1、拉扎维模拟CMOS集成电路设计第二章作业答案详解完整版中文2021/1/422.1、50/0.5，假设，假设3V，当从，当从0上升到上升到3V时，画出和的漏电流变化曲线时，画出和的漏电流变化曲线解：解：管：管： 假设阈值电压假设阈值电压0.7V,不考虑亚阈值导电不考虑亚阈值导电 当当0.7V时，时， 管工作在饱和区，管的有效沟道长度管工作在饱和区，管的有效沟道长度0.5-2，则，则21() (13)2DnoxGSTHneffWICVVL3212.8 10 (0.7)DGSIV2350/ncmV s60.08 10DLm10.1nV20323.837 10/siooxoxCF mt 99 10o

2、xtm1208.854 10/F m23.9sio2021/1/43管：管： 假设阈值电压假设阈值电压 -0.8V,不考虑亚阈值导电不考虑亚阈值导电 当当| | 0.8V 时，管工作在截止区，则时，管工作在截止区，则0 当当| | 0.8V时，时， 管工作在饱和区，管的有效沟道长度管工作在饱和区，管的有效沟道长度0.5-2，则，则21() (13)2DpoxGSTHpeffWICVVL324.8 10 (0.8)DSGIV2100/pcmV s60.09 10DLm10.2pV20323.837 10/siooxoxCF mt 99 10oxtm1208.854 10/F m23.9sio20

3、21/1/442.2 50/0.5, 0.5，计算和的跨导和输出阻抗，以及本证增益，计算和的跨导和输出阻抗，以及本证增益解：本题忽略侧向扩散解：本题忽略侧向扩散23.66/mnoxDWgCImA VL1）311200.1 0.5 10onDrkI333.66 1020 1073.2m og r2）21.96/mPoxDWgCImA VL311100.2 0.5 10oPDrkI331.96 1010 1019.6m og r20323.837 10/siooxoxCF mt 41.34225 10/noxCF V s2100/pcmV s53.835 10/poxCF V s2021/1/45

4、2.3 导出用和表示的的表达式。画出以导出用和表示的的表达式。画出以L为参数的的曲线。注意为参数的的曲线。注意L2moxDWgCIL解：解：1oDrI12m ooxDDDWWLg rCIALII2021/1/462.4 分别画出晶体管的曲线。分别画出晶体管的曲线。a) 以作为参数；以作为参数；b)以为参数，并在特性曲线中标出夹断点以为参数，并在特性曲线中标出夹断点212DnoxGSTHWICVVL解：以为例解：以为例当当时，截止，则时，截止，则0当当时，工作在三极管区（线性区）时，工作在三极管区（线性区）212DnoxGSTHDSDSWICVVVVLIDVGSVTHVDS1+VTHVDS2+V

5、THVDS3+VTH斜率正比于VDSVTH0VGSIDVTH1VDS+VTH0VDS+VTH1VSB=0VSB02021/1/472.5 对于图对于图2.42的每个电路，画出和晶体管跨导关于的函数曲线草图，从的每个电路，画出和晶体管跨导关于的函数曲线草图，从0变化到。在变化到。在(a)中，假设从中，假设从0变化变化到到1.5V。 （3V） 2112XnoxGSTHDSWICVVVL(a)10.1nV1/20.45V20.9FV00.7THVV3GSDDXXVVVV3DSDDXXVVVVSBXVV022THTHFSBFVVV 2130.70.450.90.9132XnoxXXXWICVVVL上式

6、有效的条件为上式有效的条件为30.70.450.90.90XXVV即即1.97XVV2021/1/48(a)综合以上分析综合以上分析1.97V时，时，M1工作在截止区，则工作在截止区，则0, 01.97V时，时，M1工作饱和区，则工作饱和区，则212.7270.46 0.9(1.30.1)2XnOXXXXWICVVVL2mnOXXWgCIL2021/1/49(b) =0, 0.7V当当01V时，管的源时，管的源-漏交换漏交换1.9GSXVV21(1.2)(1)0.5(1) (1.4)(1)2XnOXXXXnOXXXWWICVVVCVVLL 1DSXVV 1.2DSATonXVVV工作在线性区，

