1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Differentielle Signale 12

1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Signale

1 2

Klassifizierung der Verstärker

Single Ended Verstärker als TIA

Single Ended Verstärker als 2te Stufe

Differenzieller Verstärker als nichtinvertierender Verstärker

Differenzieller Verstärker als invertierender Verstärker

Hoch R Niedrig R

Niedrig RNiedrig R

3Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielles Paar

meq gR /1

+

gm UIN -

UIN

rds

mg/1 21m

m

m g

Rg

gG

dsout rR 2

4Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielles Paar

mg/1

21m

m

m g

Rg

gG

dsout rR 2

5Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Signale

)||2(22 Rrg

V dsm

)||2(22 Rrg

V dsm

Klassifizierung der Verstärker

Single Ended Verstärker als TIA

Single Ended Verstärker als 2te Stufe

Differenzieller Verstärker als nichtinvertierender Verstärker

Differenzieller Verstärker als invertierender Verstärker

Hoch R Niedrig R

Niedrig RNiedrig R

7Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

2211 vAvAvout

vout

8Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2=0

0211 AvAvout

vout

9Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1=0 v2

221 0 vAAvout

vout

10Ausgewählte 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

11Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

vcm vcm

v1 v2

vout

Vdiff/2 Vdiff/2

diffcmout vAA

vAAv

2

2121

cmA diffA

12Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

vout

Vdiff/2 Vdiff/2

diffout vAA

AAv

2

0 2121

diffA

13Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

vcm vcm

v1 v2

vout

02

2121

AA

vAAv cmout

cmA

14Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

diffdifcmcmout vAvAv

diffdifout vAv

0cmv

15Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

Gmdif Rdiff

diffmdiffdiff RGA

16Ausgewählte 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

17Ausgewählte 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

18Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

19Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

1/gm

dsout rR 2~

R )1( RgrRR mdsout

outR

20Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

2rds

)2

2||( ds

dsMout

rrR

dsMdsout rrR ||

dsMdsmdiff rrgA ||

dsMr

,diffmdiffdiff RGA

21Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Common-Mode Verstärkung

Vcm Vcm

v1 v2

diffdifcmcmout vAvAv

0diffv

cmcmout vAv

22Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Common-Mode Verstärkung

Vcm Vcm Vcm Vcm

0cmA

1i 2i

0, 21 ii

23Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

diffcmout vAA

vAAv

2

2121

cmA

)||( dsMrdsmoutdifdiff rrgRGA

vout

cmA

0cmA

diffA

24Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

Differentieller Verstärker Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker

25Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Stromquelle als Last

Spannungsverstärkung ist größer für kleinere Biasströme

Ids

Vds

sat

sat

I

LE

Vdssat

22 thgsox

dssat VVL

WCI

thgsoxgs

dssatm VV

L

WC

dV

dIg

Vgs1

Vgs2

Vgs3

Vgs<Vt

L

WCIg oxdsm 2

ds

satds I

LER

26Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode

27Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

Ohne RK

Mit RK

28Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

29Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker - AC

30Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

RK

Transimpedanzverstärker(Strom – Spannungswandler)

Invertierender Verstärker

Buffer

Nichtinvertierender Verstärker

R1

R2

R1

R2

R1

Strom

Spannung

Spannung

Spannung

R klein

R kleinR groß

31Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

Gmdif(D) Rdiff

32Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

33Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

34Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

2diffv

2diffv

35Ausgewählte 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

36Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

cmv cmv

37Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

cmp

VD

DAI

11

+

-

m

sgsp g

CC )(

cm

mgss

msm V

gCCD

DgCgI

1/

/1

sC

gsC

1I

38Ausgewählte 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

39Ausgewählte 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

40Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dsMdsmdiff rrgA || dsMdsm rrgA ||

41Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

vin

vin

42Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

vin

vin

43Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

vin

vin

44Ausgewählte 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

45Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

dsCPCPdsMdsCNCNdsINout rgrrgrR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

LC

MT

INT

CPT

CNT

dsMdsC rr

46Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

LC

MT

INT

CPT

CNT

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

vcasc

vcasc

47Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

LC

MT

INT

CPT

CNT

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

vcasc

vcasc

48Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

49Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

50Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

dsMdsCNCNdsINdsCPCPout rrgrrgR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

INT

LT

CPT

CNT

MT

LC

51Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Stromverstärker

Differentieller Stromverstärker

0I 0I

01 Ii 01 Ii

21 ii

1i 2i

52Ausgewählte 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

53Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)

1M M1

MNC

MPCMPC

LC

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

54Ausgewählte 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