ANALOG DESIGN ESSENTIALS · CHAPTER 02

第二章 · 公式推導

從電路方程到教材結論 · 每步必要近似 · 原圖與講解可追溯

放大器、跟隨器與 cascode

把 72 張投影片對照正文,合併為 20 組推導。先列電路連線與完整方程,再逐步得到教材近似式;每組說明條件、失效範圍及分析方法。

20推導組
72 / 72投影片已逐張對照
3必要的 SFG
48符號一致性檢查通過
66 張技術內容納入推導,另 6 張為章節脈絡。13 項來源差異另列;其中 0244 的部分原模型/記號仍待釐清,並未宣稱所有教材原式均已證明。
01 · 投影片 024、025、026

單管增益與 MOS/BJT 比較

由 drain KCL 與器件電流微分得到增益,再比較固定過驅動下的 MOS/BJT。

02 · 投影片 027、028、029、0210

單極點、GBW 與尺寸數值題

推導負載電容主極點、交越頻率、GBW 與 029 的尺寸例題。

03 · 投影片 0211、0212、0213

Miller 回授與 RHP 零點

保留跨接電容的回授與前饋,得到完整傳輸及單極點近似的成立條件。

SFG
04 · 投影片 0214、0215、0216

源極退化與可調跨導

保留有限輸出電阻;區分退化阻抗、訊號源電阻與線性區 MOS 的 gate 響應。

含差異註記
05 · 投影片 0217、0218、0219、0220、0221、0222

二極體接法與主動負載

由負載的小訊號導納推導增益、頻寬、body effect 與 DC 平衡限制。

含差異註記
06 · 投影片 0223、0224、0225、0226、0227、0234

CMOS 反相器:DC 與匹配

分開 NMOS/PMOS 的電流,求總跨導與有限輸出導納下的增益。

07 · 投影片 0228、0229、0230、0231、0232、0233

CMOS 反相器:完整頻率響應

以二節點矩陣保留輸入、輸出與跨接電容,核對單管/總跨導的係數。

含差異註記
08 · 投影片 0236、0237、0238、0239、0240

源極與射極跟隨器:DC

由輸出節點 KCL 求跟隨增益、輸出阻抗與 bulk 固定時的 body effect。

09 · 投影片 0241、0242、0243

源極跟隨器:極點、零點與峰化

直接求二次分母與判別式,並將零點代入分母確認相消條件。

SFG 含差異註記
10 · 投影片 0244

射極跟隨器:有限 beta 與高頻阻抗

增加 base 電流與隨跨導變動的擴散電容,標明教材中心跨導式的未解差異。

含差異註記
11 · 投影片 0245、0246、0247

主動電感與差動調諧負載

從跟隨器輸出阻抗作低頻展開,再核對差動埠與半電路的兩倍關係。

含差異註記
12 · 投影片 0249、0250、0251、0252、0269、0271

共閘極的輸入、輸出與轉阻

先固定測試電流方向與負載終端,再由同一組 KCL 得三種埠量。

13 · 投影片 0253、0254、0255

Cascode:有限輸出電阻的完整式

求有效跨導、輸出阻抗、主極點與 GBW,逐步回到兩個 intrinsic gain 的乘積。

14 · 投影片 0256

Cascode 的 Miller 電容

保留三個電壓節點,推導二階分母及仍然存在的 RHP 零點。

含差異註記
15 · 投影片 0257

Cascode 中間節點電容

由二節點矩陣求精確極點,再得到中間電容兩個範圍的漸近式。

16 · 投影片 0258、0259

Telescopic 與 folded cascode

以支路輸出電阻並聯及 headroom 條件說明增益、擺幅與偏壓電流分配。

17 · 投影片 0260、0261

級聯與 Miller 補償

先說明負載限制,再推導兩級補償的極點分離、GBW 與 RHP 零點。

18 · 投影片 0262、0263、0264

Regulated cascode 與 gain boosting

保留輔助放大器的負號與單極點模型,檢查增加的極零對和相消條件。

SFG 含差異註記
19 · 投影片 0265

Doublet 與精密 settling

從閉迴路傳輸作部分分式,顯示小慢速殘值如何限制穩定時間。

含差異註記
20 · 投影片 0266、0267、0268、0270

MOS/BJT 埠量總結

用測試源核對有限 beta、輸入電阻與退化級的輸出電阻,避免把表格破折號當零。

驗算範圍

48 項符號檢查、4 組模型的隨機複數頻率節點方程對照均通過。驗算的是明列模型與閉式公式的一致性;教材原式不一致之處另有條件說明,實際 Spectre 結果見下方仿真入口。

