【模拟集成电路】知识点笔记_1

🕗 发布于 2024-11-11 03:47 笔记

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
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 $- 180°$ 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 $ω_G$ 和相位交点 $ω_P$ 。相位裕度 $PM$ 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 $- 180°$ 的相位差，其值越大则系统稳定性越好。增益裕度 $GM$ 是指:环路正反馈时环路增益低于1的程度,即在相位为 $- 180°$ 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 $20log_{10} |A_{v0} |$ 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 $- 20 d B / d ec$ ; 每遇到一个零点，幅频曲线就会上升，上升的速率为 $+ 20 d B / d ec$
在这里插入图片描述

（1）LHP极点 $p_1$ 。相位减小。 $ω_P$ 、 $ω_G$ 向原点移动。
（2）LHP零点 $z_1$ 。相位增加。 $ω_P$ 、 $ω_G$ 向推向高频。
（3）RHP零点 $z_2$ 。相位减小。若右平面零点位于 $U GB$ 内，则 $ω_G$ 推向高频， $ω_P$ 向原点移动，PM、GM均变差，系统稳定性严重恶化
（4）RHP极点 $p_2$ 。系统振荡，不稳定。 $PM$ 与 $GM$ 没有意义。
若 $L H P$ 零点与 $L H P$ 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
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（4）BJT噪声特性比CMOS更好（热噪声和1/f噪声）

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

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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

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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）
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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
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