Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Δίκτυα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Ανατροφοδότηση»

Transcript

1 Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Δίκτυα ΙΙ Εισαγωγή στα Ολο. Κυκλ. Βασική Φυσική MOS Ενισχυτές ενός σταδίου Διαφορικοί Ενισχυτές Καθρέφτες Ρεύματος Απόκριση Συχνότητας Ηλεκτρικός Θόρυος Ανατροφοδότηση Σχεδιασμός Τελεστικών Ενισχυτών (ΤΕ Ευστάθεια και Αντιστάθμιση Κυκλώματα Αναφοράς equired Text: Design o nalog CMOS ntegrated Circuits Behzad azavi Copyrighted mages reproduced with kd permission o The McGraw-Hill Companies, nc. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Ανατροφοδότηση» Η ανατροφοδότηση είναι μια από τις πιο σημαντικές τεχνικές στον σχεδιασμό αναλογικών κυκλωμάτων που επιτρέπει την επεξεργασία σημάτων με ακρίεια. Θα μελετήσουμε: Την γενική θεωρία της ανατροφοδότησης και τα πλεονεκτήματα που παρέχει Πως αναλύουμε κυκλώματα με ανατροφοδότηση Διάφορες τοπολογίες ανατροφοδότησης και τα χαρακτηριστικά τους (Υποθέτουμε ότι η το ανατροφοδοτικό κύκλωμα δεν φορτώνει το κυκλωμα τροφοδοσίας είναι εκτός ύλης 2

2 Ανατροφοδότηση Πρόσω-τροφοδοτικό δίκτυο Ανατροφοδοτικό δίκτυο Y(s H(s[(s G(sY(s] Y(s (s H(s G(sH(s 3 Ελαχιστοποίηση του σφάλματος Σε ένα καλοσχεδιασμένο σύστημα αρνητικής ανατροφοδότησης, το σφάλμα ελαχιστοποιείται και έτσι η έξοδος του G(s είναι πιστό αντίγραφο της εισόδου. Τι είναι τότε η έξοδος? 4 2

3 Τέσσερα ασικά στοιχεία ανατροφοδότησης. Ενισχυτής πρόσω-τροφοδότησης 2. Τρόπος αίσθησης της εξόδου 3. Ανατροφοδοτικό δίκτυο 4. Τρόπος δημιουργίας του σφάλματος Πρέπει να αναγνωρίζονται τα παραπάνω για κατανόηση του κυκλώματος ανατροφοδότησης. Κάποιες φορές τα μέρη αυτά δεν είναι εμφανή. 5 Απευαισθητοποίηση από το Κέρδος Ανοικτού Βρόγχου Y CL 6 3

4 Παράδειγμα Σταθεροποίησης Του Κέρδους με Ανατροφοδότηση g r m o? Δεν είναι ελεγχόμενο 7 Παράδειγμα Σταθεροποίησης Του Κέρδους με Ανατροφοδότηση OUT g r m o ( OUT C2 s ( Cs OUT N C2 gm ro C g r C (/ gm ro C 2 m o Καλά ελεγχόμενο (ε<2% 8 4

5 5 9 Γενίκευση του Παραδείγματος Y >> Το Α είναι το κέρδος ρόχου (loop ga Το υπολογίζουμε σπάζοντας το ρόχο και γειώνοντας την είσοδο. Διεύρυνση Του Εύρους Ζώνης με Ανατροφοδότηση.. (. j j j p p p CL ( ( j p p j Δεδομένο ότι η απόκριση συχνότητας του

6 Διεύρυνση Του Εύρους Ζώνης με Ανατροφοδότηση (συνεχ. Παράδειγμα Ανατροφοδότησης και Διεύρυνση Του Εύρους Ζώνης τ C 2π 3dB Τι δίνουμε και τι κερδίζουμε; Κερδίζουμε ταχύτητα (ή μειώνουμε τη σταθερά χρόνου Αυξάνουμε τη κατανάλωση ισχύος και επιφάνειας 2 6

7 Επίδραση Ανατροφοδότησης Στην Εμπέδηση Εξόδου (- M (,CL 3 Επίδραση Ανατροφοδότησης Στην Εμπέδηση Εισόδου (- e,cl ( 4 7

