器的频率特性,概述,在单级放大器的低频特性分析中，忽略了器件的负载电容。记入寄生电容后的分析结果复杂、不直观。可采用一些简化电路结构的方法。密勒效应：将二端点X、Y之间的阻抗等效成二端点分别对地 的阻抗。,流过Z的电流是,则，有同样的电流流过Z1：,概述,同样的，流过Z2的电流为：,密勒定理没有指出怎样的电路可以等效。因此，并不是所以电路都能用密勒定理等效。例：X和Y间只有一个通路的电路是不能等效的。在阻抗Z和主通路并联的通常情况下，密勒定理是有效的。,如图
2、，可以将输入和输出间的阻抗等效到输入和输出端进行处理。,概述,密勒效应：,如果用密勒定理来获得输入输出传递函数，则，不能用该定理来计算输出阻抗。因为，求传递函数时，求输出阻抗时，外加 二种情况下，得到的 可能是不同的。,Av和频率有关。在一般的应用中，用低频时的增益近似。,概述,极点和结点的关联：,利用密勒定理，可以将每一结点的阻抗看成结点到地的总电容和总电阻。,A1、A2是理想的，R1、R2是输出电阻，Cin、CN是输入电容，Cp是负载电容。,是一种近似方法，没有考虑零点。,概述,将放大器和输出结点一起考虑：,R、C电路,跨导放大器和输出负载,主极点近似,带宽,单位增益带宽,共源级,电路结构
3、：,CGS和CDB是接地电容。饱和时，CGD在栅极的密勒等效项：,CGD使输入电容增加，带宽下降。,共源级,CGD在漏极的密勒等效项：,近似公式是一个双极点的函数，希望是只有一个主极点。近似公式中没有考虑零点。低频增益近似。,共源级,等效电路：,对X点：,对Vout点：,由上面二方程可得：,共源级,有二个极点，一个零点。是复杂的公式，其中,对分母作适当处理：,假定：,共源级,低频时，跨导还没有下降，可忽略,令:则,当频率上升时，可考虑第二个极点。,若 很大，,共源级,结论：当输入RC很大时，输入极点是主极点，结果和近似公式相同。,零点：直观上，CGD 提供了一 条 从输入到输出的前馈通道。高频
4、时：,流过M1和CGD的电流方向相同，大小相反。直观上，,左图是共源级的频率相应曲线。,共源级,另一种近似方法：,忽略输入结点引入的极点（Rs=0），只考虑输出极点，则是单级点函数。输入电容是前级的负载电容。,共源级,若 CL 是在输出结点上看到的总电容。,带宽,同样可得零点,单位增益带宽,共源级,将结果推广到MOS负载：,带宽：,结论：,共源级,输入阻抗：不再是无限大。,输入阻抗：不再是无限大。,输入阻抗是一个电容。,高频时，如图,共源级,低频时，s很小，,若CGD很大，则零点不能忽略。前馈通路近似为短路,源跟随器,源跟随器作为输出级（缓冲、电平移位）时，负载一般是电容。,输入可能是高增益级
5、的输出阻抗，但可以和输入电容一起看作前级的输出极点。X和Y之间的CGS使二极点的相互作用很大，二极点难以和结点对应。因为：Rs和CGS的值都很大，造成overshoot 和ringing。,假定Rs=0，则忽略一个极点，频率特性是一个单极点函数。,源跟随器,小信号分析：,一个极点：,一个零点：在左半平面。,高频时，通过CGS的直馈通路和通过M1的信号极性相同,源跟随器,输入阻抗：,CGD是输入到地的电容，可先忽略。求得的输入阻抗和CGD并联得到总的阻抗。高频时：,CGS和CL串联，再和一个负阻串联。,源跟随器,输出阻抗：,在输出结点并联的元件有：,忽略上述并联项，忽略,由小信号等效电路，得到：
6、,低频时，,高频时，,一般情况下，电路作为缓冲器，Rs很大，输出阻抗随频率上升而增加。,源跟随器,输出阻抗的电感等效：,输出阻抗可写为：,若源跟随器的前级输出阻抗很大，则源跟随器的输出阻抗表现出电感现象。带大电容负载时，阶跃响应为减幅震荡。,共栅级,若忽略沟道长度调制效应，输入输出结点是“孤立”的，易达到宽带。,交流接地,引入二个极点，没有直馈通路，没有零点,共栅级,若计入沟道长度调制效应，输入输出结点不是“孤立”的。输入阻抗与输出结点有关，很难把极点和结点对应。,例6.7 给出了传递函数和输入阻抗的推导结果。,输入阻抗：,当CL或s很大时，输入阻抗约为：,输出阻抗和共源共栅级相似，在下面讨论
7、。,共源共栅级,通过共栅器件M2抑制结点X的密勒效应，提高带宽。,对M1而言，X点的负载电阻是，,M1的输入密勒项为：,共源共栅级,多了一个内部结点X：,输出结点：,有三个极点，其中 一般不考虑。设计时 选择在高频处。则：是主极点，传输函数是单极点函数。,共源共栅级,若RD由M3来代替，考虑 和,而因为 X点的负载电阻,共源共栅级,若要满足电路的相位补偿条件，必须：,调节 满足电路的相位补偿条件。,共源共栅级的输出阻抗忽略Cy和CGD1，则输出阻抗相当于源极负反馈的共源级的情况。,有一个极点，对电流源的应用有影响。,差动对,可分别讨论差分信号和共模信号的频率特性。,对于双端输出的对称差动对 可
8、采用半边电路等效，则频率特性和共源级相同。例如:输入结点有密勒项,可以近似得到：,共模频率特性 如果只考虑，则可利用差分对公式,差动对,一般要求M3在饱和区内，I很大，VDS很小。,即M3的宽长比很大，寄生电容 很大。,代表输出（差模）极点，代表P点（共模）极点。,共模抑制比下降不明显。,差动对,高阻抗负载的情况,对偏置点G，M3、M4将大小相等，方向相反的电流导入G，则G点可近似交流接地。负载电容是各管的漏级电容和栅漏交叠电容。,上述公式可适用。,很大，很大，则输出极点是主极点。,差动对,CMOS差动对,和双端输出（全对称）的电路相比，引入了一个镜像极点E。,输出极点,差动对,零点：电路从输
9、入到输出有二个通道，引入了零点 对通道M1、M3、M4:对通道M2:,零点在左半平面。,主极点近似,例1：电流漏共源级的性能,已知：W1=2 m,L1=1 m,W2=1 m,L2=1 m,VDD=5,VGG1=3 v,Cgd1=Cgd2 100fF,Cbd1=200fF,Cbd2=100fF,Cgs2=200fF,CL=1pF。计算输出摆幅和小信号性能。,例2：CMOS差动对的性能,已知：VDD=-VSS=2.5V,SR 10V/s(CL=5pF),Pdiss 1mW.f-3dB 100kHz(CL=5pF),Av=100V/V,-1.5VICMR2V 参数：KN=110A/V2,KP=50A/V2,VTN=0.7V,VTP=-0.7V,N=0.04V-1，P=0.05V-1.,例2：CMOS差动对的性能,由压摆率SR 10V/s(CL=5pF),由功率,考虑Rout 是否满足带宽。,取：,例2：CMOS差动对的性能,最大输入共模电压,增益,例2：CMOS差动对的性能,最小输入共模电压,选择,M5 很容易进入线性区。,
