拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Copyright for,zhouqn,*,第二章 作业答案,Copyright for,zhouqn,2.1,、,W/L=50/0.5,，假设,|V,DS,|=3V,，当,|V,GS,|,从,0,上升到,3V,时，画出,NFET,和,PFET,的漏电流,V,GS,变化曲线,解：,NMOS,管：假设阈值电压,V,TH,=0.7V,不考虑亚阈值导电,当,V,GS,0.7V,时，,NMOS,管工作在饱和区，,NMOS,管的有效沟道长度,L,eff,=0.5-2L,D,，则,Copyright for,zhouqnPMOS,管：假设阈值电压,V,TH,=-0.8V,不考虑亚阈值导电,当,|,V,GS,|,0.8V,时，,PMOS,管工作在截止区，则,I,D,=0,当,|,V,GS,|,0.8V,时，,PMOS,管工作在饱和区，,PMOS,管的有效沟道长度,L,eff,=0.5-2L,D,，则,Copyright for,zhouqn,2.2 W/L=50/0.5,|I,D,|=0.5mA,，计算,NMOS,和,PMOS,的跨导和输出阻抗，以及本证增益,g,m,r,o,解：本题忽略侧向扩散,L,D,1,）,NMOS,2,）,PMOS,Copyright for,zhouqn,2.3,导出用,I,D,和,W/L,表示的,g,m,r,o,的表达式。画出以,L,为参数的,g,m,r,o,I,D,的曲线。注意,L,解：,Copyright for,zhouqn,2.4,分别画出,MOS,晶体管的,I,D,V,GS,曲线。,a),以,V,DS,作为参数；,b),以,V,BS,为参数，并在特性曲线中标出夹断点,解：以,NMOS,为例,当,V,GS,V,TH,时，,MOS,截止，则,I,D,=0,当,V,TH,V,GS,V,DS,+V,TH,时，,MOS,工作在三极管区（线性区）,Copyright for,zhouqn,2.5,对于图,2.42,的每个电路，画出,I,X,和晶体管跨导关于,V,X,的函数曲线草图，,V,X,从,0,变化到,V,DD,。在,(a),中，假设,V,x,从,0,变化到,1.5V,。（,V,DD,=3V,）,(a),上式有效的条件为,即,Copyright for,zhouqn,(a),综合以上分析,V,X,1.97V,时，,M,1,工作在截止区，则,I,X,=0,g,m,=0,V,X,1.97V,时，,M,1,工作饱和区，则,Copyright for,zhouqn,(b),=,=0,V,TH,=0.7V,当,0V,X,1V,时，,MOS,管的源,-,漏交换,工作在线性区，则,当,1VV,X,1.2V,时,MOS,管工作在线性区,Copyright for,zhouqn,当,V,X,1.2V,时,MOS,管工作在饱和区,Copyright for,zhouqn,(C),=,=0,V,TH,=0.7V,当,V,X,0.3V,时，,MOS,管的源,-,漏交换，工作在饱和区,当,V,X,0.3V,时，,MOS,管工作截止区,Copyright for,zhouqn,(d),=,=0,V,TH,=-0.8V,当,0V,X,1.8V,时，,MOS,管上端为漏极，下端为源极，,MOS,管工作在饱和区,当,1.8V1.9V,时，,MOS,管,S,与,D,交换,MOS,管工作线性区,Copyright for,zhouqn,(e),=0,当,V,X,=0,时,V,TH,0.893V,，此时,MOS,工作在饱和区,随着,V,X,增加，,V,SB,降低，,V,TH,降低，此时,MOS,管的过驱动电压增加，,MOS,管工作在饱和区；直到过驱动,V,DSAT,上升到等于,0.5V,时，,MOS,管将进入线性区，则有,Copyright for,zhouqn,当,V,X,1.82V,时，,MOS,管工作在线性区？,Copyright for,zhouqn,2.7,对于图,2.44,的每个电路，画出,V,out,关于,V,in,的函数曲线草图。,V,in,从,0,变化到,V,DD,=3V,。