1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Stromspiegel I REF Biasspannung wird mit dem...

1 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

2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Linearer Spannung-Strom Wandler

22 thinox

out VVL

WCI

Versuchen wir die Kennlinie mithilfe einer Rückkopplung zu linearisieren

3 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Stromspiegel mit Kaskode

mdssat g

IV

2

cascmcascdssat g

IV

2

dscascmcascdsOC

SCDoutout rgr

T

TRR

1

1

4 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

5 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

6 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

7 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Signale

1 2

8 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

9 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielles Paar

mg/1

21m

m

m g

Rg

gG

dsout rR 2

10 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Signale

)||2(22 Rrg

V dsm

)||2(22 Rrg

V dsm

11 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

2211 vAvAvout

vout

12 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2=0

0211 AvAvout

vout

13 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1=0 v2

221 0 vAAvout

vout

14 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

15 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

16 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

vout

Vdiff/2 Vdiff/2

diffout vAA

AAv

2

0 2121

diffA

17 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

vcm vcm

v1 v2

vout

02

2121

AA

vAAv cmout

cmA

18 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

19 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

Gmdif Rdiff

diffmdiffdiff RGA

20 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

21 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

22 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

23 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

1/gm

dsout rR 2~

R )1( RgrRR mdsout

outR

24 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Widerstand

2rds

)2

2||( ds

dsMout

rrR

dsMdsout rrR ||

dsMdsmdiff rrgA ||

dsMr

,diffmdiffdiff RGA

25 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

26 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Common-Mode Verstärkung

Vcm Vcm Vcm Vcm

0cmA

1i 2i

0, 21 ii

27 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

diffcmout vAA

vAAv

2

2121

cmA

)||( dsMrdsmoutdifdiff rrgRGA

vout

cmA

0cmA

diffA

28 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

Differentieller Verstärker Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker

29 Ausgewählte 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

30 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode

31 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Verstärker mit einem Eingang

Ohne RK

Mit RK

32 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

33 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

34 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zero - Kompensation

Transimpedanzverstärker(Strom – Spannungswandler)

Invertierender Verstärker

Buffer

Nichtinvertierender Verstärker

R1

R2

R1

R2

R1

Strom

Strom

Spannung

Spannung

35 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

Gmdif(D) Rdiff

36 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

37 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

38 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

2diffv

2diffv

39 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

40 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

cmv cmv

41 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

42 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

43 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

44 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dsMdsmdiff rrgA || dsMdsm rrgA ||

45 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

46 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

47 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

dsCPCPdsMdsCNCNdsINout rgrrgrR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

LC

MT

INT

CPT

CNT

dsMdsC rr

48 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Verstärker mit Kaskode

LC

MT

INT

CPT

CNT

dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

49 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

50 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

51 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Folded Kaskode

dsMdsCNCNdsINdsCPCPout rrgrrgR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

INT

LT

CPT

CNT

MT

LC

52 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Differentieller Stromverstärker

Differentieller Stromverstärker

0I 0I

01 Ii 01 Ii

21 ii

1i 2i

53 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

54 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)

1M M1

MNC

MPCMPC

LC

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

55 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

56 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Zusammenfassung

1...

1)(

11

22

10

DaDaDa

DbTDT

nn

Ω

Ω

57 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

58 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Nyquist Test

)(T

59 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

Nyquist Test

)(log iT

log

log

0180090

0

1)( T

60 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