关于一个二级运放的若干细节问题

haitang123

问题一：各位前辈们好，我是一个在校学生。本科以及研一之前学习的都是微电子器件方向。下学期就研二了，导师让跟做材料，经过考虑后不是很喜欢材料。我觉得还是设计有前途，特别是模拟设计。请问现在开始入手晚吗？ 电路、模拟电路、数字电路、高频电路、信号与系统、自动控制等基础课也都学习过，但是大部分都忘记了。各位大神们也都知道，器件就是研究个中器件内部细节以及影响因素的，对于电路分析方面也都是最最基本的电路，比如三极管基本放大电路、闩锁等一些效应。软件应用上也都基本上忘完了。总之，就是电路基础很差。现在重新转行来得及吗？
    问题二：下边是本人借用网上的一个二级运放，对于具体工作细节不是很了解，忘予以解答。
1、为什么采用镜像源做驱动，或者说电路图中的驱动电路和下面这幅驱动相比有什么优点？
2、对于图2.1而言，因为驱动电路中的两条支路电流相同，如果M8=M9,M10=M11=M13（均指长宽比，或者管子参数完全相同）,如此要形成对称结构（是不是全部驱动就是电流镜结构，或者是只有一部分是电流镜），则要要求M12和电阻Rb的和=M13的电阻。为什么别人计算的是Rb=1/gm13，难道不考虑M12的影响？还是因为采用了那个4倍关系造成的误差。

3、这里电阻的作用是什么？为什么不直接让M12=M13，如此对称性不是更好？
4、外加信号加在了两个NMOS的栅极上，当然是通不过去的，只是控制两个MOS沟道导通后的电流的，往往输入信号很微弱，那么能保证MOS导通，是不是就是要计算的的长宽比之类的决定的？有的资料上说，差分级的MOS也得工作在饱和区，但是不是说，达到饱和后，多余的电压大都加在耗尽区上，不再贡献源漏电流了吗？如此，当要放大的信号超过，哦，犯糊涂了，那是源漏电压，不是栅极电压。这个不算
5、第一级的输出对第二级的M6起偏置作用，对那个补偿电容起充放电作用吧？中间的差分电路是对称的，对吧？看那个差分输出节点，电流分流方向向上和向右，由于那个多余的触角作用，会不会影响差分的对称性？（因为别人做的说M1=M2,M3=M4。）我想，电路上加了输出后，对差分绝对是有影响的呢。
如此就又引出了一个问题，即到底对Cs充放电的电流是差分的右边输出提供的呢，还是整个差分提供的呢？因为从电路上来看，如果将输出移动到M5的下边，好像才是总的差分的功效。但是就这个图2.1，好多人的论文中计算那个转换速率SR（转换的是什么呢）用的是晶体管M5的饱和电流/Cc，结果他们算出来是60，但是实际上只有35左右。我觉得是用0.5倍的M5的饱和电流去算更合适，毕竟这里对Cc充放电的应该是差分右边的那条支路吧？这里忽略掉那个多余的触角的影响，所以应该是30（触角的影响算是5）.如果这一点我错了，还望大侠们能予以指正。
  问题有点多，希望大家不要嫌麻烦呀。

haitang123

另外再问一个问题：.18um工艺，指的是所用的晶体管的沟道长度是0.18u吗？ .18工艺中能让晶体管的沟道长度为1um吗？  1微米的话是不是就算是1um工艺了？还是说这只是一个工艺，只有下限没有上限。即，0.18um工艺中也可以使沟道长度等于1um呢？
  我设计的管子沟道长度统一是1um的，但是我们ASIC上学习的都是0.18微米的。能不能把所有管子的长宽比不变，把长度都改成0.18微米呢？这样子对电路性能指标会产生影响吗？

