1、放大器的频率响应CMOS模拟集成电路2022-10-12Outline 7.1 引言 7.2 放大器的频率响应 7.3 密勒定理 7.4 频率响应分析方法 7.5 单端放大器的频率响应 7.6 差分对的频率响应2022-10-13 电容(AC)耦合7.2 放大器的频率响应 直接(DC)耦合2022-10-14 7.2.1 低通7.2 放大器的频率响应在s域,一般地，其中2022-10-15 7.2.1 低通s=j对增益Av(j)采用增益Avo进行归一化当 HdB 2010120log20log1020log101H101H102022-10-16 7.2.2 高通在s域,一般地,其中2022-
2、10-17 7.2.2 高通s=j对增益Av(j)采用增益Avo进行归一化当 LsAsA/1)(Lvov1|)(|v0jA2022-10-18 7.2.3 带通在s域一般地,其中2022-10-19 7.2.3 带通s=j2022-10-110 7.2.4 伯德图(Bode Plot)1.幅频特性曲线：每遇到一个极点频率，幅频特性曲线的斜率在原来的基础上按20dB/十倍频程进行变化；每遇到一个零点频率，幅频特性曲线的斜率在原来的基础上按20dB/十倍频程进行变化。2相频特性曲线：对于复平面（s平面）中左半平面的极点p和零点z，对于极点p，相位在0.1p处开始下降，在p处相位角为45，在大于10
3、p处相位角达到近似90相位角；对于零点z，相位在0.1z处开始上升，在z处相位角为+45，在大于10z处相位角达到近似+90相位角。而对于s平面中右半平面的极点p和零点z，对相位影响的情况正好和上述相反。2022-10-111 一个阻抗连接在电压放大器的输入侧和输出侧之间，如果此阻抗可以被两个等效阻抗代替一个连接在输入端的Zim，另一个连接在输出端的Zom，则Zim=Zf/(1 Avo)，Zom=Zf/(1 1/Avo).7.3 密勒定理2022-10-112 证明:流经Zf的电流为(Vi-Vo)/Zf，两个电路是等效的，因此流经等效电阻Zim的电流也与之相等，有,即,同理2022-10-11
4、3 关于密勒定理需要注意的事项 密勒定理并没有规定这种转换成立的条件。如果输入输出之间只有一条信号通路，则这种转换通常是不成立的。？放大器是理想放大器而且开路电压增益Avo是在没有连接阻抗Zf下的得出的增益，对于实际情况会产生一定的分析误差，但误差是可以接受的。在密勒定理中，其中的增益应该在所关心的频率下进行计算，然而，这将使表达式变得非常复杂，因此，一般采用低频的Avo来进行计算，便于对电路的特性进行分析。一般来讲，在阻抗Zf与主信号通路并联的情况下，密勒定理通常是有效的。只要放大器没有独立源，密勒定理被证明是适用的。2022-10-114 通常情况7.4 频率响应分析方法2022-10-1
5、15 7.4.1 s域传递函数高截止频率 在直接耦合电路中,在s域表示,得到传递函数其中 R1=(Rs|ri)、R2=(ro|RL)2022-10-116 对传递函数进行讨论 分母可以写出如下形式如果p2远离p1，即|p2|p1|第一极点频率第二极点频率如果2022-10-117 7.4.2 s域传递函数低截止频率 在低频处，放大器的寄生电容可以认为是开路的,在s域,得到传递函数为得到2022-10-118 7.4.3 密勒电容高截止频率 在直接耦合电路中，电容Cf会使得传输函数的分析变得困难。为了简化分析，利用密勒定理，误差较大!2022-10-119 7.4.4 零值方法高截止频率 假设放
6、大器有两个高拐点频率,应用 s=j在高3dB频率处，上式的分母使得或者如果 这样，高3dB频率可以通过所有电容的有效时间常数来确定,也称“零值时间常数法”2022-10-120在直接耦合电路中，应用零值方法,Cf和Co开路的等效电路见图，Ci处看到的电阻为Cf和Ci开路的等效电路如图，Co处面对的电阻为 7.4.4 零值方法高截止频率 2022-10-121Ci和Co开路的等效电路如图(c)，用电压源vx代替Cf，如图(d)所示，其中vi=(Rs|ri)ix，应用基尔霍夫电压定律（KVL）Cf处看到的戴维南等效电阻为这样，3dB频率fH 7.4.4 零值方法高截止频率 在直接耦合电路中，应用零
7、值方法,2022-10-122 7.4.5 短路方法低截止频率 假设交流耦合放大器电压增益有两个低拐点频率,应用 s=j在低3dB频率处，上式分母使得或如果 低3dB频率可以通过所有电容的有效时间常数来确定,也称“短路时间常数法”2022-10-123 7.5.1 共源极放大器7.5 单端放大器的频率响应2022-10-124 7.5.1 共源极放大器 s域传递函数忽略沟道长度调制效应，即2022-10-125 7.5.1 共源极放大器 密勒电容方法从X到地的密勒电容从输出端口看到的密勒电容忽略如果忽略沟道长度调制效应，即对照传递函数得出的结果2022-10-126 7.5.1 共源极放大器
8、零值方法Cgs 看到的电阻Cdb看到的电阻Cgd看到的电阻采用零值方法得到的高截止频率和s域传递函数方法得到的结果是一致的忽略沟道长度调制效应2022-10-127 7.5.2 共漏极放大器 S域传递函数这里忽略Cgd,Cgb 和 Csb.在s域,2022-10-128 7.5.2 共漏极放大器 S域传递函数得到忽略 Cgd,Cgb 和 Csb.2022-10-129 7.5.2 共漏极放大器 零值方法考虑Cgd,Cgb 和 Csb.得到2022-10-130 7.5.3 共栅极放大器 S域传递函数在s域,得到,2022-10-131 7.5.4 共源共栅放大器从X点向上看到的电阻，即共栅级M
9、2的输入电阻,当这样从输入到X的增益 共栅管具有“屏蔽”效果,2022-10-132 7.6.1 全差分放大器 差分信号的频率响应 7.6 差分对的频率响应对于差分信号，差分信号的频率响应与共源极放大器是一致的由于差分的两个通路具有相同的传递函数，因此零极点的个数与单端的是一样的(不是两个通路的总和)。半边等效半边等效2022-10-133 7.6.1 全差分放大器 共模信号的频率响应 忽略沟道长度调制效应当 Rs 很小，而ZT 很大时,)/(1sssszCr2022-10-134 7.6.1 全差分放大器 共模信号的频率响应)/(1sssszCr忽略沟道长度调制效应当 Rs 很小，而ZT 很
10、大时,2022-10-135 7.6.2 电流镜负载的差分对 镜像节点处电容的影响忽略沟道长度调制效应，在s域,M4的栅源电压等于M3的栅源电压,以及2022-10-136 7.6.2电流镜负载的差分对 差分信号的频率响应 这样忽略沟道长度调制效应，在s域,2022-10-137小结 频率响应分析方法 传递函数;密勒电容;零值方法;短路方法。共栅极放大器的频率响应 由于CGD的密勒倍乘项，影响频率响应。共漏极放大器的频率响应 带宽较大 共栅极放大器的频率响应 可以采用节点和极点对应关系进行分析。共源共栅放大器的频率响应 由于共栅管的屏蔽作用，降低了密勒电容乘积项提高了带宽。差分对的频率响应 和共源极放大器是一致的。在电流镜负载差分对中，相比全差分对增加了极点 gmp/Cx 和左半平面的零点2gmp/Cx。
