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一个面试总会问到的简单面试题

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
就是简单两级放大器,差分输入对管和电流镜负载管的W L 分别如何考虑?
另外不用的应用可能也会有不同的考虑吧,例如带隙基准的运放,考虑因素会有失调、噪声、增益、带宽。
每次面试模拟设计职位时总会被面试官问到,不晓得如何回答相对周全。望大牛详细告知,小弟不胜感谢!

同问这个问题,求大神来回答……

运放首要考虑的就是静态工作点的建立,这个一般都没问题。这个建立之后,第二考虑就是offset,对管的offset与面积的根号成反比,那就是做大面积自然会减小offset,如果想提高增益或者输入级的等效offset,就要提高gm,可以取W/L稍微大一点,工作在亚阈值区的话或许有帮助,当然你的common mode要足够;电流镜的offset和gm成正比,所以你就要做倒比管更好一些,当然增大面积offset会减小,所以W/L做的小一些,但是WL要做的大一些。但是WL一旦做大,电路寄生cap会变大,电路的整体SR变慢,这就看应用场合了。至于带宽、增益的话估计不是考虑范围之内的,噪声先考虑,噪声的话基本就是看你的增益,增益高的话,输入端等效噪声变小,那这样你想把增益变大,输入对管的gm就做大一点,输出阻抗做的大一些。其实 这个面试题目就看你对于模拟电路的理解,没有标准答案。个人理解,欢迎指正。

3楼说的很好,我总结一些:
1)输入管的W/L一般会取得大一些,这样电路的gm大,同时热噪声也比较小,后级电路噪声贡献小。
2)电流镜的W/L会取得小一些,这样matching好,

首先表示感谢,确实不错,我基本认同。之前我没有想到输入噪声与电流镜gm成正比,看来得好好看看噪声了

总结的很好啊~

难道不是首先考虑带宽么?一般为了带宽要求输入管L会尽量缩小,虽然增大过驱动也有帮助,但是对低电压结构是不利的

像这样的技术贴多一些很好……

考虑带宽,也是增大输入管gm,提高gm可以通过增大偏置电流或者W/L实现

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这个今天刚刚看了带隙基准
貌似基准里面,都是尽量的大尺寸啊
首先,降低灵敏度,需要大尺寸,减小沟道长度调制效应的影响
其次对于带隙基准,为了减小失调
需要增大输入管的尺寸
同时还有一些别的方法,比如增加二极管等等
以上都是一个学生的观点,表示没有项目支撑,不知道是否正确



对于闭环使用,带宽是Gm/C,所以跟输入级关系不大。对于开环使用,首先gain大了对带宽就不好,其次输入级面积过大带来的 2nd-pole 会拉塌A-1dB。因此把输入管子做大对带宽没有什么好处。不知道你这句话怎么解释?

我觉得设计运放首先要考虑的是:1. Supply Voltage headroom -- architecture and swing
2. Open-loop application or Closed-loop application -- focus on divergent figures
3. Chosen of length of xters -- minimum acceptable gain
4. Power budget -- critical for system and product level
5. Random offset & PVT -- determine whether you design a circuit or a toy

这么说是没错,但是器件都是有带宽上限的,这就是为啥会有特征频率的概念。当管子尺寸非常大之后,自己的寄生会成为主要的负载电容,最后就像是自己只能驱动自己一样,就是说不可能靠增大尺寸无限增大GBW

this is my point

sometimes, need to reduce the first stage gain to keep the stability for any load.

增大W/L只是一种途径,自然不能无目的增大,具体还得看需要

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我其实是个学生菜鸟,也是来学经验的

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其实想增加带宽最关键也是最终的目的都是增加偏置电流,提高Gm只是表象,增加偏置电流才是本质,如果在偏置电流一定的情况下去改变W/L,使Gm改变的前提条件是过驱动电压的选取要满足W/L改变所引起的管子状态的改变---始终保持偏置在饱和区,而且很大情况下改变W/L会导致管子偏离饱和区,这个时候就得增加偏置电流。增加W/L说白了就是管子的面积变大了,还要同面积小的管子起到同样的作用,是不是得在偏置方面下工夫。Gm所反映的是电流跟随电压的变化量,增大偏置电流可以理解为电子在反型层中的移动速度加快,增大W/L可以理解为在单位时间了增大了电子的转移量,所以管子的工作速度会加快,导致更高频率的信号可以通过,换句话说就是带宽加宽了。其实这是非常片面的一种看法,因为没有哪一个量是单独存在的,熟话说要顾全大局,电路中用这个词来描述非常恰当。
对于2级运放管子的长宽具体怎么设置没有一个固定的标准,建议去看看Allen的书。

我一直觉得学IC应该先数字后模拟。拿最简单的数字电路--反相器链来打比方。
Inv-chain 的瞬态过程,实际上就是给负载电容充电的过程。把nmos/pmos都当做开关,充电的速度其实就是取决于你单位时间能给Cload提供多少电流。所以,本质上带宽是由功耗决定的,这也就是为什么说 no free lunch in IC。
但是,既然这样,为什么还需要设计电路呢,因为Cload分为两部分,MOSFET自带的寄生电容以及非本级晶体管自身携带的电容(including wire parasitic, gate cap of next stage, etc.)。你提高管子的尺寸W,or gm,线性的增大电流,但是电容却不是线性增长,C'=deltaC * W + Cext。Cext不随着管子尺寸增加而增加。As a result, every piece cap sees more current flow! 电路速度提高了。
So is it the end of the whole story? No! 当Cext << Ccmos 之后,管子工作在“特征频率”,就不可能再提高了。更糟糕的是,这时这个管子给上一级管子(也就是驱动他的管子)带来了无穷大的负载。So it is meaningless to push W to infinite!
所以,如果负载很大,想增加带宽就必须加buffer。如果负载很小,想增加带宽,只能直接烧电流了。Remember, nothing comes for free!

谢谢指教,都是很实用的经验
现在做为学生的一个不足是很难接触到实际项目,所以设计时考虑不到可行性

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我也来说两句:单纯烧电流来增加带宽会带来另一个问题,output swing的减小,通常这是我们不想看到的,所以我们看到的两级运放都是前级做带宽,后级做增益。

顶一个~

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