现代模拟IC设计中,我们打交道最多的器件莫非MOSFET了,使用什么结构,如何给定MOSFET的参数,就是一个最重要的话题。
在现代CMOS工艺中,我们关心最多的参数:MOSFET的宽(W)和长(L)和由这两项参数构成的宽长比(W/L)。
而在0.5um及以上的工艺中,平方率方程是可以较为准确的描述MOSFET I-V特性曲线,方程如下:(饱和区,先暂时不考虑沟道长度调制效应)
$I_D=\frac12\mu_NC_{OX}\frac WL(V_{GS}-V_{TH})^2$
而式中uN×Cox可以简化为系数KN,(VGS-VTH)可以以过驱动电压VOD代替,简化方程如下:
$I_D=\frac12 K_N\frac WLV_{OD}^2$
在MOSFET小信号模型中,非常值得关注的参数是MOSFET的跨导gm和输出电阻ro,公式如下:
$g_m=\frac{I_D}{V_{GS}}=\mu_NC_{OX}\frac WL(V_{GS}-V_{TH})=\sqrt{2\mu_NC_{OX}\frac WLI_D}=\frac{2I_D}{V_{GS}-V_{TH}}$
$r_o=\frac{\partial V_{DS}}{\partial I_D}=\frac1{{\displaystyle\frac12}\mu_NC_{OX}{\displaystyle\frac WL}V_{OD}^2\lambda}\approx\frac1{\lambda I_D}$
对于ro,我们一般使用后面的简化公式进行计算。
在MOS管共源放大器中,有重要参数--本征增益Av0,共源极放大器无论如何无法超过这个增益
$A_{v0}=g_mr_o$
而共源共栅放大器,则是依靠极大的提升输出阻抗,来提供更大的增益。
本次设计电路图如下:
已知共源共栅放大器增益为
$A_{v,Cascode}=g_{mN0}\lbrack(g_{m,N1}r_{oN1}r_{oN0})//(g_{m,P1}r_{oP1}r_{oP0})\rbrack$
无法改动的参数:KN/KP、Lambda、
写在Spec里的参数:电源电压、功耗(决定电流ID)、输出摆幅(决定了给每个管子分配多少过驱动电压)
在设计时,我们可以调节的参数:宽长比,过驱动电压
这个设计的Spec:
VDD=5V,P<=0.2mW,Av>5000,对输出摆幅和频率特性不做要求
理论介绍完毕,在下一楼中,开始正儿八经的参数提取和设计
I_D=\frac12\mu_NC_{OX}\frac WL(V_{GS}-V_{TH})^2
时段 | 个数 |
---|---|
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 | {{f.fileCount}} |