SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně
SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 99VinVinVGS1= VGS0+ ; VGS2= VGS0−22( 10.21 )kde V GS0 je napětí ve společném uzlu (spojené source terminály) a V in je rozdílovýsignál.Považujeme-li rozdílový proud, ∆I, za výstupní veličinu obvodu, pak dostáváme⎛W⎞( V −V)∆I= I1 − I2= µ Cox⎜ ⎟ VinGS 0 TH⎝ L( 10.22 )⎠1Vyjádříme-li pracovní (bias) proud jakoPak pro rozdílový proud platíISS⎛W⎞= I + I = µ C ⎜ ⎟ ( V −V) 2( 10.23 )1 2 oxGS 0 TH⎝ L ⎠1⎛W⎞∆I = Vinµ Cox⎜ ⎟ ISS= Vingm( 10.24 )⎝ L ⎠1poslední vztah ukazuje, že výstup diferenčního páru je přímo úměrný vstupnímu napětía odmocnině z poměru W/L a nastavenému pracovnímu proudu. Vidíme, že v případědiferenčního páru je situace velmi podobná invertoru s aktivní zátěží a přenosové zesíleníroste s odmocninou proudu v pracovním bodě.Důležitým znakemje lineární vztah mezivstupním napětím avýstupním proudemObr. 51 Diferenční pár z MOS tranzistorůPOZNÁMKAVztah mezi velkosignálovým vstupním napětím a rozdílovýmvýstupní proudem je u diferenčního páru lineární pokudoba tranzistory pracuje v saturační oblasti.v oblasti „velkých“signálů. Je to důsledekspecifické kvadratické proudově-napěťové závislosti MOS tranzistoru v saturační oblasti (viz.vztah pro proud tranzistorem v saturaci).Při výpočtu ∆I se kvadratické členy navzájem vyruší a zůstanou pouze lineární členy.Necháváme na čtenáři, aby jako vhodné cvičení pro pochopení funkce diferenčního páruprovedl jednoduchý důkaz, že tento výsledek zůstává v platnosti i v oblasti malosignálový.Hlavní funkcí diferenčního stupně je zesilovat rozdílový vstupní signál, ±V in , a conejvíce potlačovat souhlasnou složku vstupního signálu, V GS0 . Je tedy důležité znát chování aodezvu obvodu na tento souhlasný vstupní signál. Pro zkoumání těchto vlastností použijemezjednodušený malosignálový model diferenčního páru na Obr. 52. Obvod obsahuje pouze
100 FEKT Vysokého učení technického v Brněprvky, které jsou relevantní k námi zkoumané problematice, tj. transkonduktanční zdroje(popisují princip MOS tranzistoru) a rezistor r I , který reprezentuje neideální zdroj proudupřipojený do společného uzlu. Připojíme-li na vstupy souhlasný signál v CM můžeme psátm( vCMvs) vsrI2 g − = /( 10.25 )Z této rovnice plyne, že proud tekoucí výstupními uzly tranzistorů je roveniCMgmvCMvin= ≈1+2gr 2( 10.26 )mIParametr CMMR (common mode rejection) je definován jako poměr mezi rozdílovýmproudem a proudem souhlasným a je dániCMMR 2d= ≅ gmrIi( 10.27 )CMZ výše uvedeného vztahu je jasné, že k dosažení dobrého potlačení vlivu souhlasnéhosignálu je potřeba diferenční pár s vysokým transkonduktančním zesílením a také kvalitníproudový zdroj, tzn. zdroj s velkým výstupním odporem.Obr. 52 Zjednodušený model diferenčního páru10.3 Sledovač („source folower“)Předchozí kapitoly se věnovaly popisu vlastností a chování některých základních bloků,které lze využít pro zesílení signálu. Ať už v případě invertoru s aktivní zátěží nebokaskodové struktury šlo o zesílení klasické tedy napěťové. V těchto případech byl výstupníodpor popisovaných bloků poměrně veliký a takové bloky tedy nejsou vhodné k řízenírezistivních zátěží s malým odporem či naopak velkých kapacitních zátěží. Samozřejmě se aletakové požadavky objevují. Sledovač („source folower“) je blokem, který může naplnitpředchozí požadavky – jeho výstupní impedance je malá. Obvodové zapojení sledovače sevstupními tranzistory obou typů vidíme na Obr. 53. Vstupní signál je připojen na hradlotranzistoru M1 a, jak uvidíme později, je téměř přesně replikován (zopakován) na výstupu. Připrvním pohledu na schéma vidíme, že stejnosměrný napěťový rozdíl mezi vstupem výstupemje dán napětím V GS1 . Tohoto rozdílu lze někdy využít pro napěťový posuv signálu, a platí, žev případě nmos tranzistoru jde o posuv směrem nahoru (k VDD), a pro pmos naopak o posuvsměrem k zemi (gnd). Tento napěťový posuv je běžně kolem 1V, pro dnešní modernítechnologie je to méně (je zjevné, že jeho velikost závisí mimo jiné na hodnotě prahovýchnapětí V THn,p pro danou technologii).
