SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

More documents

Recommendations

Info

Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 87Dosazením rovnice ( 10.3 ) do ( 10.2 ) dostanemeAv= −⎛W⎞2 µ1Cox⎜ ⎟( 10.4 )⎝ L ⎠ID( λ + λ )np1Obr. 48 Náhradní malosignálové schéma invertoru s aktivní zátěžíPřipomeňme, že vztah ( 10.4 ) bude platit po dobu platnosti ( 10.3 ). Pokud se hodnotyproudů dostanou na velmi nízké úrovně, tranzistor se dostane do podprahového režimu, prvnírovnice ( 10.3 ) přestane platit. V tomto režimu je transkonduktance přímo úměrná proudu I D .Ig = DmkT( 10.5 )nqZesílení se potom stává nezávislé na proudu nastaveném pracovním bodem1Av= −kTn ( λn+ λp)q( 10.6 )Pro běžné CMOS technologie jsou λ n a λ p v rozmezí 0,03÷0,1 V -1 , zatímco n sepohybuje v rozmezí 1,5 až 2. Z uvedených konstant lze odhadnout maximální dosažitelný ziskinvertoru či invertujícího zesilovače na 50 dB při pokojové teplotě. Obr. 49 ukazuje popsanouzávislost zisku na nastaveném pracovním bodě (proudu).Obr. 49 Závislost stejnosměrného zesílení (dc) na velikosti pracovního prouduMalosignálová kmitočtová odezva invertoru je opět řešena s využitím schématu na Obr.48. Kapacita C 2 , která propojuje vstup a výstup invertoru, může být transformována
88 FEKT Vysokého učení technického v Brně(odstraněna) aplikací Millerova teorému. C 2 se rozdělí na dvě samostatné kapacity. C 2´ budezapojena na vstupní uzel ( C 2 (1-A v ) ), druhá C 2´´ bude zatěžovat uzel výstupní ( C 2 (1-1/A v ) ).Pokud bude napěťové zesílení dostatečné (a kmitočtově nezávislé), pak celková výstupníkapacita bude C T =C 2 +C 3 a výstupní odpor 1/(g ds1 +g ds2 ). Okamžitě vidíme, že přenosováfunkce je charakterizována pólem, který leží na úhlovém kmitočtu ω pg ( ) Ids1+ g λ2 n+ λdsp Dωp= =C + C C + C( 10.7 )23Můžeme také díky zpětnovazebnímu kapacitoru C 2 uvažovat o nule přenosové funkce,která se váže k pólu. Pro výstupní uzel můžeme napsat( vo − vin) sC2 + gm1vin+ ( gds1+ gds2) vo+ vosC3= 0( 10.8 )Tato rovnice potvrzuje existenci předpokládaného pólu a lokalizuje nulu na úhlovémkmitočtu ω z =g m /C 2 . Potom malosignálový napěťové zesílení je dánoAv() s=g− gds1m1+ gds2231−s / jω1+s / jωzp( 10.9 )Podíváme-li se blíže na polohu nuly přenosové funkce, vidíme, že leží v pravé poloviněkomplexní roviny, na mnohem vyšší frekvenci než pól.- poměr jejich úhlových kmitočtů jedán vztahem A 0 (1+C 3 /C 2 ).Důležitým parametrem zesilovače je jednotkový kmitočet f T (nebo také GBW -gain-bandwidth), který udává frekvenci, při níž je zisk právě 0 dB (jinými slovy: zesilovačzesiluje 1x). Z výše uvedené rovnice, při zanedbání vlivu nuly, můžeme pro f T psátfT=1ωp2πAv1 g2πC + C⎛W⎞2µ1Cox⎜ ⎟⎝ L ⎠C + Cm1( 0) ==ID2312π23( 10.10 )Z uvedené rovnice vyplývá, že kmitočet f T roste s odmocninou proudu I D . Tento závěr jev přímém rozporu s dříve uvedeným doporučením vyplývajícím ze vztahu pro stejnosměrnýzisk – pro vyšší zisk, při zachování rozměrů tranzistorů, je potřeba snížit pracovní proud I D .Nesmíme zapomínat, že uvedená doporučení jsou odvozená ze zjednodušených rovnic a platíhlavně pro hrubý návrh. Počítačové simulace později ukáží mnohem komplexnější chováníjednotlivých bloků. Nicméně, výše odvozené doporučení či pravidla jsme odvodili za účelempochopení chování invertoru jako základního stavebního bloku (a totéž uděláme i pro dalšíbloky v této kapitole). Naším úkolem je stanovení souboru podobných jednoduchých pravidelpro všechny základní bloky, abychom s jejich pomocí mohli směrovat chování těchto bloků apotažmo systémů z nich poskládaných.Důležitým poznatkem, který je trochu skryt, je hodnota Millerovy kapacity na vstupu(jde o přetransformovanou kapacitu C 2 , která je „zesílena“). Zesílení zesilovače můžedosáhnout hodnoty 100 i více. Ačkoliv je hodnota C 2 velmi malá (běžně jednotky až desítkyfF), díky zesílení zesilovače může být transformována na nezanedbatelnou hodnotu, která seprojeví jako vstupní kapacita. Tato potom může působit problémy předchozím stupňům, kteréřídí invertor.Dalším bodem k uvážení je požadavek co největšího rozsahu výstupního napětí. Řeklijsme, že klíčovým požadavkem pro efektivní fungování invertoru jako zesilovače je potřebaudržet oba tranzistory v saturaci. To znamená, že napětí na drainu musí být větší, než jsounapětí saturační V sat =V GS -V TH . Vidíme, že výstupní napětí nemůže dosáhnout hodnoty VDDnebo gnd, protože musíme splnit předcházející požadavek minimálního saturačního napětípmos, resp. nmos, tranzistoru. Rozsah výstupního napětí je tedy dán
Page 1 and 2:
Ing. Daniel Bečvář, Ph.D.Ing. Ji
Page 3 and 4:
2 FEKT Vysokého učení technické
Page 5 and 6:
Page 7 and 8:
Page 9 and 10:
Page 11 and 12:
10 FEKT Vysokého učení technick
Page 13 and 14:
Page 15 and 16:
Page 17 and 18:
Page 19 and 20:
Page 21 and 22:
Page 23 and 24:
Page 25 and 26:
Page 27 and 28:
Page 29 and 30:
Page 31 and 32:
Page 33 and 34:
Page 35 and 36:
Page 37 and 38: 36 FEKT Vysokého učení technick
Page 87: 86 FEKT Vysokého učení technick
Page 139 and 140:
Page 141 and 142:
Page 143 and 144:
Page 145 and 146:
Page 147 and 148:
Page 149 and 150:
Page 151 and 152:
show all

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›