完整數值與殘差紀錄

已新增實際 Spectre 仿真

20 組推導的代表模型,共 47 項檢查通過。包含線性等效電路、gm/Id 選尺寸的 MOS1 電路、PZ 與暫態。

查看仿真報告與波形 →
逐張投影片對照:72 / 72
編號PDF/書本頁推導位置處理狀態
02150 / 51章節脈絡與共同模型脈絡頁,無獨立推導
02250 / 51章節脈絡與共同模型脈絡頁,無獨立推導
02351 / 52章節脈絡與共同模型脈絡頁,無獨立推導
02451 / 52單管增益與 MOS/BJT 比較已建立模型推導
02552 / 53單管增益與 MOS/BJT 比較已建立模型推導
02652 / 53單管增益與 MOS/BJT 比較已建立模型推導
02753 / 54單極點、GBW 與尺寸數值題已建立模型推導
02853 / 54單極點、GBW 與尺寸數值題已建立模型推導
02954 / 55單極點、GBW 與尺寸數值題已建立模型推導
021054 / 55單極點、GBW 與尺寸數值題已建立模型推導
021155 / 56Miller 回授與 RHP 零點已建立模型推導
021255 / 56Miller 回授與 RHP 零點已建立模型推導
021356 / 57Miller 回授與 RHP 零點已建立模型推導
021456 / 57源極退化與可調跨導已建立模型推導
021557 / 58源極退化與可調跨導已建立模型推導
021657 / 58源極退化與可調跨導推導+來源差異
021758 / 59二極體接法與主動負載已建立模型推導
021858 / 59二極體接法與主動負載已建立模型推導
021959 / 60二極體接法與主動負載已建立模型推導
022059 / 60二極體接法與主動負載已建立模型推導
022160 / 61二極體接法與主動負載推導+來源差異
022260 / 61二極體接法與主動負載已建立模型推導
022361 / 62CMOS 反相器:DC 與匹配已建立模型推導
022461 / 62CMOS 反相器:DC 與匹配已建立模型推導
022562 / 63CMOS 反相器:DC 與匹配已建立模型推導
022662 / 63CMOS 反相器:DC 與匹配已建立模型推導
022763 / 64CMOS 反相器:DC 與匹配已建立模型推導
022863 / 64CMOS 反相器:完整頻率響應已建立模型推導
022964 / 65CMOS 反相器:完整頻率響應推導+來源差異
023064 / 65CMOS 反相器:完整頻率響應已建立模型推導
023165 / 66CMOS 反相器:完整頻率響應推導+來源差異
023265 / 66CMOS 反相器:完整頻率響應推導+來源差異
023366 / 67CMOS 反相器:完整頻率響應已建立模型推導
023466 / 67CMOS 反相器:DC 與匹配已建立模型推導
023567 / 68章節脈絡與共同模型脈絡頁,無獨立推導
023667 / 68源極與射極跟隨器:DC已建立模型推導
023768 / 69源極與射極跟隨器:DC已建立模型推導
023868 / 69源極與射極跟隨器:DC已建立模型推導
023969 / 70源極與射極跟隨器:DC已建立模型推導
024069 / 70源極與射極跟隨器:DC已建立模型推導
024170 / 71源極跟隨器:極點、零點與峰化已建立模型推導
024271 / 72源極跟隨器:極點、零點與峰化推導+來源差異
024371 / 72源極跟隨器:極點、零點與峰化推導+來源差異
024472 / 73射極跟隨器:有限 beta 與高頻阻抗推導+來源差異
024572 / 73主動電感與差動調諧負載推導+來源差異
024673 / 74主動電感與差動調諧負載已建立模型推導
024773 / 74主動電感與差動調諧負載推導+來源差異
024874 / 75章節脈絡與共同模型脈絡頁,無獨立推導
024974 / 75共閘極的輸入、輸出與轉阻已建立模型推導
025075 / 76共閘極的輸入、輸出與轉阻已建立模型推導
025175 / 76共閘極的輸入、輸出與轉阻已建立模型推導
025276 / 77共閘極的輸入、輸出與轉阻已建立模型推導
025376 / 77Cascode:有限輸出電阻的完整式已建立模型推導
025477 / 78Cascode:有限輸出電阻的完整式已建立模型推導
025577 / 78Cascode:有限輸出電阻的完整式已建立模型推導
025678 / 79Cascode 的 Miller 電容推導+來源差異
025778 / 79Cascode 中間節點電容已建立模型推導
025879 / 80Telescopic 與 folded cascode已建立模型推導
025980 / 81Telescopic 與 folded cascode已建立模型推導
026080 / 81級聯與 Miller 補償已建立模型推導
026181 / 82級聯與 Miller 補償已建立模型推導
026281 / 82Regulated cascode 與 gain boosting已建立模型推導
026382 / 83Regulated cascode 與 gain boosting已建立模型推導
026482 / 83Regulated cascode 與 gain boosting推導+來源差異
026583 / 84Doublet 與精密 settling推導+來源差異
026683 / 84MOS/BJT 埠量總結已建立模型推導
026784 / 85MOS/BJT 埠量總結已建立模型推導
026884 / 85MOS/BJT 埠量總結已建立模型推導
026985 / 86共閘極的輸入、輸出與轉阻已建立模型推導
027085 / 86MOS/BJT 埠量總結已建立模型推導
027186 / 87共閘極的輸入、輸出與轉阻已建立模型推導
027286 / 87章節脈絡與共同模型脈絡頁,無獨立推導