1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Differentielles Paar + g m U IN - U IN r ds

1 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

2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielles Paar

mg/1

21m

m

m g

Rg

gG

dsout rR 2

3 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Signale

)||2(21 Rg

V rdsm

)||2(22 Rg

V rdsm

4 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Signale

1 2

5 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

2211 vAvAvout

vout

6 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2=0

0211 AvAvout

vout

7 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1=0 v2

221 0 vAAvout

vout

8 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

9 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

10 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

vout

Vdiff/2 Vdiff/2

diffout vAA

AAv

2

0 2121

diffA

11 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

vcm vcm

v1 v2

vout

02

2121

AA

vAAv cmout

cmA

12 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

21diff

cm

vvv

22diff

cm

vvv

diffdifcmcmout vAvAv

21diffv

v 22diffv

v

diffdifout vAv

0cmv

13 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

Gmdif Rdiff

diffmdiffdiff RGA

14 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

15 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

16 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

17 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

1/gm

dsout rR 2~

R )1( RgrRR mdsout

outR

18 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

19 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

20 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

21 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Common-Mode Verstärkung

Vcm Vcm Vcm Vcm

0cmA

1i 2i

0, 21 ii

22 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

diffcmout vAA

vAAv

2

2121

cmA

)||( dsMrdsmoutdifdiff rrgRGA

vout

cmA

0cmA

diffA

23 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

Differentieller Verstärker Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker

24 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode

25 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

26 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

27 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

28 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

Gmdif(D) Rdiff

29 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

30 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

31 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

2diffv

2diffv

32 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

33 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

cmv cmv

34 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

35 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

36 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

37 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

0 cmout VI

mdiffout gVI

1VVdiff

1VgI mout

38 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

39 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dsMdsmdiff rrgA || dsMdsm rrgA ||

40 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zero - Kompensation

Transimpedanzverstärker(Strom – Spannungswandler)

Invertierender Verstärker

Buffer

Nichtinvertierender Verstärker

R1

R2

R1

R2

R1

41 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

42 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

43 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

dsCPCPdsMdsCNCNdsINout rgrrgrR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

LC

MT

INT

CPT

CNT

0dsCr

44 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

LC

MT

INT

CPT

CNT

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

45 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

46 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

47 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

dsMdsCNCNdsINdsCPCPout rrgrrgR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

INT

LT

CPT

CNT

MT

LC

48 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Stromverstärker

Differentieller Stromverstärker

0I 0I

01 Ii 01 Ii

21 ii

1i 2i

49 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

50 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)

1M M1

MNC

MPCMPC

LC

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

51 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

52 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

AC Analyse eines Verstärkers mit RK

T

T FF

Aol2Aol1

)(1

)()()()( 21

DT

DFFDADADA OLOL

F

53 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zusammenfassung

1...

1)(

11

22

10

DaDaDa

DbTDT

nn

Ω

Ω

54 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zusammenfassung Nyquist Test

)(1

)()(

DT

DADA OL

F

1...

1)(

11

22

10

DaDaDa

DbTDT

nn

)(1 T

1...

1)(

12

2

10

aaa

bTT

nn

0)(1 T

Charakteristische Gleichung

55 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Nyquist Test

)(T

56 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Bode Plot

)(log iT

log

log

0180

0 11

1)(

210

pp

z

ii

iTiT

1p 2p z

1p

090

10/1p 101 p

-1 / Dekade

+1

-1

57 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Stabilität

2

1

T

Q

5,0Q

UQ

Q

14

22

2

707,0Q

707,0Q

111

1)(

01

2

021

0

DT

DT

T

ADA OL

F

102 2707.0 TQ

10

2

T

arctgM063M

58 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Spannungsregler

Linear low-drop regulator

Vin Vout

Referenzspannung

59 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Spannungsregler - Kleinsignalmodell

60 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Spannungsregler - Kleinsignalmodell

61 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Spannungsregler - Kleinsignalmodell

+

-

62 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker

+

-Rg Cg

Cf

Cd

Rd

Vgs

gmVgs

63 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker - ?

