北京大学信息学院考试试卷 考试科目:模拟集成电路原理与设计考试时间: 专业级班主讲教师 姓名 学号 四五六七总分 题号得分 说明: 各 MOSFET均工作在饱和区,除非另做说明。 1、电路如图1所示,图中各晶体管均工作于饱和区。使用各晶体管的gm、r。(如 MI的gm、r表示为gml、ro)表示电路的Rou(10分) va·M1 M va2·斗 X M BieM Auxiliary Amplifier M 图
北京大学信息学院考试试卷 装 订 线 内 请 勿 答 题 考试科目：模拟集成电路原理与设计 考试时间： 专业 级 班 主讲教师___________ 姓名 学号________________ 题 号 一 二 三 四 五 六 七 总分 得 分 说明： 各 MOSFET 均工作在饱和区，除非另做说明。 1、 电路如图 1 所示，图中各晶体管均工作于饱和区。使用各晶体管的gm、r（如o M1 的gm、ro表示为gm1、ro1）表示电路的Rout。（10 分） 图 1
解: A 而A即为点X到点P的增益:A=8m5:Rm 很容易求得此折叠共源共栅放大器(辅助放大器)的输出阻抗为 R )川[gnn(|r) 最终总的输出阻抗等于: Rour=A·gm3·r3 gm331·8n3{gm1rnrn3)川[区m:rn(s‖那
解： OUT oom 133 ≈ ⋅ ⋅ rrgAR 而 A 即为点 X 到点 P 的增益： m5 RgA OUT1 = ⋅ 很容易求得此折叠共源共栅放大器（辅助放大器）的输出阻抗为： ( ) [ ( )] 1 131111 9577 || || OUT oom ooom ≈ ⋅ ⋅ rrrgrrgR 最终总的输出阻抗等于： { } ( )( [ ] 1311115133 9577 133 || || oommoom ooom OUT oom rrrgrrggrrg rrgAR ⋅⋅⋅= ⋅ ) = ⋅ ⋅
2、计算如图2电路的增益。(15分) R 图2 解: 此电路当中,电阻Rf检测输出电压并向X节点返回一个逾七成正比的 电流,因此这种反馈可以看作是电压一电流型。通过诺顿等效来代替in 和Rs如下图左,并把Rs看作是主放大器的输入电阻,断开环路如下图 右,忽略沟道长度调制效应的影响,则开环增益为: RF 月 Re R OPEN mm=(R、R)gm(R‖R) 这里ⅠN=w·Rs,电路的环路增益为Y21 REOPEN。且由于反馈网络仅 由Rf组成,Y21 因此,电路的电压增益等于 OUT 1(R3|R)gn(R2‖R BNR1+(Rl‖R)8nR、/(R3+R)
2、 计算如图 2 电路的增益。（15 分） 图 2 解： 此电路当中，电阻 Rf 检测输出电压并向 X 节点返回一个逾七成正比的 电流，因此这种反馈可以看作是电压—电流型。通过诺顿等效来代替 Vin 和 Rs 如下图左，并把 Rs 看作是主放大器的输入电阻，断开环路如下图 右，忽略沟道长度调制效应的影响，则开环增益为： ( )( open FDmFS IN OUT OPENO RRgRR I V R || || , = ⋅⋅−= ) 这里 RVI SININ = ⋅ ，电路的环路增益为 。且由于反馈网络仅 由 Rf 组成， RY ,21 OPENO RF Y 1 21 − = 。因此，电路的电压增益等于： ( ) ( ) () ( ) FSSmFD FDmFS IN F OUT RRRgRR RRgRR RV V +⋅⋅+ ⋅ ⋅ ⋅ − = ||1 / 1 || ||
3、某电路的传输函数如下式所示,其中an1<D2·(10分) 8mIRsgmgr(l-S Vin 1+S8mgR,rs CC+Sr,rs(CeCl+CCCL) )确定其零点、主极点f1、非主极点fp2 b)若低频小信号增益A=5000,f-=12KHz,f2=20MHz,f=50MHz,计 算相位裕度 解 a)由系统传输函数 H(s) 1+ Is+ 由a 可知,一次项系数主要由—决定。则有 mgr.RSCO 相应的主板点为fn L IgmgR, CC 又由二次项系数为 可知,非主极点等于 8m Co Li 2T 2r(CECL+CcCL 零点等于f=0z=8m 2TC b)GBW=4fn=6×10°其中零点较远可暂不考虑其影响,则有 GBn GBn PM=90-tan - tan tn/6×10° 6×10 20×10 50×10°
3、 某电路的传输函数如下式所示，其中ω p1 << ω p2 。（10 分） 1 ( ) )1( 2 9 9 91 CSLm LCLESL m C LmSm in out CCCCRRsCRRsg g CsRgRg V V + + + − − ≈ a) 确定其零点fz、主极点fp1、非主极点fp2； b) 若低频小信号增益Av0=5000，fp1=1.2KHz，fp2=20MHz，fz=50MHz，计 算相位裕度。 解： a) 由系统传输函数 2 21 21 0 1 2 0 1111 111 )( s s A ss A sH p ωω p pp ωωωω pp ⋅+ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + = 由ω p1 << ω p2 可知，一次项系数主要由 1 1 ωp 决定。则有： CSLm p 9 CRRg 1 1 ≈ ω 相应的主极点为 CSLm p CRRg f 9 1 2 1 π = 又由二次项系数为 21 11 ωω pp ⋅ 可知，非主极点等于 fp2= ( ) LCLE p Cm CCCC Cg + = ππ ω 22 2 9 零点等于 C Z m z C g f ππ ω 22 9 == b) 其中零点较远可暂不考虑其影响，则有： 6 10 ×=⋅= 106 p fAGBW 0 6 6 1 6 6 0 1 1 2 0 1 66 1050 106 tan 1020 106 tan90 tan90 tan ≈⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ × × −⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ × × −= ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= − − − − z f GBW f GBW PM p
4、画出折叠共源共栅运算放大器的电路图,要求如下:差分输入(NMOS差 分对),单端输出,输出摆幅尽可能不受 MOSFET阈值电压的限制。(10
4、 画出折叠共源共栅运算放大器的电路图，要求如下：差分输入（NMOS 差 分对），单端输出，输出摆幅尽可能不受 MOSFET 阈值电压的限制。（10 分）