结型场效应晶体管(JFET)可能是最简单的晶体管。它具有一些重要特性,尤其是非常高的输入电阻。然而不幸的是(对于 JFET 而言),MOSFET 的输入电阻甚至更高。这一点,加上 MOS 晶体管的许多其他优点,使得 JFET 几乎过时了。目前,它的应用仅限于分立电路设计,其中它既用作放大器,又用作开关。它的集成电路应用仅限于某些运算放大器的差分输入级的设计,其中利用了它的高输入电阻(与 BJT 相比)。在本节中,我们简要介绍 JFET 的工作原理和特性。将 JFET 纳入电子学研究的另一个重要原因是,它有助于理解砷化镓器件的工作原理,这是下一节的主题。
模块-1 BJT偏置:BJT放大器电路中的偏置:经典离散电路偏置(电压 - 分隔偏置),使用收集器偏置以基本反馈电阻。小信号操作和模型:收集器电流和跨导性,基本电流和输入电阻,发射极电流和输入电阻,电压增益,信号和直流数量分离,即混合π模型。MOSFET:MOS放大器电路中的偏置:固定V GS,固定V G,排干到门反馈电阻。小信号操作和建模小:直流偏置点,漏极中的信号电流,电压增益,小信号等效电路模型,跨导性。
第二级 第二级或中间级由 Q 16 、 Q 17 、 Q 13 B 和两个电阻器 R 8 和 R 9 组成。晶体管 Q 16 充当射极跟随器,从而使第二级具有高输入电阻。这最大限度地减少了输入级的负载并避免了增益损失。此外,添加具有 50kΩ 发射极电阻的 Q 16(类似于 Q 7 和 R 3 )可增加第一级的对称性,从而提高其 CMRR。晶体管 Q 17 充当共射极放大器,发射极中带有 100Ω 电阻。其负载由 pnp 电流源 Q 13 B 的高输出电阻与输出级的输入电阻并联组成(从 Q 23 的基极看)。使用晶体管电流源作为负载电阻(有源负载)可以获得高增益,而无需使用大电阻,因为大电阻会占用很大的芯片面积并需要很大的电源电压。
背景和目标:本文首次设计并介绍了一种基于电流镜和折叠级联拓扑组合的新型折叠镜 (FM) 跨阻放大器 (TIA) 结构。跨阻放大器级是接收器系统中最关键的构建块。这种新型拓扑基于电流镜拓扑和折叠级联拓扑的组合,采用有源元件设计。其理念是在输入节点使用电流镜拓扑。在所提出的电路中,与许多其他已报道的设计不同,信号电流(而不是电压)被放大直到到达输出节点。由于使用二极管连接的晶体管作为电流镜拓扑的一部分,所提出的 TIA 具有低输入电阻的优势,这有助于隔离主要输入电容。因此,以相当低的功耗实现了 5Gbps 的数据速率。此外,设计的电路仅使用了六个有源元件,占用的芯片面积很小,同时提供 40.6dBΩ 的跨阻抗增益、3.55GHz 频率带宽和 664nArms 输入参考噪声,并且仅消耗 315µW 功率和 1V 电源。结果证明了所提出的电路结构作为低功耗 TIA 级的正确性能。方法:所提出的拓扑基于电流镜拓扑和折叠级联拓扑的组合。使用 Hspice 软件中的 90nm CMOS 技术参数模拟了所提出的折叠镜 TIA 的电路性能。此外,对晶体管的宽度和长度尺寸进行了 200 次蒙特卡罗分析,以分析制造工艺。结果:所提出的 FM TIA 电路提供 40.6dBΩ 跨阻增益和 3.55GHz 频率带宽,同时使用 1V 电源仅消耗 315µW 功率。此外,由于分析通信应用中接收器电路中输出信号的质量至关重要,所提出的 FM TIA 对于 50µA 输入信号的眼图打开约 5mV,而对于 100µA 输入信号,眼图垂直打开约 10mV。因此,可以清楚地显示眼图的垂直和水平开口。