1

1)(

12

2

10

DaDa

DbTDT

+

-fdgddgg CRRCRCRa )(1

)(2 fdfgdgdg CCCCCCRRa

gfd

gdm RRR

RRgT

0

Rg

Rf

Rd

+

-Rg

Rf

RdfR

f

C RIsC

I RC II

ffCRs

1 ffCRb 1

Cd

Cf

Cg

Cd

Cf

Cg

64 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker

+

-1

1)(

1101

Da

ADA OLOL

gOL RA 10

gfg RCCa )(1

Rg

Rf

Rd

65 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker

+

-1

1)(

12

2202

DaDa

bDADA OLOL

dmOL RgA 20

)( gfg CCRb

fdgddgg CRRCRCRa )(1

)(2 fdfgdgdg CCCCCCRRa

Rg

Rf

Rd

+

-Rg

Rf

01

sC

I

sCR

RI

fgg

g

66 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker

1

1)(

12

2

10

DaDa

DbADA FF

+

-

fdg

dgF RRR

RRA

0

fdgddgg CRRCRCRa )(1

)(2 fdfgdgdg CCCCCCRRa

ffCRb 1

67 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker

)(1

)()()()( 21

DT

DADADADA FOLOL

FB

1)1()(

)/1()(

2

DRgCCRCCRDCCCCCCRR

DgCRgRDA

dmfggfdddfdgfgdg

mfdmgF

1

11

/1

1)(

0

112

0

2

10

0

0

D

TTba

DT

aADbA

T

ADA OLFOL

FB

11

)1()(

21

DD

DRgRDA

pp

zdmgF

1

1)(

2

DCRCRDCCRRRgRDA

ggdddgdgdmgF

11

1)(

DCRDCRRgRDA

ggdddmgF

fdgddgg CRRCRCRa )(1

)(2 fdfgdgdg CCCCCCRRa

ffCRb 1

1

)/1()(

2*

DRgRCDCRR

DgCRgRDA

dmgfdg

mfdmgF

fdg

dgF RRR

RRA

0

gdmOL RRgA 0

fdg

dgm RRR

RRgT

0

1

/1)(

112

2

1

DTbaDa

ADbAADA OLFOLFB

fR

0fC

68 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Invertierender Verstärker – Pole Splitting

11

1)(

DCRDCRRgRDA

ggdddmgF

Cg

Rg

CdRd

Cf

1

)/1()(

2*

DRgRCDCRR

DgCRgRDA

dmgfdg

mfdmgF

ddpggp CRCR 21 ,

fm

fggdfdpfdmgp Cg

CCCCCCCRgR

21 ,

1/τ

τp1τp2

Cf

ggCR/1 ddCR/1

fgmg CRgR/1 dg

m

CC

g

69 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Spannungsregler – T und AOL

11

)1()(

21

DD

DRgGRDT

pp

zdmg

-

+

11

)1()(

21

DD

DRgGRDA

pp

zdmgOL

gsGv

gsv

dmg RgGRT 0

70 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Spannungsregler – AFB

-

+

1

1)(

0

21

0

221

T

D

T

DDA

ppppFB

0

12 5.0

Tp

p

dm

fdmdfdgfgd RGg

CRgCCCCCCR

2

5.0)(

G

CgCCCCCC fm

dfdgfg

2

5.0

71 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Bode Plot

)(log iT

log

log

0180

0

11

1)(

21

pp

z

ii

iTiT

1p 2p z

1p

090

-1 / Dekade

+1

-1

72 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Bode Plot

)(log iT

log

log

0180

0

1p 2p z

1p

090

-1 / Dekade 11

)1()(

210

DD

DTDT

pp

z

73 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zero - Kompensation

+

-

74 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zero - Kompensation

+

-

11

)1()(

21

DD

DADA

pp

z

GSf

C VsC

I

GSmC VgI f

m

C

gs

m

fz g

C

Vgs

Cf

75 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zero - Kompensation

GSCcf

C VIRDC

I

GSmC VgI cmf RgC

D

/1

1

cmfz RgC /1

+

- Vgs

Cf

76 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zweistufiger Verstärker

77 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zweistufiger Verstärker

11

)1(

)(

2212

2221

DgRRCDgC

CCCCCC

Dg

C

RgRDA

mfmf

outininfoutf

m

f

11

)1(

)(

2212

2221

DgRRCDg

C

Dg

C

RgRgDA

mfm

out

m

f

IN

fC

outC

inC

2T

INT

78 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zweistufiger Verstärker

11

)1(

)(

2212

2221

DgRRCDgC

CCCCCC

Dg

C

RgRDA

mfmf

outininfoutf

m

f

11

)1(

)(

2212

2221

DgRRCDg

C

Dg

C

RgRgDA

mfm

out

m

f

IN

fC

outC

inC

2T

INT

f

m

C

gGBW 1

1mf gCGBW

12

5.0m

f

m

out

g

C

g

C

12 2 mf

outm g

C

Cg

79 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Dreistufiger Verstärker

80 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Dreistufiger Verstärker

fCCC

81 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Dreistufiger Verstärker

82 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Dreistufiger Verstärker

1

1)(

3322

32332

DRgRCDCCRR

RgRDAfoutf

11

1)(

1

1

3322

323322

DRC

RDC

DRgRCDCCRRRgRgDT

C

C

foutf

11

1)(

1

1

3322

323322

DRC

R

DRgRCDCCRRRgRgDA

CfoutfOL

83 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Dreistufiger Verstärker

1

1)(

332212

33213

321332211

DCRgCRgRDCRgCRRDCCCRRR

RgRgRgDAfCfCoutfC

F

111

1)(

3322123

332211

DCRgCRgRD

g

CD

g

CRgRgRgDA

fCfout

F

CC

gGBW 1

fC

g22

outC

g33