7、则工作在线性区，则(1)mnOXDSnOXxWWgCVCVLL当当1V1.2V时管工作在线性区时管工作在线性区2112 0.2(1)(1) (1.4)(1)22XnOXXXnOXXXWWICVVCVVLL (1)mnOXDSnOXxWWgCVCVLL2021/1/410当1.2V时管工作在饱和区2211()(0.2)22XnOXGSTHnOXWWICVVCLL()0.2mnOXGSTHnOXWWgCVVCLL2021/1/411(C) =0, 0.7V当当0.3V时，管的源时，管的源-漏交换，工作在饱和区漏交换，工作在饱和区1GSXVV 1.9DSXVV0.3DSATonXVVV2211()(

8、1)22XnOXGSTHnOXXWWICVVCVLL()(1)mnOXGSTHnOXXWWgCVVCVLL当当0.3V时，管工作截止区时，管工作截止区0XI0mg2021/1/412(d) =0, 0.8V当当01.8V时，管上端为漏极，下端为源极，管工作在饱和区时，管上端为漏极，下端为源极，管工作在饱和区0.9GSVV 1.9DSXVV0.1DSATonVVV 21(0.1)2XPoxWICL (0.1)mPoxWgCL 当当1.8V1.9V时，管时，管S与与D交换交换管工作线性区管工作线性区1.9DSXVV212 (1) (1.9)(1.9) 2XPoxXXXWICVVVL(1.9)mPo

9、xXWgCVL2021/1/414(e) =0,当0时0.893V，此时工作在饱和区1/20.45V20.9FV00.7THVV0.9GSVV0.5DSV0( 22)0.70.45( 0.90.9)THTHFSBFSBVVVV 1SBXVV 210.20.45( 1.90.9)2DnOXXWICVL0.20.45( 1.90.9)mnOXXWgCVL随着增加，降低，降低，此时管的过驱动电压增加，管工作在饱和区；直到过驱动上升到等于随着增加，降低，降低，此时管的过驱动电压增加，管工作在饱和区；直到过驱动上升到等于0.5V时，时，管将进入线性区，则有管将进入线性区，则有0.20.45( 1.90.

10、90.51?2?.8XXVVV2021/1/415当当1.82V时，管工作在线性区时，管工作在线性区 ？212 0.5 0.20.45( 1.90.9)0.5 2DnOXXIWCVL2(0.5)mnOXWgCL2021/1/4162.7 对于图对于图2.44的每个电路，画出关于的函数曲线草图。从的每个电路，画出关于的函数曲线草图。从0变化到变化到3V。解：解：(a) =0 , 0.7V右图中，管源-漏极交换当0.7V时，M1工作在截止区，0当0.71.7V时，M1工作在饱和区，则211(0.7)2outDnOXinoutWVICVVRL当1.7V3V时，M1工作在线性区，则212()(1)(1

11、) outDnOXinoutTHoutoutWVICVVVVVRL2021/1/4172.7 (b) =0 , 0.7V当当01.3V时，时，M1工作在线性区，则工作在线性区，则1212 (20.7)()() 2outDnOXoutinoutinoutVIRWCVVVVVL当当1.3V时，时，M1工作在饱和区，则工作在饱和区，则211(20.7)2outDnOXoutWVICVRL2021/1/4182.7 (c) =0 , 0.7V当当02.3V时，时，M1工作在线性区，则工作在线性区，则1212 (30.7)()() 2outDnOXoutinoutinoutVIRWCVVVVVL当当2.

12、3V时，时，M1工作在饱和区，则工作在饱和区，则211(30.7)2outDnOXoutWVICVRL2021/1/4192.7 (d) =0 , 0.8V当当01.8V时，时，M1工作在截止区，则工作在截止区，则2111(1 0.8)1.82pOXinWCVRL 0outVM1工作在饱和区边缘的条件为工作在饱和区边缘的条件为1.8V，此时假设，此时假设1，因而，因而112 1.81.8inpOXVWCRL当当1.8V1时，时，M1工作在饱和区工作在饱和区211(1.8)2outpOXinWVCVRL当当1VbM1VxC1Ix当当0.7 3V时，时，M1工作在饱和区工作在饱和区21(0.7)2