此外,跨阻增益的蒙特卡罗分析呈现正态分布,平均值为 40.6dBΩ,标准差为 0.4dBΩ。此外,FM TIA 的输入电阻值在低频时等于 84.4Ω,在 -3dB 频率时达到 75Ω。通过对反馈网络对输入电阻的影响的分析,得出了在没有反馈网络的情况下,输入电阻可达1.4MΩ,由此可见反馈网络的存在对于实现宽带系统的重要性。结论:本文本文介绍了一种基于电流镜拓扑和折叠级联拓扑组合的跨阻放大器,该放大器可放大电流信号并将其转换为输出节点的电压。由于输入节点存在二极管连接的晶体管,因此 TIA 的输入电阻相对较小。此外,六个晶体管中有四个是 PMOS 晶体管,与 NMOS 晶体管相比,它们的热噪声较小。此外,由于前馈网络中未使用无源元件,因此所提出的折叠镜拓扑占用的片上面积相对较小。使用 90nm CMOS 技术参数的结果显示,跨阻增益为 40.6dBΩ,频率带宽为 3.55GHz,输入参考噪声为 664nArms,使用 1 伏电源时功耗仅为 315µW,这表明所提出的电路作为低功耗构建块的性能良好。
ISA-WELD® ISA-WELD® 电阻器由实心电子束焊接复合材料冲压而成,该复合材料由铜和我们的电阻合金之一(例如 MANGANIN ® 或 ZERANIN ®)组合而成。电阻器可通过冲压和弯曲进行调整,以适应几乎任何形状和应用。铜端子的输入电阻相对较低,热导率高,储热能力强,分流器内的电流密度和散热量也高,这些优点还体现在以下方面。ISA-WELD ® 分流器特别适用于极低欧姆值(在 0.5 至 5 mOhm 范围内)。它们可用作 SMD 或母线组件。
ISA-WELD ® 电阻器由实心电子束焊接复合材料冲压而成,该复合材料由铜和我们的电阻合金(例如 MANGANIN ® 或 ZERANIN ® )组合而成。电阻器可通过冲压和弯曲进行调整,以适应几乎任何形状和应用。铜端子的输入电阻相对较低,热导率高,储热能力强,分流器内的电流密度和散热量也高,这些优点进一步体现出来。ISA-WELD ® 分流器特别适用于极低欧姆值(在 0.5 至 5 mOhm 范围内)。它们可用作 SMD 或母线组件。
• 增益和频率调整的灵活性:由于运算放大器可以提供电压增益,有源滤波器中的输入信号不会像无源滤波器那样衰减。有源滤波器的调整或调谐非常容易。• 无负载效应:由于运算放大器的输入电阻高、输出电阻低,有源滤波器不会导致输入源或负载的加载。• 成本和尺寸:由于可以使用低成本运算放大器并且不需要电感器,有源滤波器比无源滤波器便宜。• 寄生效应:由于有源滤波器尺寸较小,因此寄生效应较少。• 数字集成:模拟滤波器和数字电路可以在同一 IC 芯片上实现。• 滤波功能:有源滤波器可以实现比无源滤波器更广泛的滤波功能。• 增益:有源滤波器可以提供增益,而无源滤波器通常会产生很大的损耗。
如今,尤其是对于便携式设备而言,低功耗是延长电池寿命的基本约束。在这种情况下,传统电路无法满足要求。需要重新设计采用较低技术的电路,使其在减少供电的情况下也能正常工作,这是设计师的主要关注点。虽然规模化技术有助于通过要求低供电来降低功耗,但同时,如果设计是模拟的,二阶效应就会变得突出。在数字中,这种影响不会使性能下降太多。在任何 IC 中,性能都由用于构建它的组件决定。如果 IC 中使用的子块消耗的功率较低,则意味着整个系统的性能会更好。对于模拟 IC,电流镜是广泛用于大多数电路的基本块之一。电流镜的理想特性包括大动态范围、宽带宽、低输入电阻和高输出电阻。然而,在纳米技术中,