NEW
Font size
WorksheetsCâu hỏi lý thuyết và bài tập về nhiễu trong mạch khuếch đại
Total questions: 30
Worksheet time: 5mins
Giải thích sự khác biệt cơ bản giữa Nhiễu Nhiệt (Thermal Noise) và Nhiễu Flicker (Flicker Noise) trong transistor MOSFET về cơ chế sinh ra.
Nhiệt do chuyển động hạt, flicker do bẫy bề mặt
Cả hai do dòng chảy qua điện trở thuần
Nhiệt do bẫy bề mặt, flicker do phonon
Cả hai do giao thoa tín hiệu ở cổng
Viết công thức Mật độ Phổ Công suất (PSD) của Nhiễu Nhiệt (Thermal Noise) sinh ra bởi một điện trở R và giải thích các đại lượng.
4kTR là PSD điện áp phẳng theo tần số
kT/R là PSD điện áp tăng tuyến tính
4kT/R là PSD dòng độc lập tần số
kTR^2 là PSD điện áp tỉ lệ f
Trình bày các bước cơ bản để thực hiện phân tích nhiễu (Noise Analysis) tổng thể cho một tầng khuếch đại CMOS đơn.
Xác định nguồn ồn, quy đổi vào, tổng hợp
Đo SPICE, bỏ qua ghép, lấy trị lớn nhất
Tính độ lợi một lần, bỏ qua ghép chéo
Chỉ xét nguồn ồn cổng, bỏ qua điện trở
Nếu hai ưu điểm và một nhược điểm của tầng Common-Gate (CG) về mặt hiệu suất nhiễu so với tầng CS.
Kháng vào thấp, nhiễu cổng nhỏ; gain hạn chế
Gain cao, rO lớn; băng thông rất hẹp
Kháng vào cao, nhiễu nhỏ; swing lớn
Kháng ra thấp, méo nhỏ; flicker rất lớn
Trình bày vai trò của hệ số γ trong công thức Thermal Noise của kênh MOSFET. Giá trị của nó thay đổi như thế nào giữa transistor kênh dài và kênh ngắn?
γ mô tả nhiễu kênh; tăng khi kênh ngắn
γ đo flicker; giảm khi kênh ngắn
γ đo shot; bằng 2 cho mọi kênh
γ là hệ số gm; bằng 1 luôn
Giải thích khái niệm Độ ồn (Noise Figure - NF). Nó được sử dụng để làm gì trong thiết kế mạch RF?
Đo suy giảm SNR của tầng khuếch đại
Đo công suất tối đa nạp tải ra
Đo độ lợi điện áp của toàn mạch
Đo hệ số khuếch đại dòng DC
Khi nào thì Thermal Noise chiếm ưu thế so với Flicker Noise trong tầng khuếch đại CMOS và ngược lại?
Tần số cao nhiệt trội; tần số thấp flicker
Tần số thấp nhiệt trội; cao flicker
Mọi tần số flicker luôn trội hơn
Mọi tần số nhiệt luôn trội hơn
Trong mạch khuếch đại vi sai, nhiễu của đuôi dòng (tail current source) ảnh hưởng đến nhiễu ngõ ra/ngõ vào tham chiếu như thế nào?
Chủ yếu chung-mode, giảm qua CMRR
Truyền trực tiếp như tín hiệu vi sai
Không tồn tại vì bị lọc hoàn toàn
Chỉ xuất hiện ở tần số rất cao
Việc tăng chiều dài kênh L của transistor ngõ vào có tác động gì đến Thermal Noise và Flicker Noise?
Giảm flicker; thermal gần như không đổi
Tăng flicker; thermal tăng mạnh
Giảm thermal nhiều; flicker tăng
Cả hai tăng mạnh theo L
Ngoài RG, còn có nguồn nhiễu bên ngoài nào khác (ví dụ: từ nguồn tín hiệu) cần được xem xét khi tính overlinevn,in2 cho tầng CS không?
Có, điện trở nguồn và mạng ghép
Không, chỉ MOSFET quyết định
Chỉ có tụ ký sinh gây ồn
Chỉ có rO là đáng kể
Nhiễu Shot (Shot Noise) là gì? Nó có vai trò quan trọng trong linh kiện CMOS ở đâu?
Nhiễu do dòng rời rạc qua tiếp giáp; ở diod
Nhiễu do nhiệt chuyển động; ở kênh MOS
Nhiễu do bẫy bề mặt; ở cổng oxit
Nhiễu do lượng tử ánh sáng; ở LNA
Tần số góc fc được xác định bởi điều kiện nào về mật độ phổ công suất nhiễu?
Tại fc, nhiễu Shot bằng nhiễu Thermal
Tại fc, nhiễu Thermal bằng nhiễu Flicker
Tại fc, nhiễu nguồn ngoài bằng nhiễu trong mạch
Tại fc, tổng nhiễu đạt giá trị cực tiểu
Trong tầng khuếch đại có điện trở cổng RG lớn, cách bố trí nào giúp giảm nhiễu nhiệt do RG?