13、xnOXbWICVL( )30 xVttxXXxVdQI dtCdVdVI dt 21( )3(0.7)2XnOXbWVtCVtL当当 0.7时，时，M1工作在线性区，则工作在线性区，则212(0.7)2xnOXbXXWICVVVL2021/1/421当当当当1时，时，I1=0 若电流源若电流源I1为理想电流源，则为理想电流源，则-,实际上不可能低于实际上不可能低于0.6V，若低于，若低于0.6V，则结正向导通，则结正向导通 若电流源若电流源I1不是理想电流源，则不是理想电流源，则 0，电容，电容C1开始放电开始放电2021/1/4262.13 的特征频率的特征频率( ) ，定义为源和漏端交流

14、接地时，器件的小信号增益下降为，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。的频率。证明证明 注意：不包含结电容的影响注意：不包含结电容的影响2 ()mTGDGSgfCC节点1，有igsGSgsGDigsGSGDivsCiv sCv ssCC输出：outmgsig v( )outmiGSGDigA sisCsCioutmGSGDiigsCsC()1mTGSGDgA sjsCsCmTGSGDgCC22 ()mTTGSGDgfCC2021/1/4272.13(b) 假设栅电阻比较大，且器件等效为假设栅电阻比较大，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。证明器个晶体管

15、的排列，其中每个晶体管的栅电阻等于。证明器件的与无关，其特征频率仍为件的与无关，其特征频率仍为mTGSGDgfCC2021/1/428(1,2,)GSGDkgskCCivsknn1122outmgsmgsmngsnig vgvg v1212()GSGDingsgsgsnCCiiiis vvvn12mmmmnggggn12()moutgsgsgsngivvvn1212()( )()()mgsgsgsnoutmGSGDiGSGDgsgsgsngvvvignA sCCis CCs vvvn(2)12()mTTGSGDgA sjfjfCC2 ()mTGSGDgfCC2021/1/4292.13(c)

16、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所需的漏-源电压最小。利用平方率特性证明源电压最小。利用平方率特性证明22nGSTHTVVfL 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。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。2 ()mTGSGDgfCC()mnOXGSTHWgCVVLGSGDOXCCWLC22nGSTHTVVfL2021/1/4302.16 考虑如图考虑如图2.50所示的结构，求关于和的函数关系，并证明这一结构可看作

17、宽长比等于所示的结构，求关于和的函数关系，并证明这一结构可看作宽长比等于(2L)的晶体管。的晶体管。假设假设=0第一种情况：第一种情况： M1、M2均工作在线性区均工作在线性区2112()2DnOXGSTHXXWICVVVVL11DSATonGSTHVVVV22DSATonGXTHVVVVV1DSXVV2DSDXVVV2212()() 2DnOXGXTHXDXWICVVVVVVL222()2()()GSTHXXGXTHXDXVVVVVVVVVV2222()2()GSTHXXGSTHDSDSVVVVVVVV222112()112()222nOXGSTHDSDDnOXGSTDHSXXWIICVWC

18、VVLVLVVVV相当于相当于(2L)工作在线性区工作在线性区2021/1/4312.16 第二种情况：第二种情况： M1工作在线性区，工作在线性区， M2工作在饱和区工作在饱和区2112()2DnOXGSTHXXWICVVVVL221()2DnOXGXTHWICVVVL22122()()DDGSTHXXGXTHIIVVVVVVV22()22()GSTHGSTHXXVVVVVV2212111()()222DDnOXGXTHnOXGSTHWWIICVVVCVVLL相当于相当于(2L)工作在饱和区工作在饱和区注意：注意：M1始终工作在线性区，因为始终工作在线性区，因为M2的过驱动电压大于的过驱动电

19、压大于02220DSATonGSTHGSXTHVVVVVVVGSTHXVVV11GSTHXDSVVVV线性区线性区2021/1/4322.16 上面讨论，可知：上面讨论，可知： (1)M2工作在饱和区，则电流满足平方关系工作在饱和区，则电流满足平方关系 (2) M2工作在线性区，则电流满足线性关系工作在线性区，则电流满足线性关系2021/1/4332.17 已知器件工作在饱和区。如果已知器件工作在饱和区。如果(a) 恒定，恒定，(b)恒定，画出对于的函数曲线。恒定，画出对于的函数曲线。21()2DnOXGSTHWICVVL饱和区：饱和区：22()DnOXGSTHIWLCVV()mnOXGSTHWgCVVL()mnOXGSTHgWLCVV2021/