超超大规模集成电路与系统研究中心CMOSAnalogDesignHomework1SolutionBy:张涛（tomjerry@126.com）2007年3月18日作业内容：一、书本上的习题2.22.5(a)、(b)、(c)2.6(a)、(b)2.72.152.82.182.24参考解答过程2.2.（1）对于NMOS，工作在饱和区时，有：==1超超大规模集成电路与系统研究中心（忽略沟长调制效应）=3.66mAV=20A==73.3（2）对于PMOS，公式基本同上==（忽略沟长调制效应）=1.96mAV=10A==19.62.5a.若不考虑二级效应，则=实际情况下，由于衬偏效应会影响2超超大规模集成电路与系统研究中心IX~VX曲线图b.（1）当0〈〈1时，S、D反向VGS-VTH=1.2-VX〉VDS此时，NMOS处于S、D方向的三极管区（2）当1〈〈1.2时，VGS-VTH=0.2>VDS=VX-1（未考虑衬偏效应）此时，NMOS处于正向导通的三极管区IX=（3）当VX1.2时NMOS处于饱和区=3超超大规模集成电路与系统研究中心IX~VX曲线图未考虑衬偏效应时的曲线若考虑衬偏效应，则VTH增大，当衬偏效应比较小，反向后仍有VGS>VTH，曲线同上，当衬偏效应比较大时，VGS0.3时，MOS管截止IX~VX曲线图考虑衬偏效应后，曲线与X轴的交点会该变位置2.6|VGS|=|VDS|=所以|VDS|>|VGS|-|VTH|4超超大规模集成电路与系统研究中心PMOS处于饱区=Gm==ID~VX曲线图Gm与VX曲线图|VGS|=|VDS|=所以VDS>VGS-VTHPMOS处于饱区5超超大规模集成电路与系统研究中心=Gm==ID~VX曲线图Gm与VX曲线图2.7（为了简化运算和分析，这里没有考虑二级效应）1.VOUT有电流通过R1产生，电路工作时，S、D反向。（1）当0〈VIN〈0.7时，MOS管截止VOUT=0（2）当0.7〈VIN〈1.7VGS-VTH=VIN-VOUT-0.7VDS=1-VOUT6超超大规模集成电路与系统研究中心VGS-VTH〈VDSMOS管处于反向导通的饱和区Vout=（3）当1.7〈VIN〈3VGS-VTH〉VDSMOS管处于反向导通的三极管区Vout=VOUT~VIN曲线图2.VOUT有电流通过R1产生，电路工作时，S、D反向。(1).当0〈VIN〈1.3时VDS=VIN-VOUT〈VGS-VTHNMOS处于反向导通的三极管区VOUT=IxR1=R1(2)当1.3〈VIN〈3NMOS处于反向饱区VOUT=IxR1=R17超超大规模集成电路与系统研究中心VOUT~VIN曲线图2.8（a）VS=VDD-VOUTVB=VINVSB=VDD-VOUT-VINMOS管处于二极管连接形式的饱和区其中所以=I1是恒流源，为定值，因此，可以得到VOUT和VIN的关系，见下图VOUT~VIN曲线图（b）VGS=2-1=1VDS=VOUT-1VSB=1-VIN8超超大规模集成电路与系统研究中心当M1处于饱和区边缘时，有VGS-VTH=VDS1-=VOUT-1（1）VOUT==（2）由（1）（2）则可以解出临界VIN01.当0〈VIN〈VIN0时VGS-VTH〈VDSM1处于饱和区VOUT=代入VGS、VTH可得到VIN~VOUT关系2..当VIN0〈VIN〈VIN1时VGS-VTH〉VDSM1处于线性区VOUT=3.当VIN〉VIN1时，VGS〈VTHM1处于截止区代入VGS、VTH、VDS可以得到VINVOUT关系VIN0受电阻R1的大小影响，当R1比较小时，在0~3V时，MOS管一直饱和，随着R1的增加，MOS管在VIN在0~3v时，可能同时经过饱和，三极管甚至截止区VOUT~VIN曲线图（c）S、D反向导通VGS=2-VOUTVDS=2-VOUTVSB=VOUT-VIN9超超大规模集成电路与系统研究中心所以VDS〉VGS-VTHM1始终处于反向导通的饱和区。VOUT=I1R1==其中实际仿真波形如下VOUT~VIN曲线图理论上，VGS〉0，VOUT应该是小于2V的，但是从实际仿真波形图上可以看到，VOUT上升到了2V以上，这是因为VIN上升得比较大之后，衬低的电压大于VOUT，电流会从高电压流到低电压处，并通过R1，使VOUT上升到2V以上。2.15晶体管工作在饱和区且为折叠结构 CDG=15.36fF,CGS=79.36fF求出gm即可工作在饱和区且ID=1mA10超超大规模集成电路与系统研究中心VGS=1.0182V∴2.18因为两图都以源端作为输出端，而由于体效应，源衬电压变化会引起漏源电流变化，从而不适合作为电流源。2.24（a）1.当VG〈|VTHN|时M1截止（1）0〈VX〈VG+|VTHP|M2截止（2）VX〉VG+|VTHP|VX=VDS〉|VGS|-|VTHP|所以M2处于饱和区IX~VX曲线图2.当VG〉|VTHN|时M1导通（1）0〈VX〈VG+|VTHP|M2截止（i）当0〈VX〈VGM1处于三极管区（i...
