北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（模拟集成电路原理与设计）版图运放设计补充

北大微电子:模拟集成电路原理 版图、运放设计补充 (第30、31讲) 授课教师:鲁文高 Email: wglu(pku.edu.cn Max gBw Ch ll#1

北大微电子：模拟集成电路原理 版图 、运放设计补充 （第30 、31讲） 授课教师：鲁文高 Email: wglu@pku edu cn wglu@pku.edu.cn Max GBW Ch. 11 # 1

北大微电子:模拟集成电路原理 本讲内容 运放的带宽极限 偏置电路的设计 版图设计 Max gBw Ch.11#2

北大微电子：模拟集成电路原理 本讲内容 • 运放的带宽极限 • 偏置电路的设计 • 版图设计 Max GBW Ch. 11 # 2

北大微电子:模拟集成电路原理 MOSFET的寄生电容 LM D n+ TCcb substrate GS3 WLC OX Max gBw Ch.11#3

北大微电子：模拟集成电路原理 MOSFET的寄生电容 Max GBW Ch. 11 # 3

北大微电子:模拟集成电路原理 MOSFET的截至频率fr GS-VGS CGS DS m gmVGsDS CGs =WLCor, T08m =u, Cor vsat Cor =3 fF/u 时, MOSFET的截至频率 2ncGs.2 27l 从Cm=604/y2,H,Cm=30m4V,反推得n=20×10mh,4=10×10”mB Lmin =0.5u, NOS: Vdsat =0. 21, fr 320×10×0.2 B≈3.8GHz 26.28×0.25 Ch.11#4

北大微电子：模拟集成电路原理 MOSFET的截至频率fT 2 W g V i i f V C fF LW C WLC g C m dsat GS ox m n ox dsat ox 3 MOSFET 3 / 3 2 2 = = = × = = = 时 的截至频率 ，而 ， μ μ μ Hz V m Hz V m C A V C A V C L i i f n ox p ox n p GS GS DS T 60 / 30 / , 20 10 10 10 2 2 2 MOSFET 2 9 2 2 2 9 2 = = = × = × = = = × ， 反推得 ， 时， 的截至频率 μ μ μ μ μ μ μ μ π π L NMOS V V f Hz GHz V V dsat T 3.8 6.28 0.25 20 10 0.2 23 0.5 : 0.2 9 min ≈ × × × = μ， = ， = × Max GBW Ch. 11 # 4

北大微电子:模拟集成电路原理 高增益ws高速 High gain High speed VGs-VT Low(0. 2 V) High(0.5 V) High Low VGS - VT sets the ratio gm/ps Max gBw Ch.11#5

北大微电子：模拟集成电路原理 高增益vs高速 Max GBW Ch. 11 # 5

北大微电子:模拟集成电路原理 非主极点的极限频率(1) DD M7 GBW= gr 2T(CL+Cn1) M2 nd 2 VOUT Tt Cn2 Cn2≈2Ccs3+CDB3+CDB1 4c GS3 M3 M4 nd 4 Max gBw Ch.11#6

北大微电子：模拟集成电路原理 非主极点的极限频率（ 1 ） Max GBW Ch. 11 # 6

北大微电子:模拟集成电路原理 非主极点的极限频率(2) DD M7 M9 M8 GBW= B 2πC 团 Vou c1=(1+B)cs4+ DB4VDB2 M1 M2 工 ≈(3+B)ccs4 n1 m nd 2πC M5 M3 M4 n1 B:1 SS 3+B Max gBw Ch.11#7

北大微电子：模拟集成电路原理 非主极点的极限频率（ 2 ） Max GBW Ch. 11 # 7

北大微电子:模拟集成电路原理 高速Mier运放的设计(1) M7 1:B OUT M2 RIC M6 M3 M4 SS Ch.11#8

北大微电子：模拟集成电路原理 高速Miller运放的设计（ 1 ） Max GBW Ch. 11 # 8

北大微电子:模拟集成电路原理 高速Mier运放的设计(2) GBW_ 9m1 2 2πC Cc=阝Cn1=阝ccs6阝 gm nd nd-y GBW ≈2 2πCL1+Cn1/Cc Cn≈cGs6 g f丘 2nC,1+ GS6 f61+ 十 GBH≈丘 16 Max gBw Ch.11#9

北大微电子：模拟集成电路原理 高速Miller运放的设计（2） 6 6 6 m m T T L GS g g f f f C ≈ αβC 1 8 1 1 2 1 1 2 1 6 6 6 T T GS m L m nd f f C g C g f ≈ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ + ≈ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ + ≈ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ + ≈ β αβ β π αβ β π 16 Tf GBW ≈ ⎝ β ⎠ ⎝ β ⎠ ⎝ β ⎠ Max GBW Ch. 11 # 9

北大微电子:模拟集成电路原理 GBW最大值与L的关系 GBW vcs-V≈0.2V GHz sat 10 β≈3 y≈2 or 16x GBW≈ 16 0.1 10 nm 100nm L 1 um Max gBw Ch.11#10

北大微电子：模拟集成电路原理 GBW最大值与 L的关系 Max GBW Ch. 11 # 10