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1、2024/7/211提纲(tgng)1、单端与差动的工作方式2、基本( jbn)差动对3、共模响应4、MOS为负载的差动对第1页/共22页第一页，共23页。2024/7/2121、单端与差动的工作(gngzu)方式差动信号定义为两个结点电位之差，且这两个结点的电位相对于某一固定电位大小(dxio)相等，极性相等，结点的阻抗也必须相等。差动工作方式优点：抑制共模噪声(zoshng)增大了可得到的最大电压摆幅偏置电路相对简单线性对相对高第2页/共22页第二页，共23页。2024/7/2132、基本(jbn)差动对2.1定性分析(dngxngfnx)差模特性（假定Vin1-Vin2从-变化到+）Vi
2、n1比Vin2更负，M1截止(jizh)，M2导通，ID2=ISS，因此Vout1=VDD, Vout2=VDD-RDISSn nV Vin1in1逐渐增大，逐渐增大，MM1 1开始导通，开始导通，V Vout1out1减小，由于减小，由于I ID1D1+I+ID2D2=I=ISSSS，MM2 2流经的电流减小，流经的电流减小，V Vout2out2增大；当增大；当V Vin1in1=V=Vin2in2 时，时，V Vout1out1=V=Vout2out2=V=VDDDD- -R RD DI ISSSS/2/2。n n当当V Vin1in1比比V Vin2in2更正时，差动对两侧更正时，差动
3、对两侧情况正好与上述情况相反。情况正好与上述情况相反。第3页/共22页第三页，共23页。2024/7/214共模特性采用NMOS提供(tgng)尾电流ISS，Vin,CM从0开始增加。n n当当V Vin,CMin,CM0 0时，时，I ID1D1=I=ID2D2=I=ID3D3=0=0n nVin,CMVin,CM增加，增加，M3M3导通，处于导通，处于(chy)(chy)三极管区；三极管区；当当Vin,CMVin,CM足够大时，足够大时，M3M3进入饱和区，因此电路进入饱和区，因此电路正常工作状态应满足正常工作状态应满足Vin,CMVin,CMVGS1+(VGS3-VGS1+(VGS3-V
4、TH3)VTH3)n nVin,CMVin,CM进一步增加进一步增加(zngji)(zngji)， Vin,CMVout1+VTHVin,CMVout1+VTH， M1 M1和和M2M2进入三极管进入三极管区区n n因此，因此， V Vin,CMin,CM允许的范围允许的范围第4页/共22页第四页，共23页。2024/7/2152.2定量分析大信号分析如果RD1=RD2=RD，则Vout1-Vout2=RD(ID2-ID1)，可以(ky)用Vin1和Vin2计算出ID2和ID1（假设（假设(jish)电路是对称的，且电路是对称的，且M1和和M2均处于饱和区，且忽略二级效应）均处于饱和区，且忽略
5、二级效应）讨论：讨论：当当Vin= Vin1- Vin2=0， ID= ID1- ID2=0; 当当|Vin |从从0开始开始(kish)增大，增大， |ID |也增大；也增大；等价等价Gm为为第5页/共22页第五页，共23页。2024/7/216讨论讨论(toln)（续）（续）当Vin= 0时，Gm最大因此(ync)，当Vin超过某一限定值（Vin1）时 ，所有ISS电流流经一个晶体管，而另一个晶体管截止（忽略亚阈值(y zh)导通）， Vin1 实际上也是电路可以“处理”的最大差模输入。第6页/共22页第六页，共23页。2024/7/217小信号分析方法一（叠加法）令Vin2=0,求Vin
6、1对X结点( jidin)的影响：电路(dinl)等效为M1管构成的带有负反馈电阻的共源级Rs1/gm2忽略(hl)二级效应第7页/共22页第七页，共23页。2024/7/218令Vin2=0,求Vin1对Y结点( jidin)的影响：先利用戴维南定理先利用戴维南定理(dngl)处理处理M1管和管和Vin1，VT= Vin1,RT=1/gm1；则电路等效为；则电路等效为共栅级形式共栅级形式忽略忽略(hl)二级效应二级效应第8页/共22页第八页，共23页。2024/7/219只施加Vin1时总的电压(diny)增益为整理(zhngl)，同理，可以得到(d do)只施加Vin2时总的电压增益为应用
