1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Verstärker Common SourceKaskadeCS mit...
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1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker
„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode
outmRg 2211 outmoutm RgRg 11 outm Rg outm Rg 1
foutmg CRgR 2221111 foutmoutfoutmg CRgRCRgR foutmg CRgR 11 outoutCR
fC
outR
gR
outC
1outR 2outR 1outR
2outR
outR
V
τ
2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Widerstand als Last
+
>Vth
-
+
-
>Vth
+
<Vth
A BC
A B C
A – Transistor sperrt
B – Transistor im Sättigung
B – Transistor im linearen Bereich
-
Vout
Vin
3 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Widerstand als Last
Ids
Vds
sat
sat
I
LE
Vdssat
22 thgsox
dssat VVL
WCI
thgsdssat VVV
ds
satds I
LER
thgsoxgs
dssatm VV
L
WC
dV
dIg
2dssatm
ds
VgI
dssat
dsm V
Ig
2
Vgs1
Vgs2
Vgs3
2
2 dssatox
dssat VL
WCI
Vgs<Vt
4 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromquelle als Last
V
IVin
Vout
dssatLVV min
dsLmRgA
dsLmLmmL
mLdsLm Rg
I
Vg
g
gRgA min
2
1
TL
5 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Widerstand als Last
I
VR
I
VgRgA mm
I
V
R
Vin
Vout
dsLmLm RgI
VgA min
2
1
Stromquelle als Last
Widerstand als Last
V
I
TL
6 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stabilisierung
Vin
Vout
Vin=Vout
Arbeitspunkt
7 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Diode als Last
22 thin
InIn
oxds VV
L
WCI
22 thout
LL
oxds VV
L
WCI
LLox
InInoxthinthout LWC
LWCVVVV
/
/
Vin
Vout Vout=vdd
A: Diode als NMOS B: Diode als PMOS
8 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Linearer Spannung-Strom Wandler
22 thinox
out VVL
WCI
Versuchen wir die Kennlinie mithilfe einer Rückkopplung zu linearisieren
9 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Linearer Spannung-Strom Wandler
T
GG OL
1
mOL gG 1 RgT m
RRg
gG
m
m 1
1
OC
SCDoutout T
TRR
1
1
RrR dsDout RgT mSC 0OCT
)1( RgrRR mdsout
Leerlaufverstärkung 1 Aol1
Leerlaufverstärkung 2 Aol2
Schleifenverstärkung T
Widerstand ohne Verstärkung
Schleifenverstärkung bei kurzgeschlossenen Knoten
Schleifenverstärkung bei offenen Knoten
10 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromspiegel
IREF
)(UfI )(1 IfU
Biasspannung wird mit dem Spannungsteiler erzeugt. Der Biasstrom ist abhängig von Temperatur und Schwellespannung.
StromspiegelDer Biasstrom ist gut definiert
11 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromspiegel - Parameter
mdssat g
IVV
2min
I
LErR satdsout
22 thgsox VVL
WCI
2
2 dssatox VI
WCL
2
2
I
VWECR dssatsatoxout
12 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromspiegel mit Kaskode
mdssat g
IV
2
cascmcascdssat g
IV
2
dscascmcascdsOC
SCDoutout rgr
T
TRR
1
1
13 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromspiegel mit Kaskode
mdssat g
IV
2
cascmcascdssat g
IV
2
mdssat g
IVV
42min0
dsmdsout rgrR
dscascmcascdsout rgrR
dsmsat
out rgI
LER
2
0
2
I
VWECR satoxout
dsm
satoxout rg
I
VWECR
2
0
24
1
0V
Ohne Kaskode Mit Kaskode
14 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromspiegel mit Kaskode
thcascdssat VV
DC Ströme sind nicht gleich DC Ströme sind gleich
15 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromspiegel AC Parameter
+
gm UIN-
UIN
rds
mmdsIN ggrR /1/1||
1/
11)()(
DgCgDIDU
mgesmING
1/)()()(
DgC
MDIgDMUDI
mgesINmGOUT
M
dbgsges CCMC 1
dbC
gdC
gsC
GU
INI
INI
GU
16 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Signale
1 2
17 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielles Paar
meq gR /1
+
gm UIN -
UIN
rds
mg/1 21m
m
m g
Rg
gG
dsout rR 2
18 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielles Paar
mg/1
21m
m
m g
Rg
gG
dsout rR 2
19 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Signale
)||2(21 Rg
V rdsm
)||2(22 Rg
V rdsm
20 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
2211 vAvAvout
vout
21 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2=0
0211 AvAvout
vout
22 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1=0 v2
221 0 vAAvout
vout
23 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
222121
1
vvvvv
222121
2
vvvvv
21diff
cm
vvv
22diff
cm
vvv
2211 vAvAvout
diffcmout vAA
vAAv
2
2121
cmA diffA
vout
221 vv
vcm
12 vvvdiff
24 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
vcm vcm
v1 v2
vout
Vdiff/2 Vdiff/2
diffcmout vAA
vAAv
2
2121
cmA diffA
25 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
vout
Vdiff/2 Vdiff/2
diffout vAA
AAv
2
0 2121
diffA
26 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
vcm vcm
v1 v2
vout
02
2121
AA
vAAv cmout
cmA
27 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Verstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
v1 v2
21diff
cm
vvv
22diff
cm
vvv
diffdifcmcmout vAvAv
21diffvv
22diffvv
diffdifout vAv
0cmv
28 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Verstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
v1 v2
Gmdif Rdiff
diffmdiffdiff RGA