sh_nouvell

还是先把电路适当分解好再分析更有效率一些

feynmancgz

回复 1# haitang123


   1、采用电流镜更精确
   2、由于W/L12=4（W/L13），所以，Vgs12-Vt=0.5*（Vgs13-Vt），故而可得到电阻R的值为1/gm13
   3、这是个自偏置电压源。如果像你说的，去掉电阻，采用M12=M13，那存在许多简并点，电路无法启动。只有像这样，线性源和非线性源互相作用，电路只存在非0外的一个简并点
   5、SR是大信号特性，而你是按照小信号来分析的，会得到错误的结论
   0.18um工艺指的是这个工艺所允许的最小栅长是0.18um，大于这个值得栅长都是被允许的。采用最小栅长，速度会变快，但是本征增益会下降

feynmancgz

回复 1# haitang123


   只要肯下功夫，转行当然是可以的。但做模拟非常累，何况你是转行的，LZ慎重。。。

haitang123

回复 5# feynmancgz


    嗯，谢谢你。累倒是不怕，我喜欢电路，特别的想把其中每个元件的作用都弄清楚，觉得电路很有意思，现在我每天都呆在实验室看电路，觉得很有意思，也很喜欢这种充实的感觉。
    对于你说的那几种答案，我都没有听说过。

   （比如电路简并点，是不是零点和极点呀？简并是不是指的是：分子上或分母下，等于零的因子是高次幂呢？简并造成的影响是不是电路震荡呢？零点是不是系统导致输出为零的点呢？还是说零极点的定义只是从传递函数的形式上来定义的？总觉得应该是有物理实质的。其在电路上的定义总不能说：零点就是振幅和相位开始单调递增的转折点，极点就是单调递减的点吧？我觉得要是象"零点就是导致系统输出为零的点"这样子简明扼要的定义就好了）

不过前辈说得话听起来很有道理的。下去我会好好弄懂那几个概念的，再次谢谢你。

moonnejs

上面提到的简并点应该是指电路的两个稳定直流工作点。
是指上下都是电流镜的电路，存在两个稳定的情况。
一种是两个电流镜支路流过的电流都是零
一种是两个电流镜支路正常流过电流的情况
这种所说的简并的电路，一般是加一个启动电路，让电路启动的时候偏离第一种情况

还有零点是输出为零的点，系统函数上也可以看到，我们做估算的时候也是用这个概念，但是这样的解释应该不能完全概括零点的特性

LZ的数学功底和抽象思维应该不错，学电路应该是没问题的，只是要做好持久战的准备了
我也是本科学物理，现在研究生在学电路的，也是初学，有问题我们可以交流下 QQ：549073987
我建议LZ先看一套国外的模拟电路教程和看一本模电的教材，慢慢来 先学习模电的相关基础知识

feynmancgz

回复 6# haitang123

haitang123

回复 7# moonnejs


    嗯   刚开始看拉扎维的   不过不知道和艾伦的比  入门看哪个更好呢？ 模电都学过了 当时感觉还不错  再复习一遍比较容易的
    你的回答让我意识到了 转专业是可行的  看！ 您的知识都已经这么渊博了 我辈定将您看作转专业的典范  加倍努力的  相信我学上一阵子   对于电路的分析应该不是什么问题了的  
  谢谢你   兄台  一起加油

feynmancgz

回复 6# haitang123


   7楼的解释是正确的。我再进一步阐述一下。
   如上图，左边为无电阻的电路。上面和下面的电流镜都是线性源，即I1-I2和I3-I4的关系都是线性的。如右上图所示，当I1-I2和I3-I4两条曲线（黑实为I1-I2，红虚为I3-I4）都是线性的，若两条曲线重合，你就会发现，会有无数个电路可稳定运行的点，若考虑mismatch的话，也会有很多个。这样即使加入启动电路，使电路脱离零值点，那电路稍有波动，就会偏到其他可以运行的点上去，那么整个电路的运行会非常不稳定。这样这个电路是没法工作的。
   如果加入电阻，那么下面的电流镜就变成了非线性源。两条曲线只有非0外的一个稳定工作点。这样，加入启动电路使电路脱离零值状态，进入这个工作点，电路就可以一直稳定工作了。
   记住，启动电路在电路进入稳定工作状态前一直是正反馈，使电路一直向这个点移动，进入稳定工作点后；启动电路变为负反馈或消除作用，电路就开始工作了。