7、叠加法，得到第9页/共22页第九页，共23页。2024/7/2110方法二（半边电路）辅助定理：考虑图中所示的对称电路，其中D1和D2代表任何(rnh)三端有源器件。假设Vin1从V0变化到V0+Vin，Vin2从V0变化到V0-Vin，那么，如果电路仍保持线性，则Vp值保持不变。假定0。辅助(fzh)定理说明了P点可以认为是“交流地”，即“虚地”。第10页/共22页第十页，共23页。2024/7/2111利用P点虚地（交流( jioli)地）的特点，电路可等效为两个独立的部分，即“半边电路”概念。第11页/共22页第十一页，共23页。2024/7/2112如果(rgu)两个差动对的输入信号不
8、是全差动的，可以将此任意信号表示为差模分量和共模分量。差模增益(zngy)：若ISS是理想(lxing)电流源，共模增益为0；如果考虑沟道长度调制效应，请同学们课后计算差动增益。（例4.4和4.5）第12页/共22页第十二页，共23页。2024/7/21133、共模(nm)响应差动电路对共模扰动影响具有抑制作用，理想差动电路的共模增益为0；实际上，电路既不可能完全对称，电流(dinli)源的输出电阻也不可能为无穷大，结果，共模输入的变化会或多或少传递到输出上。第13页/共22页第十三页，共23页。2024/7/2114电流(dinli)源具有有限电阻的差动对的共模增益：电路等效为带源级负反馈的
9、共源级电路忽略二级效应，此时(c sh)，共模增益为：第14页/共22页第十四页，共23页。2024/7/2115电路不对称且尾电流源的输出(shch)电阻为有限值时，输入共模电压变化对电路的影响：电路不对称情况1：RD1=RD，RD2=RD+RD，当输入端共模发生变化，VX、VY的变化不相等，输出(shch)端产生了一个差动成分。第15页/共22页第十五页，共23页。2024/7/2116电路不对称情况(qngkung)2：M1和M2不匹配，导致流经两个晶体管的电流稍微不同，因而跨导不同，由此可得：得到(d do)输出电压输出(shch)端的差动分量：共模到差模转换的增益第16页/共22页第
10、十六页，共23页。2024/7/2117总之，差动对的共模响应取决于尾电流源的输出电阻和电路的不对称性，表现的两方面的影响：对称电路的输出共模电平变化；输入共模电压(diny)变化在输出端产生差模分量。“共模抑制比”（CMRR）第17页/共22页第十七页，共23页。2024/7/21184、MOS为负载(fzi)的差动对类似单级放大器，差动对的负载也可以采用二极管连接的MOS或者(huzh)电流源作负载。二极管连接的MOS作负载（忽略（忽略(hl)体效应）体效应）第18页/共22页第十八页，共23页。2024/7/2119电流(dinli)源负载的差动对第19页/共22页第十九页，共23页。2
11、024/7/2120共源共栅级差动对半边半边(bnbin)等等效效第20页/共22页第二十页，共23页。2024/7/2121小结(xioji)1、单端与差动的工作方式2、基本( jbn)差动对3、共模响应4、MOS为负载的差动对第21页/共22页第二十一页，共23页。2024/7/2122感谢您的欣赏(xnshng)第22页/共22页第二十二页，共23页。内容(nirng)总结2021/11/11。当Vin1=Vin2 时，Vout1=Vout2=VDD-RDISS/2。如果RD1=RD2=RD，则。Vout1-Vout2=RD(ID2-ID1)，。可以用Vin1和Vin2计算(j sun)出ID2和ID1。令Vin2 =0, 求Vin1对Y结点的影响：。辅助定理说明了P点可以认为是“交流地”，即“虚地”。第11页/共22页。类似单级放大器，差动对的负载也可以采用二极管连接的MOS或者电流源作负载第二十三页，共23页。
