《半导体集成电路》考试题目及参考答案讲解学习

图1.11（b） 解：当M1栅极加小信号时，漏电流的变化是抽取的，则电压的变化为－

g

m1

△Vx 。这个电流在图（a）中是从

RD中

RgDm1△Vx ；而在图（b）中电流是从M2中抽取的，产生的

电压摆幅仍为－

Rg

Dm1

△Vx 。因此两种接法的增益都为

?Vout?Vin＝

??RDg?Vx m1???Vx ＝－

RgDm1。

10．什么是差动信号？简单举例说明利用差动信号的优势。 解：差动信号信号定义为两个结点电位之差，且这两个结点的电位的相对于某一固定电位大小相等，极性相反。在差动信号中，中心电位称为“共模”电平。 差动工作与单端工作相比，一个重要的优势在于它对环境噪声具有更强的抗干扰能力。例如在电路中的两条相邻的信号，分别传输易受干扰的小信号和时钟大信号，由于两条线之间存在耦合电容，小信号就会受到干扰，因此，将易受干扰的小信号分成两个大小相等，相位相反的信号进行传输，那么时钟对这两个信号的干扰相同，从而使其差值保持不变。差动信号的另一个有用的特性是增大了可得到的最大电压摆幅。和单端的同类电路相比，差动电路的优势还包括偏置电路更简单和更高的线性度。虽然差动电路所占地面积增大，但其众多优点使其重要性远超过了面积可能增加的缺憾。

11．在图1.12所示的电路中，M2管的宽度是M1的两倍。计算的小信号增益。

解：如果M1管和M2管的栅极直流电位相等，则

Vin1和

Vin2的偏置值相等时

VGS1＝

VGS2，且W2=2W1，所以由式子

I知

=D12?CnoxWL?V? ?GSVTH2ID2＝2ID1?2Iss3。

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图1.12

因此，由

gm=

?VGS?ID=

?CnoxWL?V? = 2? Cox ?GSVTHnW 知 IDLg

m1

＝ 2? Cn ox2WW 2 3 ＝2g。 ，＝3 ?gIssnCoxL2Issm2m1L所以，

AV?12RD?1m1

g ＝

m12g43RDgm1

12． 图1.13电路中，用一个电阻而不是电流源来提供1mA的尾电流。已知：?WL?1,2＝ 25/0.5，

VTH=0.6V,

?Cnox=50?A/V2 ，????0，

VDD=3V。

（c） 如果

Rss上的压降保持在0.5V，则输入共模电压应为多少？

（d） 计算差模增益等于5时解：（a）由于

RDD的值。

ID1＝

ID2＝

I/2＝0.5V，则可得

2ID1＋＝1.23V VGS1＝VGS2＝WVTH?nCoxL因此，

Vin.CM＝

VGS1＋0.5V＝1.73V。

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图1.13

（e） 每个晶体管的栅跨导为

gm=

?VGS?ID=

?CnoxWL?VGS?VTH?

= 2? Cn oxW ＝1?623?? ID1L要使增益为5，即RDgm＝5，所以RD＝5/

gm＝3.16K?

13．在图1.14（a）中，假设所有的晶体管都相同，画出当

VX从一个大的正值下降时

IX和

V

B

的草图。

VddVxIrefM0AM1NM3BM2

图1.14（a）

解：对于

VXM2 与M3 都处在饱和区，IX＝IREF且VB＝VA。随着VX?VN?VTH，

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的下降，那一个晶体管首先进入线性区，M2 还是M3 ？假设先M2进入线性区。要使之成立，

VDS2必须下降，且因为

VGS2保持恒定，

ID2也必须下降。这意味着当

ID3下降时

V当

GS3上升，如果M3仍然处在饱和区的话，这是不可能发生的。因此，M3首先进入线性区。 下降到小于

VVXV?VNTH3时，M3进入线性区，需要一个更大的栅源过驱动电压以维持

相同的电流。因此，如图1.14（b）所示，着

与

V

B

开始下降，导致

ID2即

IX有少许下降。随

XV

B

进一步下降，最终可得

V

BA

－

VTH2，M2进入线性区。此时，

IXD2开始

急剧下降。当

VX＝0时，

IX＝0且M2 与M3工作在线性区。注意，随着

V下降到

V?VNTH3以下，由于

gm3在线性区会有下降，共源共栅的输出阻抗将迅速减小。

IX VNB I

REFV?V

GS3 V?VNTH3 VX

V?VNTH3

VX

V

解：因为 所以

A

－

VTH2＋

VDS3

图1.14（b） 图1.14（c）

14．在图1.15中，如果所有的管子都工作在饱和区，忽略沟道长度调制，求M4的漏电流。

ID2＝

I??WL??WL??

REF21ID2＝

IID3 且

ID4＝

I??WL??WL??

D343ID4＝??REF，其中，?=?WL?2?WL?1，?＝?WL?4?WL?3。选择合适的

?和?可以确定ID4与IREF之间或大或小的比率。

16．假设图1.16中所有的晶体管都工作在饱和区，且?WL?3=?WL?4，????0，求的表达式。

解：因为所有的晶体管都工作在饱和区，所以我们有

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