模拟CMOS集成电路设计入门学习（16）

2024-06-22 04:21:26

放大器的频率特性

（1）共源级

下图是共源放大器的高频模型：

带宽分析

$R_{S}$ 不是很小的时候（一般情况下）： $\omega _{in}$ 为主极点，电容的密勒效应降低了带宽。

零点作用

①源于输入、输出通过 $C_{GD}$ 的直接耦合，高频时输入信号直接通过该电容到输出端；

②高频时输入信号直接通过该电容到输出端，引起曲线下降斜率高于 $-40dB/dec$ ，延缓了幅频特性曲线的下降。

输入阻抗

在较低频率下， $|R_{D}(C_{GD}+C_{DB})s|\ll 1$ 而且 $|R_{D}C_{DB}s|\ll 1+g_{m}R_{D}$ ，可以将得出输入阻抗是容性的。

（2）源跟随器

求解传输函数的目的是为了确定极点和零点

与共源级相比，由于共源级带宽存在密勒等效电容，带宽较窄，源跟随器的带宽比共源级大。

输入阻抗

输出阻抗

源跟随器的输出阻抗呈现电感特性，故当源跟随器驱动大电容负载时，其在阶跃响应中表现为输出为减幅振荡（电感与电容形成二阶电路），使电路不稳定。

（3）共栅级

这里忽略沟道长度调制效应即忽略 $r_{O}$ {如不忽略 $r_{O}$ ，输入节点和输出节点间有相互作用，计算会很复杂}

计算所得传输函数如下：

没有电容的密勒乘积项，可达到宽带。

输入阻抗

如果 $R_{S}$ 足够大，放大器带宽主要由输入节点产生的极点频率决定（即输入极点为第一主极点）

共栅放大器带宽最高，共源放大器最低，一般共栅放大器比共源放大器的带宽高一个数量级。

（4）共源共栅级

如果把共源共栅级看成共源级和共栅级的级联，则该电路通过抑制密勒效应为共栅级提供速度并为共源级提供输入阻抗。

共源共栅电路中的三个极点的相对数值取决于实际的设计参数，但一般情况下，选取 $\omega _{p,X}$ 离原点最远。这种选择在运放的稳定性方面起到十分重要的作用。

$C_{GD1}$ 的密勒效应

电流源负载的共源共栅电路增加了增益，却降低了带宽。

共源共栅放大器因共栅管的低阻抗减小了共源管的增益（ $\approx -1$ ），从而减小了 $C_{GD1}$ 的密勒效应，故获得了比共源放大器更大的带宽。

（5）差动对

基本差动对的频率响应——差模信号

电流源负载的差动对的频率响应——差模信号

有源电流镜为负载差动对的频率响应——差模信号

差动对的频率响应——共模信号

①基本差动对差模信号频率特性与共源极相同；

②电流源作负载差动对，因负载阻抗增加，导致输出结点成为主极点，带宽进一步降低；

③单端差动多了一个镜像极点，带宽比前述两个差动对更低；

④差模响应：为增加输出摆幅，导致 $C_{p}$ 很大。故高频时 $A_{CM-DM}$ 很大，共模抑制比CMRR恶化。

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