EE214的PPT中,三个输出噪声的计算
出自2007年斯坦福EE214讲义,Lecture19的第18页
先交代几个积分的公式

第一题

这个噪声其实挺好算的,带反馈的M1可以看成是一个二极管电阻,那么一下子就解出来了

注意到受控源可以直接等效成电阻

这就是个一阶RC电路。我们记得结论,如果噪声电流源是1/βgm1的热噪声,那么结果就是KT/CLtot。这里换算一下,多出了个比例。

其实还有另外一种解法,从开环来看这个噪声,然后用闭环的结论。
开环噪声很容易得到,先把两个MOS电流噪声等效到M1的输入端,可以直接写出开环传递函数。

画个图,直接得到闭环传递函数(红色)

单极点噪声的积分是很好计算的

第二个题

第二个题,这里考虑了M2以及次级点的影响,实际很多情况下都可忽略cascode管的噪声。
直接看不是太容易看出来,还是要算一下传递函数。
对于M1的噪声电流,
容易计算T和H0的传递函数,从而计算H:


容易写出H的表达式

如果ωp2远大于ωc,那么次级点其实可以不看,运用积分公式得到

即便用上带次级点的积分公式,也还是类似的结果。


计算M2带来的噪声:
T我们已经计算过了,这里再计算H0,就是将M1的gm置零,M2的4kTγgm2等效到输入端,接着用source follower的公式求出等效Gm,再乘以外部的负载1/sCL(这里H0的输入指的是M2的噪声电压。)

同样得到传递函数H



这里还是按公式来的,其实有更简单的方法。假设ωc和ωp2离得比较远,那么这个带通传递函数可以直接按一阶极点为ωp2来算,因为0到ωc的积分相对来说很小。这样算结果是一致的。
第三题

关于二级运放的传递函数已经很熟悉了,利用闭环传递函数的主极点(β倍的开环GBW),可以计算出M1、M11噪声的影响(先等效到M1的gate上,然后利用传递函数)。

M2、M22以及电阻1/gm2的噪声到Vo的传递函数可以利用开环来分析,因为环路增益也就是M1的返回比已经得到了。只要计算gm1为0时,等效噪声电流到Vo的传递函数H0即可。
观察到,gm1为0时,M2往左边看过去是高阻,Cc上的电压不会变,看成导线。于是M2、Cc、电阻Rz可以看成一个整体的二极管电阻1/gm2。于是H0可以算出来:

除以1+T,得到H

还是可以采用之前的近似,忽略ωc前面的,只计算ωp2带来的影响

这就得到了ppt中的结果。
这里有个前提假设,就是ωc和ωp2是分得很开的,然而未必如此,闭环可能会有共轭复极点。如果没有这个假设,计算会复杂很多,简单起见,就是这么个趋势。