,解：,(a),=,=0,V,TH,=0.7V,右图中，,MOS,管源,-,漏极交换,当,V,in,0.7V,时，,M,1,工作在截止区，,V,out,=0,当,0.7,V,in,1.7V,时，,M,1,工作在饱和区，则,当,1.7V,V,in,3V,时，,M,1,工作在线性区，则,Copyright for,zhouqn,2.7 (b),=,=0,V,TH,=0.7V,当,0,V,in,1.3V,时，,M,1,工作在线性区，则,当,V,in,1.3V,时，,M,1,工作在饱和区，则,Copyright for,zhouqn,2.7 (c),=,=0,V,TH,=0.7V,当,0,V,in,2.3V,时，,M,1,工作在线性区，则,当,V,in,2.3V,时，,M,1,工作在饱和区，则,Copyright for,zhouqn,2.7 (d),=,=0,V,TH,=-0.8V,当,0,V,in,1.8V,时，,M,1,工作在截止区，则,M,1,工作在饱和区边缘的条件为,V,out,=1.8V,，此时假设,V,in,=V,in1,，因而,当,1.8V,V,in,V,in1,时，,M,1,工作在饱和区,当,V,in1,V,TH,当,V,b,-0.7,V,X,3V,时，,M,1,工作在饱和区,当,V,X,V,b,-0.7,时，,M,1,工作在线性区，则,Copyright for,zhouqn,当,V,X,当,I,X,=I,C1,时，,I,1,=0,若电流源,I,1,为理想电流源，则,V,N,-,实际上,V,N,不可能低于,0.6V,，若低于,0.6V,，,则,PN,结正向导通,若电流源,I,1,不是理想电流源，则,V,N,0,，电容,C,1,开始放电,Copyright for,zhouqn,2.13 MOSFET,的特征频率,(transit frequency),f,T,，定义为源和漏端交流接地时，器件的小信号增益下降为,1,的频率。,证明,注意：,f,T,不包含,S/D,结电容的影响,节点,1,，有,输出：,Copyright for,zhouqn,2.13(b),假设栅电阻,R,G,比较大，且器件等效为,n,个晶体管的排列，其中每个晶体管的栅电阻等于,R,G,/n,。证明器件的,f,T,与,R,G,无关，其特征频率仍为,Copyright for,zhouqn,Copyright for,zhouqn,2.13(c),对于给定的偏置电流，同过增加晶体管的宽度（因此晶体管的电容也增加）使工作在饱和区所需的漏,-,源电压最小。利用平方率特性证明,这个关系表明：当所设计的器件工作于较低时，速度是如何被限制的。,Copyright for,zhouqn,2.16,考虑如图,2.50,所示的结构，求,I,D,关于,V,GS,和,V,DS,的函数关系，并证明这一结构可看作宽长比等于,W/(2L),的晶体管。假设,=,=0,第一种情况：,M,1M,2,均工作在线性区,相当于,W/,(2L),工作在线性区,Copyright for,zhouqn,2,.16,第二种情况：,M,1,工作在线性区，,M,2,工作在饱和区,相当于,W/,(2L),工作在饱和区,注意：,M,1,始终工作在线性区，因为,M,2,的过驱动电压大于,0,线性区,Copyright for,zhouqn,2,.16,上面讨论，可知：,(1)M,2,工作在饱和区，则电流满足平方关系,(2)M,2,工作在线性区，则电流满足线性关系,Copyright for,zhouqn,2,.17,已知,NMOS,器件工作在饱和区。如果,(a)I,D,恒定，,(,b)g,m,恒定，画出,W/L,对于,V,GS,-V,TH,的函数曲线。,饱和区：,Copyright for,zhouqn,2,.18,如图,2.15,所示的晶体管，尽管处在在饱和区，解释不能作为电流源使用的原因,。,以上电路的电流与,MOS,管的源极电压,V,S,有关，而电流源的电流是与其源极电压,V,S,无关的。,Copyright for,zhouqn,2,.27,已知,NMOS,器件工作于亚阈值区，,为,1.5,，求引起,I,D,变化一个数量级所需的,V,GS,的变化量。如果,I,D,=10,A,，求,g,m,的值,Copyright for,zhouqn,2,.28,考虑,V,G,=1.5V,且,V,S,=0,的,NMOS,器件。解释如果将,V,D,不断减小到低于,0V,或者将,V,sub,不断增大到,0V,以上，将会发生什么情况？,如果,V,D,不断减小到低于,0V,，则,NMOS,的源,-,漏交换,NMOS,工作在线性区,(b),如果,V,B,不断上升，,V,SB,不断降低，则阈值电压不断减小,漏电流,I,D,上升,Copyright for,zhouqn,THE END!THANK YOU!,Copyright for,zhouqn,Copyright for,zhouqn,