芯片验证新人
复习建议:找一些知名半导体公司的模拟IC工程师笔试题(网上有流传),里面运放的非线性特性题目非常经典。自己动手推导一遍CMRR、PSRR、输入范围、输出摆幅的公式,并理解每个参数如何受晶体管级设计影响。这样无论题目怎么变,你都能从基本原理出发进行分析。
复习建议:找一些知名半导体公司的模拟IC工程师笔试题(网上有流传),里面运放的非线性特性题目非常经典。自己动手推导一遍CMRR、PSRR、输入范围、输出摆幅的公式,并理解每个参数如何受晶体管级设计影响。这样无论题目怎么变,你都能从基本原理出发进行分析。
关于输出阻抗的非线性。在输出摆幅较大时,Class-AB输出级的输出阻抗可能会变化,影响带负载能力。题目可能问:为什么在数据手册中,开环输出阻抗有时不是一个定值?这引导你思考输出级晶体管工作状态随输出电压的变化。
实际笔试中,我见过把运放接成比较器来考察非线性。问题:将一个通用运放用作比较器,主要有哪些性能缺陷?答案包括:由于内部频率补偿,响应速度慢(压摆率受限);可能存在输出钳位问题;没有迟滞,抗噪声能力差。这题跳出了运放的线性应用范畴。
蒙特卡洛分析在失配中的运用有时也会考。可能会问:为了减小输入失调电压,设计上可以采取哪些措施?答案包括增大输入对管的面积(降低随机失配)、采用合理的版图布局(如共质心结构)、以及使用斩波或自动调零技术。这从设计角度考察了对非线性失真的补偿方法。
噪声也常和非线性一起被提及,虽然噪声本身是随机的。题目可能会比较:在低幅度信号时,限制精度的主要是噪声和失调;在高幅度信号时,限制精度主要是谐波失真。这考察你对不同应用场景下主要矛盾的分析。
还有一类题关注瞬态非线性。比如,一个大步进输入下,输出响应先是压摆率受限的直线,然后进入小信号建立阶段。题目可能让你画出输出波形,并标出压摆和建立阶段。这考察了你对运放大信号(压摆率)和小信号(带宽)行为切换的理解。
跨导随输入电压的变化是非线性的核心。笔试可能会问:简单差分对,其跨导在什么输入电压范围内近似恒定?答案是小信号条件下,通常Vid在几十毫伏以内。超过这个范围,跨导下降,增益也下降,这就引入了非线性失真。可以复习一下差分对的传输特性曲线。
共模输入范围(ICMR)也常考。可能会画出一个折叠式共源共栅运放,让你标出在给定电源电压下,输入共模电压的最大值和最小值分别是多少,并解释由哪个管子决定(比如输入管要饱和,电流源要饱和)。这需要你熟练晶体管的工作状态判断。
电源抑制比PSRR常被深入考察。题目可能给出一个简单的运放结构(比如五管OTA),让你推导低频PSRR的表达式。你需要知道PSRR差通常是因为电流镜匹配不好或者输出点对电源噪声敏感。推导过程能看出你对运放内部节点和小信号分析的掌握程度。
一个经典题型是:给出一个运放接成单位增益缓冲器的电路,已知其输入失调电压、偏置电流、失调电流。然后问,在特定源阻抗和反馈电阻配置下,输出端的总直流误差电压是多少?这题综合考察了你对失调电压、电流及其与外部电阻网络相互影响的理解。计算时要注意,偏置电流流过电阻会产生附加的失调电压。
从我的经验看,除了你提到的几点,还会考察谐波失真(THD)相关的概念。虽然笔试不太可能让你复杂计算,但可能会问:在什么条件下(比如输出幅度、频率)运放的谐波失真会显著增大?答案是当信号幅度大到使运放内部某些管子进入线性区,或者频率高到使压摆率受限时。这题就把非线性失真和压摆率联系起来了。
非线性特性考察很灵活。比如,输出摆幅限制,题目可能给你一个Class-AB输出级的电路,问最大输出电压摆幅是多少(考虑晶体管的过驱动电压和饱和条件)。还有跨导线性区,可能会结合运放开环传输特性曲线来考,问你当输入差分电压超过多少时,跨导开始下降,输出失真。建议多看看拉扎维那本书里关于运放非理想特性的章节,里面的例题和课后题很多都是笔试原型。