29 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Stromverstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
Masse~ Masse
Vdiff/2 Vdiff/2
V=0
21 iiiout
1i 2i
1i
0
meq gR /1
30 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Stromverstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
V=0
Vdiff/2
21diff
m
vgi
22diff
m
vgi
diffmout vgiii 21
mmdiff gG
1i 2i
31 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
32 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
1/gm
dsout rR 2~
R )1( RgrRR mdsout
outR
33 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
1/gmM
2rds
OC
SCDoutout T
TRR
1
1
)1
2||(
mM
mM
dsdsMout
g
gr
rR
dsMdsout rrR ||
dsMdsmdiff rrgA ||
dsMr
,diffmdiffdiff RGA
34 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
2rds
OC
SCDoutout T
TRR
1
1
)2
2||( ds
dsMout
rrR
dsMdsout rrR ||
dsMdsmdiff rrgA ||
dsMr
,diffmdiffdiff RGA
35 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Common-Mode Verstärkung
Vcm Vcm
v1 v2
21diff
cm
vvv
22diff
cm
vvv
diffdifcmcmout vAvAv
cmvv 1 cmvv 2
0diffv
cmcmout vAv
36 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Common-Mode Verstärkung
Vcm Vcm Vcm Vcm
0cmA
1i 2i
0, 21 ii
37 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
diffcmout vAA
vAAv
2
2121
cmA
)||( dsMrdsmoutdifdiff rrgRGA
vout
cmA
0cmA
diffA
38 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
Differentieller Verstärker Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker
39 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker mit einem Eingang
„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode
40 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker mit einem Eingang
41 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
42 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
43 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
Gmdif(D) Rdiff
44 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
45 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
46 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
2diffv
2diffv
47 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
1/
11
*1
DgC
IImMM
m
mMM
mdiffout g
DgC
gVIII
1/22*1
1/
12/
DgC
DgCgVI
mMM
mMMmdiffout
1
*1I1I
2I
48 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
cmv cmv
49 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
cmp
VD
DAI
11
+
-
m
sgsp g
CC )( sCA
cm
mgss
msm V
gCCD
DgCgI
1/
/1
sC
gsC
1I
50 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
cm
mgss
msm V
gCCD
DgCgII
1/
/21
1/
11
*1
DgC
IImMM
1/
/
1/
/
DgC
DgC
gCCD
DgCgVI
mMM
mMM
mgss
msmcmout
1I 2I
*1I
1*1 IIIout
51 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
1/
/
1/
/
DgC
DgC
gCCD
DgCgVI
mMM
mMM
mgss
msmcmout
1/
12/
DgC
DgCgVI
mMM
mMMmdiffout
sC
gsC
MC
mMg
mg
52 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
0 cmout VI
mdiffout gVI
1VVdiff
1VgI mout
53 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
54 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dsMdsmdiff rrgA || dsMdsm rrgA ||
55 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Zero - Kompensation
Transimpedanzverstärker(Strom – Spannungswandler)
Invertierender Verstärker
Buffer
Nichtinvertierender Verstärker
R1
R2
R1
R2
R1
56 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
57 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dsMdsINout rrR ||
LC
1/
12/
1 DgC
DgC
DCR
RgA
mMM
mMM
Lout
outmINdiff
1
DCR
RgA
Lout
outmINdiff
MT
INT
)/1(|| Loutout DCRZ
58 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker mit Kaskode
dsCPCPdsMdsCNCNdsINout rgrrgrR ||
1
DCR
RgA
Lout
outmINdiff
LC
MT
INT
CPT
CNT
dsMdsC rr
59 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker mit Kaskode
LC
MT
INT
CPT
CNT
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
60 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Folded Kaskode
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
61 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Folded Kaskode
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
62 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Folded Kaskode
dsMdsCNCNdsINdsCPCPout rrgrrgR ||
1
DCR
RgA
Lout
outmINdiff
INT
LT
CPT
CNT
MT
LC
63 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Stromverstärker
Differentieller Stromverstärker
0I 0I
01 Ii 01 Ii
21 ii
1i 2i
64 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)
1
12
11
1)(
DgC
DgC
DgC
DCR
MRgDA
mMN
MN
mM
MN
mMP
MPoutout
outmIN
1M M1
dsMNdsMP
out rM
rR ||
MNC
MPCMPC
outC
MPT
INT
MNT
65 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)
1M M1
MNC
MPCMPC
LC
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
66 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)
)(log iT
log
log
0180
0
1p 2p
1p
090
1
12
11
1)(
Dg
C
Dg
C
DgC
DCR
MRgDT
mMN
MN
mM
MN
mMP
MPoutout
outmIN
dsMNdsMP
out rM
rR ||
dbgsMP CCMC 21
dbgsMN CCC 22
102 2 T 063M
out
m
MP
mMP
C
Mg
C
g2
out
m
C
MgT 10 GBW
GBW