Tăng một transistor cascode ở ngõ ra
Dùng nhiều nhánh song song (multifinger) để chia nhỏ RG
Giảm dòng ID xuống bằng không
Tăng điện trở RD để bù suy hao
Trong tầng CS với tải điện trở RD, nhiễu điện áp tham chiếu ngõ vào overlinevn,in2 được tính bằng công thức nào? ( overlinein,D2 là nhiễu dòng MOSFET, overlinein,RD2 là nhiễu dòng RD)
overlinevn,in2 = overlinevn,RD2 + gm2overlinein,D2
overlinevn,in2=gm2overlinein,D2+Av2overlinevn,RD2
vn,in2=gm2in,D2+in,RD2 (Đúng)
overlinevn,in2=Av2overlinein,D2×RD2+overlinevn,RD2
Giá trị của hệ số gamma cho transistor kênh dài (L lớn) trong vùng bão hòa thường được coi là:
1
2/3 (Đúng)
1/2
0
Để giảm Flicker Noise (nhiễu 1/f) tham chiếu ngõ vào trong tầng CS, người thiết kế nên:
Giảm kích thước W times L
Tăng chiều dài kênh L (Đúng)
Giảm độ dẫn truyền gm
Tăng dòng phân cực ID
Nhiễu điện trở cổng RG đóng góp nhiễu trực tiếp vào vn,in2 là 4kTRG. Ảnh hưởng của nó đến tổng nhiễu ngõ vào sẽ giảm nếu:
Giảm gm của transistor
Tăng RD
Bỏ qua RG
Sử dụng cách bố trí đa ngón (multifinger) cho transistor. (Đúng)
fc (Noise Corner Frequency) là tần số tại đó:
Độ lợi giảm 3 dB
Thermal Noise bằng Flicker Noise. (Đúng)
Flicker Noise bằng Shot Noise.
gm giảm 3 dB.
Trong công thức Input-Referred Flicker Noise Voltage PSD: \overline{v_{n,1/f,in}^2} = \frac{K_f}{C_{ox}WL\, f}, hằng số K_f phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố nào sau đây?
Độ dẫn truyền gm
Dòng phân cực ID
Công nghệ chế tạo (process technology)
Điện áp quá độ V_{ov}
Để giảm thiểu Noise Figure (NF) trong thiết kế LNA bằng tầng CS, người ta thường muốn tối đa hóa đại lượng nào của transistor ngõ vào?
R_{out} của transistor ngõ vào
C_{gs} của transistor ngõ vào
gm của transistor ngõ vào
Chiều dài kênh L của transistor
Theo Razavi, trong các công nghệ CMOS submicron, hệ số γ cho Thermal Noise thường được xấp xỉ là bao nhiêu?
2/3
1
1/2
4/3
Trong tầng CS, nếu RD là điện trở thuần có Thermal Noise vn,RD2=4kTRD , thì điện áp nhiễu này tham chiếu về ngõ vào bằng:
\overline{v_{n,in,R_D}^2} = 4kT\, g_m^2 R_D
vn,in,RD2=4kTRD
vn,in,RD2=(gmRD)24kTRD
vn,in,RD2=gmRD4kTRD
Để ưu tiên giảm flicker noise mà không làm tăng thermal noise quá nhiều, lựa chọn thiết kế nào phù hợp nhất khi giữ V_ov gần như không đổi?
Tăng W và giảm L, tăng ID nhẹ
Giảm W và tăng L, giảm ID
Tăng W và L, giữ ID không đổi
Giảm W và L, tăng RD lớn
Độ ồn tham chiếu ngõ vào v_n,in^2 thường được dùng để làm gì trong so sánh các cấu trúc khuếch đại?
Tính tổng công suất các nguồn nhiễu
So sánh hiệu suất nhiễu độc lập độ lợi
Xác định trực tiếp băng thông mạch
Tối ưu điểm phân cực chính xác
Giữ ID không đổi, tăng V_ov bằng cách giảm W sẽ ảnh hưởng ra sao đến v_n,in của thermal noise?
Tăng vì gm giảm theo W
Giảm vì RD tăng theo W
Không đổi vì phụ thuộc RD
Giảm vì ro tăng theo W
Đối với tải điện trở RD lý tưởng, mật độ điện áp nhiễu ra do RD ở băng thông nhiệt có dạng nào?
4kTR_D độc lập tần số
2qID tăng theo f
Tỉ lệ 1/f với tần số
Tỉ lệ f^2 với tần số
Ở vùng RF, vì sao gate-induced noise cần được tính?
Do dòng nhiễu qua Cgs đáng kể
Vì RD tạo 1/f mạnh hơn
Vì flicker noise biến mất
Do shot noise trội hoàn toàn
Với cùng ID và Vov, việc tăng W làm gì đối với gm và thermal noise quy đổi?
gm tăng nhẹ, v_n,in giảm
gm giảm mạnh, v_n,in tăng
gm không đổi, v_n,in tăng
gm tăng, v_n,in tăng
Trong thiết kế khuếch đại có r_o hữu hạn, nhiễu do r_o góp vào ngõ ra so với RD lý tưởng thế nào?
Tạo thêm thermal tương tự
Không có ảnh hưởng gì
Loại bỏ flicker hoàn toàn
Giảm hệ số khuếch đại
Ở dải RF, thành phần nào thường bị bỏ qua so với gate-induced noise?
Flicker 1/f của kênh
Thermal của RD thuần
Shot noise cổng MOS
Nhiễu nguồn nuôi DC