8 Παράδειγμα Μετατροπής αντίστασης εισόδου (Sense oltage-output Current, open g m g mb, closed g m g mb g m2 C D C C 2 Loop ga Το ίδιο το αποτέλεσμα ρίσκουμε και με άλλη μέθοδο σελ Οι Διάφοροι Γενικοί Τύποι Ενισχυτών 6 8

9 Παραδείγματα Βελτιωμένων Ενισχυτών 7 Μηχανισμοί Αίσθησης και Ανατροφοδότησης Στην πράξη μια μέθοδος για να μετρήσουμε το ρεύμα είναι να άλουμε μια μικρή αντίσταση σε σειρά και να μετρήσουμε τη τάση στα άκρα της. Για να υπολογίσουμε το σφάλμα οι τάσεις προστίθενται σε σειρά ενώ τα ρεύματα παράλληλα (KL & KCL 8 9

10 Παραδείγματα Μηχανισμών Ανατροφοδότησης 9 Ανατροφοδότηση Τύπου Τάση-σε-Τάση (oltage-oltage eedback 2

11 Πώς μεταάλλονται τα χαρακτηρίστηκα της εισόδου και της εξόδου; Εάν δεν υπάρχει ανατροφοδότηση τότε το κέρδος εξαρτάται και από το L, αφού έχουμε διαιρετή τάσης στην έξοδο. Θυμηθείτε από τη διαφάνεια 2 ότι:, CL Και έτσι εάν είναι πολύ μεγάλο το Α τότε δύσκολα να επηρεάσει το φορτίο το κέρδος τάσης κλειστού ρόχου 2 Παράδειγμα (/3 Για το κύκλωμα στα αριστερά απαντήστε τις ακόλουθές ερωτήσεις: Τι είναι το κέρδος ανοικτού ρόχου; Διακόπτεται η ανατροφοδότηση και γειώνουμε το C, OP gm r ( r4 // 2 22

12 Παράδειγμα (2/3 Τι είναι το κέρδος του ρόχου (Α; C, OP C C2 Τι είναι το κέρδος τάσης κλειστού ρόχου (Closed loop voltage ga;, closed gm ( r4 // r2 C gm ( r4 // r C C Παράδειγμα (3/3 Ποια είναι η αντίσταση εξόδου; Από τη διαφάνεια 2, closed ( r C C C C C g // r g m 2 m ( r 4 // r

13 Ανατροφοδότηση Τύπου Ρεύμα-σε-Τάση (/2 (Current-oltage eedback Κέρδος Διαγωγιμότητας G e m( G G m m Αντίσταση εξόδου G m G m ( Gm / 25 Ανατροφοδότηση Τύπου Ρεύμα-σε-Τάση (2/2 (Current-oltage eedback Αντίσταση εισόδου G m e G m ( Gm 26 3

14 Ανατροφοδότηση Τύπου Τάση-σε- Ρεύμα (/3 (oltage-current eedback Κέρδος διαεμπέδησης κλειστού ρόχου g, m e ( g e m g m 27 Ανατροφοδότηση Τύπου Τάση-σε- Ρεύμα (2/3 (oltage-current eedback Αντίσταση εισόδου g /, ( / m g m 28 4

15 Ανατροφοδότηση Τύπου Τάση-σε- Ρεύμα (3/3 (oltage-current eedback Αντίσταση εξόδου gm, e, M g m g / ( M / ( m g m 29 Παράδειγμα Εφαρμογής Ανατροφοδότηση Τύπου Τάση-σε- Ρεύμα (oltage-current eedback p 2π C D p 2π C ( D D D 3 5

16 Ανατροφοδότηση Τύπου Ρεύμα-σε- Ρεύμα (Current-Current eedback Κέρδος Ρεύματος κλειστού ρόχου Αντίσταση εισόδου, CL Αντίσταση εξόδου (, CL 3 Επίδραση Ανατροφοδότησης στον Θόρυο Υποθέτουμε ότι το είναι αθόρυο... ( n ( n Το αποτέλεσμα αυτό ισχύει μόνο όταν η ανατροφοδότηση γίνεται από την έξοδο του συστήματος. Στο κύκλωμα στα δεξιά αυτό δεν ισχύει. 32 6