EE214的PPT中,三個輸出噪聲的計算
出自2007年斯坦福EE214講義,Lecture19的第18頁
先交代幾個積分的公式

第一題

這個噪聲其實挺好算的,帶反饋的M1可以看成是一個二極管電阻,那么一下子就解出來了

注意到受控源可以直接等效成電阻

這就是個一階RC電路。我們記得結(jié)論,如果噪聲電流源是1/βgm1的熱噪聲,那么結(jié)果就是KT/CLtot。這里換算一下,多出了個比例。

其實還有另外一種解法,從開環(huán)來看這個噪聲,然后用閉環(huán)的結(jié)論。
開環(huán)噪聲很容易得到,先把兩個MOS電流噪聲等效到M1的輸入端,可以直接寫出開環(huán)傳遞函數(shù)。

畫個圖,直接得到閉環(huán)傳遞函數(shù)(紅色)

單極點噪聲的積分是很好計算的

第二個題

第二個題,這里考慮了M2以及次級點的影響,實際很多情況下都可忽略cascode管的噪聲。
直接看不是太容易看出來,還是要算一下傳遞函數(shù)。
對于M1的噪聲電流,
容易計算T和H0的傳遞函數(shù),從而計算H:


容易寫出H的表達式

如果ωp2遠大于ωc,那么次級點其實可以不看,運用積分公式得到

即便用上帶次級點的積分公式,也還是類似的結(jié)果。


計算M2帶來的噪聲:
T我們已經(jīng)計算過了,這里再計算H0,就是將M1的gm置零,M2的4kTγgm2等效到輸入端,接著用source follower的公式求出等效Gm,再乘以外部的負(fù)載1/sCL(這里H0的輸入指的是M2的噪聲電壓。)

同樣得到傳遞函數(shù)H



這里還是按公式來的,其實有更簡單的方法。假設(shè)ωc和ωp2離得比較遠,那么這個帶通傳遞函數(shù)可以直接按一階極點為ωp2來算,因為0到ωc的積分相對來說很小。這樣算結(jié)果是一致的。
第三題

關(guān)于二級運放的傳遞函數(shù)已經(jīng)很熟悉了,利用閉環(huán)傳遞函數(shù)的主極點(β倍的開環(huán)GBW),可以計算出M1、M11噪聲的影響(先等效到M1的gate上,然后利用傳遞函數(shù))。

M2、M22以及電阻1/gm2的噪聲到Vo的傳遞函數(shù)可以利用開環(huán)來分析,因為環(huán)路增益也就是M1的返回比已經(jīng)得到了。只要計算gm1為0時,等效噪聲電流到Vo的傳遞函數(shù)H0即可。
觀察到,gm1為0時,M2往左邊看過去是高阻,Cc上的電壓不會變,看成導(dǎo)線。于是M2、Cc、電阻Rz可以看成一個整體的二極管電阻1/gm2。于是H0可以算出來:

除以1+T,得到H

還是可以采用之前的近似,忽略ωc前面的,只計算ωp2帶來的影響

這就得到了ppt中的結(jié)果。
這里有個前提假設(shè),就是ωc和ωp2是分得很開的,然而未必如此,閉環(huán)可能會有共軛復(fù)極點。如果沒有這個假設(shè),計算會復(fù)雜很多,簡單起見,就是這么個趨勢。