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电路设计:折叠式共源共栅两级放大器-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2023-04-18 

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电路设计:折叠式共源共栅两级放大器-KIA MOS管


整体电路

要求 1GHz,80dB,相位裕度60°.

基本满足上述要求,功耗是1.8v*2.2mA。

共源共栅 放大 电路


偏置电路

偏置电路整体设计的比较简单。

为什么在偏置bias2,3要使用两个MOS管串联的方式?


原因是:这样链接考虑到了原电路中间两层的衬偏效应,可以更好匹配原电路。里面那层保持与原管子尺寸相同,外面的W变为原来1/5即可。


用一个管子也行,不过可能需要多次调解。


电流源给的是20微安。在偏执时,将偏置对应的管子W缩小十倍,这样可以减少偏置的功耗,但相应的精度会有所下降。

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放大部分

建议

中间两层管子L=0.3um,其余放大电路管子L=0.2um。这样做是因为考虑到共源共栅电路的放大倍数很大,即使选择L很小依然满足放大要求。而且这样一来可以尽可能的减小Rout而使gm增大。gm越大带宽也越大。


这共源共栅的电流并不是越大越好,我最早使用输入管600mA,右边500mA。不管是放大还是带宽都没有现在左边300mA,右边200mA效果好。


使共源共栅最上面(第一层)的管子的gm/id处于8-10效果不错,其余的带宽相位只能取其一。第二层,第三层是gm/id为10,最下面一层是gm/id取11。


输入管gm/id取得是15,这样一来面积会变大,后续可以适当减小。


这里建议第一层的gm/id取得小一点,这样一来其Vgs会变大,使第二级的放大管gn/id变小,效果也挺好的。第二季放大管的gm/id千万不要太大。


第二级电流也不是越大越好,慎重选择,我的是1mA.


中间两层使用的是L=0.3um这是因为之前增益不太够,而且在L=0.2um时增大gm/id到15依然不够看,只能增大L。但是随之而来的是带宽和相位裕度减小不少。(之前用0.2um的时候带宽1.5GHz,相位裕度65°,但是增益才71dB不够看)。

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调试过程

1. 输入管使用gm/id设计即可。

2. 中间的共源共栅要先确定两条支路电流,然后根据gm/id调整尺寸大小。


3. 调整偏置电路中bias4的 宽长比。当尾管电流过低,增大bias4中N管W/L;过高则调低bias4中N管的W/L。一般按照最前面的要求设计,这个时候只需要调整Bias4即可使四层管子处于饱和,但是如果管子不处于饱和区。调整bias2,3外面管子的宽长比可以改变共源共栅管子的Vds,特别是中间两级。


4.观察第四层管子的Vgs,然后在gm/id与Vgs的图像中选择合适的L与gm/id。如果不加这一步第二级盲目设计会使第二级中有个管子不饱和的情况发生,严重影响增益。



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