【模拟集成电路】知识点笔记_1

devtools/2024/11/13 22:34:21/

知识点笔记_1

  • 零极点相关
    • 1 PM和GM相关概念
    • 2零极点
  • 温度系数
  • 五种常见噪声源
  • MOS管和BJT选取
  • BJT刨面图
  • 工艺角
  • 衬底主要噪声来源
  • 共模反馈
    • 三种常用CMFB
      • 1 工作在线性区MOS作为CMFB(匹配决定输出电压)
      • 2 电阻反馈(+Buf)
      • 3 电流差分对,类似单端吉尔伯特
  • 套筒结构VS折叠共源共栅
  • Buck-Boost

零极点相关

1 PM和GM相关概念

  使环路增益的幅值为1和使环路增益的相位为 − 180 ° -180° 180°两个频率在系统稳定性有着重要作用。两个分别为增益交点 ω G ω_G ωG 和相位交点 ω P ω_P ωP。相位裕度 P M PM PM 是指:环路增益为1时远离正反馈的程度,就是在增益为1的点与 − 180 ° -180° 180° 的相位差,其值越大则系统稳定性越好。增益裕度 G M GM GM 是指:环路正反馈时环路增益低于1的程度,即在相位为 − 180 ° -180° 180°时,环路增益与1的距离,其值越小则稳定性越好。在稳定系统中,增益交点肯定在相位交点之前。

2零极点

  当频率从0开始逐渐增加时,幅频曲线从低频增益 20 l o g 10 ∣ A v 0 ∣ 20log_{10} |A_{v0} | 20log10Av0开始为一条直线,每遇到一个极点频率,幅频曲线就会下降,下降的速率为 − 20 d B / d e c -20dB/dec 20dB/dec ; 每遇到一个零点,幅频曲线就会上升,上升的速率为 + 20 d B / d e c +20dB/dec +20dB/dec
在这里插入图片描述

  (1)LHP极点 p 1 p_1 p1。相位减小。 ω P ω_P ωP ω G ω_G ωG 向原点移动。
  (2)LHP零点 z 1 z_1 z1。相位增加。 ω P ω_P ωP ω G ω_G ωG 向推向高频。
  (3)RHP零点 z 2 z_2 z2。相位减小。若右平面零点位于 U G B UGB UGB内,则 ω G ω_G ωG 推向高频, ω P ω_P ωP 向原点移动,PM、GM均变差,系统稳定性严重恶化
  (4)RHP极点 p 2 p_2 p2。系统振荡,不稳定。 P M PM PM G M GM GM 没有意义。
  若 L H P LHP LHP 零点与 L H P LHP LHP 极点频率相近,则他们的效应会相互抵消,故有时会采用该方式进行频率补偿。
相位交点比增益交点更敏感更敏感

温度系数

  ①VGS,负温度系数
  ②迁移率,负温度系数
  ③阈值电压,负温度系数
  ④导通电阻R_(DS(ON))正温度系数(散射)

五种常见噪声源

  《放大器噪声系数计算》中提到,常见如下 5 种噪声来源:
  ①散弹噪声(shot noise,白噪声, 在频谱中表现为平坦的噪声)
  ②热噪声(thermal noise,白噪声, 在频谱中表现为平坦的噪声)
  ③ 闪烁噪声(flicker noise, 1/f 噪声)
  ④突发噪声(burst noise, 脉冲噪声)
  ⑤雪崩噪声(Avalanche noise, 反向击穿时才出现的噪声)

MOS管和BJT选取

  哪个的失配更大?哪个速度更快?哪个噪声更小?选取的依据是什么?
  (1) MOS管比BJT失配更大。BJT不存在Vt的失配,而且作为输入管,Δ更小
  (2) 为什么BJT比MOS更适合高速电路
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
从两个最基本的公式可以看出,其一就是BJT的Ie与Vbe成指数关系,其二就是MOS的Id与Vgs成平方关系,因此BJT得电流可以比较大,电流输出实际就是对负载进行充电的过程,电流大充电快,上升时间就短,因此就可以提高信号频率或增大负载。
  (3)MOS作为开关比BJT快
在这里插入图片描述
  (4)BJT噪声特性比CMOS更好(热噪声和1/f噪声)
在这里插入图片描述
  两种晶体管的热噪声几乎一样,其中2/3比例因子很接近于1/2.但是,如果是相同的电流,双极型晶体管的gm较大,因此它的热噪声就相对较低
  一个双极型晶体管是一个大容积的非表面器件,它的1/f等效输入噪声电压要小一个数量级,它的失调电压也同样如此。

BJT刨面图

在这里插入图片描述
原文链接:
    上图:我对CMOS工艺下的BJT掌握到了什么level?

