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问个mos管热噪声的基础问题

时间:12-12 整理:3721RD 点击:
遇到个基础问题,想请教大家一下。对于MOS的热噪声来说,不是Gm越大,噪声越低吗?在附件的电路图里,我把管接成反馈,自动偏置,电流源固定2uA。

我把宽长比1um:1um调到2um:1um,gm从23.2uS增加到28uS(不知道为什么不增加根号2倍)。图中的低频部分热噪声反而增加了(蓝线为2um:1um的情况),我觉得gm增加热噪声就应该降低。不知道为什么会出现这种情况。
小弟新手上路,求助各位大神,谢谢!


※ FROM: 159.226.165]
※ 来源:·水木社区 http://www.newsmth.net·[FROM: 159.226.165]

图中算的是VDRAIN那点的对地的output noise,对于单管来说确实是id=4KT*(2/3)*gm,gm越大电流噪声越大。但是对于这种反馈的结构来说,我可以将环路断开,mos管的热噪声等效到理想运放的输入端(图中的vcvs),等效的结果是Vn=4KT*(2/3)/gm/Av (Av为理想运放的gain,图中等于1000)。
由于反馈的闭环增益为1,所以等效输出的噪声也是Vn=4KT*(2/3)/gm/Av 。也应该是gm越大噪音越小。

如果gm*rds*1000>>1,确实有Vn2=(4KT*(2/3)/gm)/(1000000),
你带进去算算这个值也就476y(V^2/Hz)左右。。。
你计算噪声的表达式里model里除了沟道热噪声外,确定没有别的热噪声或者1/f噪声吗?

谢谢关注,我的噪声图确实是MOS的热噪声(id),在做完噪声仿真后在results browser里面plot出来的。
麻烦您看一下。真的不理解为什么我调W/L来改善gm却增大了噪声,难道在某些情况下热噪声对dc的状态更敏感?我的模型应该没问题,是成熟的pdk。

id随gm增加而增加,这个没有异议的。
但你上面贴的曲线不是看的vout点的电压噪声么?

我就是plot了thermal noise(在cadence里是id),没算1/f。

关键是你已经知道输出噪声电流了,直接乘以输出阻抗不就是输出噪声电压么,算这些意义何在呢。。。
如果真要这么算的话,有个问题,输入噪声会通过反馈路径在运放输出产生噪声,你这样的算法是假设了noise全部通过运放 -> mos管到输出,其实反馈路径也会有。
另外我建议不要一下开环一下闭环的,直接用闭环算就行了,没算错的话,输出噪声电压应该就是id*r0才对

在cadence里,这个id究竟是电流还是电压呢?我在print->noise summary里面看,它的parameter是id,结果数值上显示的确实用的电压为单位,不知道是为什么。 我没定义输入等效电压源,所以没有等效输入噪声。

这个反馈回路里输出电阻刚好就约等于1/(1000*gm),所以你的结果跟他算的完全match

你原文的第二张图,是怎么plot出来的?

你说的对,严格意义上确实有些反馈等效的输入噪声会通过反馈路径作用在输出上,那个是不是要用signal flow那种算法才能算出来?
如果用vn^2=(id*ro)^2,这里的ro是闭环的输出电阻,约等于1/(Av*gm)。
vn^2=id^2/(Av*gm)^2 = 4KT(2/3)/gm/Av^2, 结果应该跟之前算的输入等效的一样。

就是在ADE里的Tools->Results Browser里面,选noise-noise,里面有一项是id,之后就plot了。它的单位确实是电压。而且我把这个图积分,结果也和noise summary里面的id的结果一致。

这个id的意思是输出噪声电压的贡献来源于id(噪声电流)。。。

谨慎猜测感觉你的model有点问题.....一般的noise曲线可不是你这个前面平的

他只plot了由沟道热噪声产生的输出噪声,这个噪声在比较大的频率范围内确实是平的。

已经毕业搬砖了

能问一下你的原理图里drain端挂的cap是多大吗?从你的仿真结果来看,蓝线的拐点应该小于另外一条线,你的MOS的自身电容应该比较小,输出电容基本由外面挂的电容决定,也就是两种情况下的输出电容基本一定,拐点低表示输出阻抗大,而这里面的输出阻抗约等于1/1000/gm,因此拐点低的应该是gm小的情况,也就是w/l=1um/1um的情况,所以怀疑蓝线其实1um/1um的结果,这样和理论还是符合的。下面是我的仿真结果。

谢谢你的仿真。你说的对,确实2um/1um的带宽要大。我挂的cap是500fF的,由于带宽是Av*gm/CL(估计在5GHz),这个带宽太大了,我图中的拐点有可能是MOS管电容寄生产生的,所以2um/1um的拐点在前。这回我加了一个10pF的负载,在下图,还是2um/1um的噪声大,我的两种情况gm差不多(0楼),所以带宽差不多。
问题基本上找到了,原因是我的管子进入到了Subthreshold region,所以我的gm不是随着sqrt(W/L)变。如果我把管放在饱和区(Vgs-Vth>200mV,gm/id<10),square law就又适用了,噪声也会随着W/L增加而降低,仿真和计算的结果也能符合。
还有一个不明白的是,为什么在亚阈值区噪声会增加,现象是W/L增加,gm几乎不变,热噪声增加的非常明显。请大神帮忙解答一下。谢谢!

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