复旦大学：《模拟集成电路设计原理 Principle of Analog Integrated Circuit Design》课程教学资源（电子教案课件讲稿）Chapter 09 基本晶体管级的噪声性能

版权©2014，版权保留，侵犯必究 基本晶体管级的噪声性能 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -122- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -122- 基本晶体管级的噪声性能

版权©2014，版权保留，侵犯必究 信号噪声比和信号噪声失真比 Vout SNR 1%失真 0.1%SNDR 0.1%失真 0 信号噪声比：Signal-to-Noise Ratio 信号噪声失真比：Signal--to-Noise-and-Distortion Ratio 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -123- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -123- 信号噪声比和信号噪声失真比 信号噪声比：Signal-to-Noise Ratio 信号噪声失真比：Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio Vin Vout 0 0 SNR 0.1% SNDR 0.1% 失真 1% 失真

版权©2014，版权保留，侵犯必究 目录 ·噪声定义 共源放大器的噪声 源极跟随器的噪声 共栅放大器的噪声 电流镜的噪声 ·差分对的噪声 ●密勒CMOS OTA的噪声 容性噪声匹配 电压/电流检测器的噪声对比 Ref.:W.Sansen:Analog Design Essentials,Springer 2006 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -124- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -124- 目录  噪声定义  共源放大器的噪声  源极跟随器的噪声  共栅放大器的噪声  电流镜的噪声  差分对的噪声  密勒CMOS OTA的噪声  容性噪声匹配  电压/电流检测器的噪声对比 Ref.: W. Sansen : Analog Design Essentials, Springer 2006

版权©2014，版权保留，侵犯必究 噪声和时间的关系 VN ?为平均噪声功率 Ref.:Van der Ziel(Prentice Hall 1954,Wiley 1986),Ott(Wiley 1988) 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -125- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -125- 噪声和时间的关系 Ref.: Van der Ziel (Prentice Hall 1954, Wiley 1986), Ott (Wiley 1988) vN t t 2 N v 2 N v 为平均噪声功率

版权©2014，版权保留，侵犯必究 噪声和频率的关系 噪声密度V2Hz 1/f噪声 (V/VHz)RMS dv 白噪声 f df f2 积分噪声VRMS a--awaf-vG店fag 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -126- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -126- 噪声和频率的关系 f1 f2 f df 1/f 噪声 白噪声 2 d N v 2 N v 积分噪声 2 V /Hz RMS (V/ Hz) 噪声密度 22 2 2 12 N N 2 1 N 1 d d ( )d f v v vf f fv f = = = − VRMS ∫

版权©2014，版权保留，侵犯必究 电阻的噪声为热噪声 dv 4kTRdf 为白噪声，值由T决定，与无关 当R=1k2,T=300K(27C)时 dv =4 n(V/Hz)RMS 4kT df 为白噪声 R 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -127- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -127- R 2 d R i R 2 d R v 2 d 4 n(V/ Hz) R RMS v = 电阻的噪声为热噪声 2 d 4k d R v TR f = 2 2 R R 2 d 4k d d v T i f R R = = 为白噪声，值由T决定，与IR无关 当R=1 kΩ，T=300 K(27 C˚) 时 为白噪声

版权©2014，版权保留，侵犯必究 电阻的积分噪声一1 Rs A个 Vin Vout BW f dv=4kTRsdf 1 BW 2TTRsC (W) 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -128- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -128- S S S 2 S 2 2 2 0 d 4k d d 1 (/ ) R R R v TR f v v f BW ∞ = = + ∫ 电阻的积分噪声—1 vin RS CL vout S 2 d R v f A BW S L 1 2π BW R C =

版权©2014，版权保留，侵犯必究 电阻的积分噪声一2 A 9 dv 1+(f/BW)2 00 dx T 1+X2 2 BW BW=BW 2 4KR,8W kT C C=1pFVR。=64.5VRMs 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -129- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -129- S S 2 S 2 L π 4k 2 k R R v TR BW T v C = = 电阻的积分噪声—2 2 0 d π 1 2 x x ∞ = + ∫ = = C v L 1 pF 64.5 RS μVRMS S S 2 2 2 0 d 1 (/ ) R R v v f BW ∞ = + ∫ f A BW π 2 BWn = BW

版权©2014，版权保留，侵犯必究 噪声密度与积分噪声 A1 dv 4kTRsdf f ew kT BWBW C 噪声密度V2Hz)~R（或1/gm) 积分噪声VRMS~1C 复旦大学射频集成电路设计研究小组 -1210- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -1210- S S S 2 S 2 2 2 0 L d 4k d d k 1 (/ ) R R R v TR f v T v f BW C ∞ = = = + ∫ f A BW BWn 噪声密度与积分噪声 2 S m (V /Hz) ( 1/ )  R g 积分噪声V 1/ RMS L  C 噪声密度 或

版权©2014，版权保留，侵犯必究 电阻也有1f噪声 =v哈K5Raf 1f噪声 R A f +一 KFRs≈2×1021Scm2 R KFRpoly≈10 KFRSI 例如：20个方块，每个502/口，构成R=1k2,宽为1μm, VR=0.1V,在1Hz时 Vdv元=16nV1Hz)RMs Ref.:Vandamme,ESSDERC 04 复旦大学 射频集成电路设计研究小组 -1211- 唐长文

复旦大学 射频集成电路设计研究小组 唐长文 版权©2014，版权保留，侵犯必究 -1211- 例如：20个方块，每个 ，构成R=1 kΩ，宽为1 μm ， VR=0.1 V，在1 Hz时 VR R f 2 d R v 电阻也有1/f 噪声 -21 2 RSi Rpoly RSi 2 10 Scm 10 KF KF KF ≈ × ≈ 50 / Ω  f 2 d 16 n(V/ Hz) R RMS v = f 2 2 R R R d d R KF R f v v A f =  1/f 噪声 Ref.: Vandamme, ESSDERC ‘04