- Page 49 and 50: 48 FEKT Vysokého učení technick
- Page 51 and 52: 50 FEKT Vysokého učení technick
- Page 53 and 54: 52 FEKT Vysokého učení technick
- Page 55 and 56: 54 FEKT Vysokého učení technick
- Page 57 and 58: 56 FEKT Vysokého učení technick
- Page 59 and 60: 58 FEKT Vysokého učení technick
- Page 61 and 62: 60 FEKT Vysokého učení technick
- Page 63 and 64: 62 FEKT Vysokého učení technick
- Page 65 and 66: 64 FEKT Vysokého učení technick
- Page 67 and 68: 66 FEKT Vysokého učení technick
- Page 69 and 70: 68 FEKT Vysokého učení technick
- Page 71 and 72: 70 FEKT Vysokého učení technick
- Page 73 and 74: 72 FEKT Vysokého učení technick
- Page 75 and 76: 74 FEKT Vysokého učení technick
- Page 77 and 78: 76 FEKT Vysokého učení technick
- Page 79 and 80: 78 FEKT Vysokého učení technick
- Page 81 and 82: 80 FEKT Vysokého učení technick
- Page 83 and 84: 82 FEKT Vysokého učení technick
- Page 85 and 86: 84 FEKT Vysokého učení technick
- Page 87 and 88: 86 FEKT Vysokého učení technick
- Page 89 and 90: 88 FEKT Vysokého učení technick
- Page 91 and 92: 90 FEKT Vysokého učení technick
- Page 93 and 94: 92 FEKT Vysokého učení technick
- Page 95 and 96: 94 FEKT Vysokého učení technick
- Page 97 and 98: 96 FEKT Vysokého učení technick
- Page 99: 98 FEKT Vysokého učení technick
- Page 103 and 104: 102 FEKT Vysokého učení technick
- Page 105 and 106: 104 FEKT Vysokého učení technick
- Page 107 and 108: 106 FEKT Vysokého učení technick
- Page 109 and 110: 108 FEKT Vysokého učení technick
- Page 111 and 112: 110 FEKT Vysokého učení technick
- Page 113 and 114: 112 FEKT Vysokého učení technick
- Page 115 and 116: 114 FEKT Vysokého učení technick
- Page 117 and 118: 116 FEKT Vysokého učení technick
- Page 119 and 120: 118 FEKT Vysokého učení technick
- Page 121 and 122: 120 FEKT Vysokého učení technick
- Page 123 and 124: 122 FEKT Vysokého učení technick
- Page 125 and 126: 124 FEKT Vysokého učení technick
- Page 127 and 128: 126 FEKT Vysokého učení technick
- Page 129 and 130: 128 FEKT Vysokého učení technick
- Page 131 and 132: 130 FEKT Vysokého učení technick
- Page 133 and 134: 132 FEKT Vysokého učení technick
- Page 135 and 136: 134 FEKT Vysokého učení technick
- Page 137 and 138: 136 FEKT Vysokého učení technick
- Page 139 and 140: 138 FEKT Vysokého učení technick
- Page 141 and 142: 140 FEKT Vysokého učení technick
- Page 143 and 144: 142 FEKT Vysokého učení technick
- Page 145 and 146: 144 FEKT Vysokého učení technick
- Page 147 and 148: 146 FEKT Vysokého učení technick
- Page 149 and 150: 148 FEKT Vysokého učení technick
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 99VinVinVGS1= VGS0+ ; VGS2= VGS0−22( 10.21 )kde V GS0 je napětí ve společném uzlu (spojené source terminály) a V in je rozdílovýsignál.Považujeme-li rozdílový proud, ∆I, za výstupní veličinu obvodu, pak dostáváme⎛W⎞( V −V)∆I= I1 − I2= µ Cox⎜ ⎟ VinGS 0 TH⎝ L( 10.22 )⎠1Vyjádříme-li pracovní (bias) proud jakoPak pro rozdílový proud platíISS⎛W⎞= I + I = µ C ⎜ ⎟ ( V −V) 2( 10.23 )1 2 oxGS 0 TH⎝ L ⎠1⎛W⎞∆I = Vinµ Cox⎜ ⎟ ISS= Vingm( 10.24 )⎝ L ⎠1poslední vztah ukazuje, že výstup diferenčního páru je přímo úměrný vstupnímu napětía odmocnině z poměru W/L a nastavenému pracovnímu proudu. Vidíme, že v případědiferenčního páru je situace velmi podobná invertoru s aktivní zátěží a přenosové zesíleníroste s odmocninou proudu v pracovním bodě.Důležitým znakemje lineární vztah mezivstupním napětím avýstupním proudemObr. 51 Diferenční pár z MOS tranzistorůPOZNÁMKAVztah mezi velkosignálovým vstupním napětím a rozdílovýmvýstupní proudem je u diferenčního páru lineární pokudoba tranzistory pracuje v saturační oblasti.v oblasti „velkých“signálů. Je to důsledekspecifické kvadratické proudově-napěťové závislosti MOS tranzistoru v saturační oblasti (viz.vztah pro proud tranzistorem v saturaci).Při výpočtu ∆I se kvadratické členy navzájem vyruší a zůstanou pouze lineární členy.Necháváme na čtenáři, aby jako vhodné cvičení pro pochopení funkce diferenčního páruprovedl jednoduchý důkaz, že tento výsledek zůstává v platnosti i v oblasti malosignálový.Hlavní funkcí diferenčního stupně je zesilovat rozdílový vstupní signál, ±V in , a conejvíce potlačovat souhlasnou složku vstupního signálu, V GS0 . Je tedy důležité znát chování aodezvu obvodu na tento souhlasný vstupní signál. Pro zkoumání těchto vlastností použijemezjednodušený malosignálový model diferenčního páru na Obr. 52. Obvod obsahuje pouze