埋层的作用:
  (1)改善电气性能:埋层可以用来形成电场,帮助改善器件的电气性能,例如在双极型晶体管中,可以提高集电极的电流增益
  (2)降低寄生电阻:埋层可以有效降低基底与器件之间的寄生电阻,从而提高信号的传输速度和可靠性。
  (3)形成PN结:在某些类型的器件中,埋层可以形成额外的PN结,增加器件的功能性。例如,在CMOS技术中,可以在某些区域形成埋层以优化器件的电气特性
  (4)改善热管理:埋层材料的性质可以帮助散热,降低器件的工作温度,从而提高器件的稳定性和寿命。
  (5)抑制杂散电容:通过合理设计埋层,可以减少器件之间的杂散电容,提高电路的高频性能

工艺角

  TT: Typical Typical
  FF: Fast nmos Fast pmos (低温+高压)
  SS: Slow nmos Slow pmos (高温+低压)
  FS: Fast nmos Slow pmos
  SF: Slow nmos Fast pmos

衬底主要噪声来源

  由于流入衬底的电流引起衬底电压波动而形成的衬底噪声,或与信号线之间寄生电容耦合导致的串扰噪声。
衬底噪声隔离方法:
  1) 工艺上采用SOI型衬底、浅掺杂衬底、深N阱隔离技术等来减少衬底噪声干扰。
    SOI工艺:在硅晶片下增加氧化层的绝缘;
    浅掺杂衬底:射频CMOS工艺下;
    深N阱隔离技术:将敏感的模块或射频电路放在深N阱中。
  2) 增大芯片上敏感的模拟模块和数字模块之间的距离,可以减少衬底的耦合效应。
  3) 使用保护环来隔离电路模块。
    单层保护环。单层保护环由多子保护环构成。
    双层保护环。多子保护环和少子保护环构成。
  4) 将数字和模拟的电源线、地线分开

共模反馈

  混合信号电路中,需要差分放大器抑制共模干扰(数字电路/AB类驱动/时钟驱动),而全差分电路需要CMFB来稳定共模点,
  共模反馈的意义:避免输出共模点的偏离,在全差分运放电路中CMFB电路调节运放输出电压,确保共模电平保持在一个稳定的范围内。包括调节P/N电流镜的电流差,以及电阻等器件的不匹配,从而纠正相关的不匹配使输出信号共模部分与参考电压匹配,

  CMFB的三个功能:提取输出电压,抵消差分信号,形成闭环
  CMFB放大器的增益可以用来提高CMRR
  一般要求 GBWcm>GBWdm,慢的CMFB导致调节时间过长,在高速差分放大器中,放大器可能会出问题

三种常用CMFB

1 工作在线性区MOS作为CMFB(匹配决定输出电压)

  MOS工作在线性区:(1)差分信号必须线性的抵消,避免反馈造成差分增益下降;(2)输出要求,尽量增大输出摆幅
  **优点:**功耗低
  缺点:(1)GBWcm<GBWdm ,取决于应用

2 电阻反馈(+Buf)

  优点:(1)GBWcm可以大于GBWdm,速度快
  缺点:(1)增加两级电路,功耗大(源极跟随器消耗很多)(2)注意稳定性问题

3 电流差分对,类似单端吉尔伯特

  优点:(1)消耗更低功耗(2)GBWcm>GBWdm,宽带CMFB
  缺点:(1)输出摆幅受CMFB限制

套筒结构VS折叠共源共栅

在这里插入图片描述

Buck-Boost

  将BUCK电路工作模式大概可分为四种:连续模式(CCM)、临界模式(BCM)、非连续导通模式(DCM)、强制连续导通模式(FCCM)
在这里插入图片描述
原文链接:
    左图:学习笔记之——DCDC降压芯片基本原理及选型主要参数介绍
    右图:一文搞懂DCDC基础知识
  如有侵权问题,联系我,

在这里插入图片描述


http://www.ppmy.cn/devtools/132802.html

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