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


Differentielles Paar

meq gR /1

+

gm UIN -

UIN

rds

mg/1 21m

m

m g

Rg

gG

dsout rR 2


Differentielles Paar

mg/1

21m

m

m g

Rg

gG

dsout rR 2


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


„Common-Mode“ und Differentiell

v1 v2

2211 vAvAvout

vout



v1 v2=0

0211 AvAvout

vout



v1=0 v2

221 0 vAAvout

vout



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



vcm vcm

v1 v2

vout

Vdiff/2 Vdiff/2

diffcmout vAA

vAAv

2

2121

cmA diffA



v1 v2

vout

Vdiff/2 Vdiff/2

diffout vAA

AAv

2

0 2121

diffA



vcm vcm

v1 v2

vout

02

2121

AA

vAAv cmout

cmA


Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

diffdifcmcmout vAvAv

diffdifout vAv

0cmv


Differentielle Verstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

v1 v2

Gmdif Rdiff

diffmdiffdiff RGA


Differentielle Stromverstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

Masse~ Masse

Vdiff/2 Vdiff/2

V=0

21 iiiout

1i 2i

1i

0

meq gR /1


Differentielle Stromverstärkung

Vdiff/2 Vdiff/2

V=0

Vdiff/2

21diff

m

vgi

22diff

m

vgi

diffmout vgiii 21

mmdiff gG

1i 2i


Differentieller Widerstand



1/gm

dsout rR 2~

R )1( RgrRR mdsout

outR



2rds

)2

2||( ds

dsMout

rrR

dsMdsout rrR ||

dsMdsmdiff rrgA ||

dsMr

,diffmdiffdiff RGA


Common-Mode Verstärkung

Vcm Vcm

v1 v2

diffdifcmcmout vAvAv

0diffv

cmcmout vAv


Common-Mode Verstärkung

Vcm Vcm Vcm Vcm

0cmA

1i 2i

0, 21 ii



v1 v2

diffcmout vAA

vAAv

2

2121

cmA

)||( dsMrdsmoutdifdiff rrgRGA

vout

cmA

0cmA

diffA


Differentieller Verstärker

Differentieller Verstärker Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker


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


Verstärker mit einem Eingang

„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode


Verstärker mit einem Eingang

Ohne RK

Mit RK




Differentieller Verstärker - AC


RK

Transimpedanzverstärker(Strom – Spannungswandler)

Invertierender Verstärker

Buffer

Nichtinvertierender Verstärker

R1

R2

R1

R2

R1

Strom

Spannung

Spannung

Spannung

R klein

R kleinR groß



Gmdif(D) Rdiff







2diffv

2diffv



1/

11

*1

DgC

IImMM

m

mMM

mdiffout g

DgC

gVIII

1/22*1

1/

12/

DgC

DgCgVI

mMM

mMMmdiffout

1

*1I1I

2I



cmv cmv



cmp

VD

DAI

11

+

-

m

sgsp g

CC )(

cm

mgss

msm V

gCCD

DgCgI

1/

/1

sC

gsC

1I



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



1/

/

1/

/

DgC

DgC

gCCD

DgCgVI

mMM

mMM

mgss

msmcmout

1/

12/

DgC

DgCgVI

mMM

mMMmdiffout

sC

gsC

MC

mMg

mg



dsMdsmdiff rrgA || dsMdsm rrgA ||



dssatV

DynamikbereichAusgang

DynamikbereichEingang

vin

vin



dssatV



vin

vin



dssatV



vin

vin



dsMdsINout rrR ||

LC

1/

12/

1 DgC

DgC

DCR

RgA

mMM

mMM

Lout

outmINdiff

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

MT

INT

)/1(|| Loutout DCRZ


Differentieller Verstärker mit Kaskode

dsCPCPdsMdsCNCNdsINout rgrrgrR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

LC

MT

INT

CPT

CNT

dsMdsC rr



LC

MT

INT

CPT

CNT

dssatV



vcasc

vcasc



LC

MT

INT

CPT

CNT

dssatV



vcasc

vcasc


Folded Kaskode




Folded Kaskode




Folded Kaskode

dsMdsCNCNdsINdsCPCPout rrgrrgR ||

1

DCR

RgA

Lout

outmINdiff

INT

LT

CPT

CNT

MT

LC


Differentieller Stromverstärker

Differentieller Stromverstärker

0I 0I

01 Ii 01 Ii

21 ii

1i 2i


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



1M M1

MNC

MPCMPC

LC





)(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

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