1、CMOS Analog DesignHome work 1 SolutionBy: 濤（tomjerry126.）2007年3月18日作業容：一、書本上的習題2.22.5 (a)、(b)、(c)2.6 (a)、(b)2.72.152.82.182.24參考解答過程2.2.（1）對于NMOS，工作在飽和區時，有： = = （忽略溝長調制效應） =3.66mAV =20 A=73.3（2）對于PMOS，公式基本同上 = = （忽略溝長調制效應） =1.96mAV =10 A=19.62.5a.若不考慮二級效應，則 = 實際情況下，由于襯偏效應會影響 IXVX曲線圖b.（1）當01時，S、D反向VG

2、S-VTH=1.2-VX VDS此時，NMOS處于S、D方向的三極管區（2）當11.2時，VGS-VTH=0.2>VDS=VX-1 （未考慮襯偏效應）此時，NMOS處于正向導通的三極管區IX=（3）當VX 1.2時NMOS處于飽和區 = IXVX曲線圖未考慮襯偏效應時的曲線若考慮襯偏效應，則VTH增大，當襯偏效應比較小，反向后仍有VGS>VTH，曲線同上，當襯偏效應比較大時，VGS<VTH，則MOS管在反向之后一直截止，曲線如下：IXVX曲線圖考慮襯偏效應時的曲線（c）（1）0<Vx<0.3時，MOS管反向導通。（未考慮襯偏效應）VGS=1-VX VDS=1.9-

3、VXVGS-VTH=0.3-VX<VDS=1.9-VXNMOS處于反向導通的飽和區此時Ix=-（2）當VX >0.3 時，MOS管截止IXVX曲線圖考慮襯偏效應后，曲線與X軸的交點會該變位置2.6 |VGS|= |VDS|= 所以|VDS|>|VGS|-|VTH| PMOS處于飽區 = Gm= =IDVX曲線圖Gm與VX曲線圖 |VGS|= |VDS|= 所以VDS>VGS-VTH PMOS處于飽區 = Gm= =IDVX曲線圖Gm與VX曲線圖2.7 （為了簡化運算和分析，這里沒有考慮二級效應）1.VOUT有電流通過R1產生，電路工作時，S、D反向。（1）當0

4、VIN0.7時，MOS管截止VOUT=0（2）當0.7VIN1.7 VGS-VTH=VIN-VOUT-0.7 VDS=1-VOUT VGS-VTHVDSMOS管處于反向導通的飽和區Vout=（3）當1.7VIN3VGS-VTH VDSMOS管處于反向導通的三極管區Vout=VOUTVIN曲線圖2.VOUT有電流通過R1產生，電路工作時，S、D反向。(1).當0VIN1.3時VDS=VIN-VOUTVGS-VTHNMOS處于反向導通的三極管區VOUT=IxR1=R1(2)當1.3VIN3NMOS處于反向飽區VOUT=IxR1=R1VOUTVIN曲線圖2.8（a）VS=VDD-VOUT VB=VI

5、N VSB=VDD-VOUT-VINMOS管處于二極管連接形式的飽和區其中 所以 = I1是恒流源，為定值，因此，可以得到VOUT和VIN的關系，見下圖VOUTVIN曲線圖（b）VGS=2-1=1 VDS=VOUT-1 VSB=1-VIN當M1處于飽和區邊緣時，有VGS-VTH=VDS1-=VOUT-1 （1）VOUT= = （2）由（1）（2）則可以解出臨界VIN01.當0VINVIN0時VGS-VTHVDSM1處于飽和區VOUT=代入VGS、VTH可得到VINVOUT關系2. .當VIN0VINVIN1時VGS-VTH VDSM1處于線性區VOUT=3.當VINVIN1時，VGSVTHM1

6、處于截止區代入VGS、VTH、VDS可以得到VIN VOUT關系VIN0受電阻R1的大小影響，當R1比較小時，在03V時，MOS管一直飽和，隨著R1的增加，MOS管在VIN在03v時，可能同時經過飽和，三極管甚至截止區VOUTVIN曲線圖（c）S、D 反向導通VGS=2-VOUTVDS=2-VOUTVSB=VOUT-VIN所以VDSVGS-VTHM1始終處于反向導通的飽和區。VOUT=I1R1= = 其中實際仿真波形如下VOUTVIN曲線圖理論上，VGS0，VOUT應該是小于2V的，但是從實際仿真波形圖上可以看到，VOUT上升到了2V以上，這是因為VIN上升得比較大之后，襯低的電壓大于VOUT

7、，電流會從高電壓流到低電壓處，并通過R1，使VOUT上升到2V以上。2.15 晶體管工作在飽和區且為折疊結構 CDG=15.36fF, CGS = 79.36fF求出gm即可工作在飽和區且ID = 1mA VGS=1.0182V2.18因為兩圖都以源端作為輸出端，而由于體效應，源襯電壓變化會引起漏源電流變化，從而不適合作為電流源。2.24（a）1. 當VG|VTHN|時M1截止（1）0VXVG+|VTHP| M2截止（2）VXVG+|VTHP|VX=VDS|VGS|-|VTHP|所以M2處于飽和區IXVX曲線圖2. 當VG|VTHN|時M1導通（1）0VXVG+|VTHP|M2截止 （i）當0VXVGM1處于三極管區 （i）當VG+VTHNVXVG+|VTHP|時M1處于三極管區（2）VXVG+|VTHP|M1 M2均處于飽和區IXVX曲線圖（b）1. 當VG|VTHN|時M1截止（1） 0VXVG+|VTHP|M2截止（2）VX>VG+|VTHP|因為M1截止，M2上仍然沒有電流IXVX曲線圖從實際的仿真波形，可以看到，當VX比