有源电感、频率范围与差分两倍因子
对应:0245–0247。
0245:从输出测试电流解阻抗
测量源极输出阻抗时,栅极经 RS 接 AC 地。只保留 CGS=C、gm,暂时移除外置 CL:
(GS+sC)vg−sCvo=0,it=(gm+sC)(vo−vg).
先解 vg=sRSCvo/(1+sRSC),代入:
Zo=gm+sC1+sRSC.
低频与高频极限为
Zo(0)=1/gm,Zo(∞)=RS.
以 ωT=gm/C,精确重写:
Zo=gm1+1+s/ωTsLeff,Leff=ωTRS−1/gm.
在 ω≪ωT 且 gmRS≫1 时,
Zo≃gm1+sL,L≃RS/ωT=RS/(2πfT).
感性项显著的频带约为
gmRSωT≪ω≪ωT.
因此教材「up to fT」应理解为尺度上限,并非在 fT 处仍能无误差使用纯电感近似。RS 是高频平台,不是低频串联电阻;低频串联电阻是 1/gm。
若原图保留外置 CL,总阻抗还要取
Zloaded=[Zo−1+sCL]−1.
不能一面保留 CL,一面宣称上面的无负载 Zo 是总阻抗。
0246:用 MOS 电阻代替 RS
二极管连接 PMOS 若为 AC 地参考且 gmp≫gop,其电阻约为 1/gmp:
L≃gmpωTn1.
采右侧低压配置时,源极跟随器的近单位跟随使 PMOS 的栅极/漏极小信号近似短接,才可沿用相同电阻。这要求中间跟随增益接近 1、内部极点高于使用频带;不能在任意频率把复合反馈支路当成理想电阻。
依图上的 DC 节点电压:
- 电阻反馈的基本配置:VDSn=VGSn。
- 中间 PMOS 二极管配置:VDSn=VGSn+VSGp。
- 右侧低压配置:VDSn=VSGp。
以上 PMOS 电压使用正值 VSGp,避免原图 VGSp 的符号混用。
0247:差分半电路
左右匹配,tail 电流源对差模形成虚地;每边的上管阻抗近似
Zh≃rh+sLh,rh=1/gm2,Lh=Rtune/ωT2.
两个 output 之间量到的阻抗是 2Zh。所以若图右画的是跨两端的实体等效电感,其值为
Ldiff=2Lh=ωT22Rtune.
教材标 L=Rtune/ωT2 可当半电路电感,但不能同时把它当完整两端差分电感,否则差一倍。
跨输出的电容 C 在半电路等效为 2C,因而
avd(s)≃1+2sCrh+2s2CLhgm1(rh+sLh).
低频 ∣avd(0)∣=gm1/gm2,重现教材;无阻尼共振尺度则为
ω0=1/2LhC。峰化由二阶分母及一个零点共同决定。
近似与验算
| 近似 |
条件 |
失效情况 |
| Zo 忽略其他寄生 |
go,CGD,CDS、负载效应小 |
真实高频 |
| Leff→RS/ωT |
gmRS≫1 |
gmRS≤1 不呈此感性 |
| 1/(1+s/ωT)→1 |
ω≪ωT |
接近截止 |
| PMOS →1/gmp |
gmprop≫1,频率远低于其极点 |
电阻也变成频率函数 |
| 差分半电路 |
左右匹配、纯差模 |
共模、mismatch |
不用额外 SFG:从上一组二节点模型直接取极限即可。L 的系数及差分阻抗因子在符号与数值检查中分开验证。
来源对照
| 幻灯片 |
PDF 页 |
书本页 |
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