Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI"

Ξενοφών Ασπάσιος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων S «Διαφορικά Ζεύγη» Φώτης Πλέσσας fplessas@f.uth.r

2 Δομή Παρουσίασης Αναθεώρηση απλής διαφορικής λειτουργίας Περιγραφή και ανάλυση του διαφορικού ζεύγους Λόγος απόρριψης κοινού σήματος Μελέτη διαφορικού ζεύγους με φορτίο

3 Απλή και διαφορική λειτουργία Σε απλή λειτουργία sle eded το σήμα ορίζεται ως προς ένα σταθερό σημείο αναφοράς π.χ. γείωση. Σε διαφορική λειτουργία differetial το σήμα ορίζεται ως η τάση ή το ρεύμα μεταξύ δύο σημείων που έχουν ίσα μέτρα αλλά αντίθετες φάσεις ως προς μία κοινή τάση ή ρεύμα. 3

4 Πλεονεκτήματα διαφορικής λειτουργίας Μικρότερη έως ελάχιστη ευαισθησία στην επίδραση γειτονικών σημάτων και θορύβου 4

5 Πλεονεκτήματα διαφορικής λειτουργίας Μικρότερη έως ελάχιστη ευαισθησία σε θορυβώδη τροφοδοσία και μεγαλύτερα σήματα. Σαν υλοποίηση καταλαμβάνει μεγαλύτερη επιφάνεια όμως χρειάζονται μικρότερες και λιγότερες περιοχές απομόνωσης uard rs 5

6 Το διαφορικό ζευγάρι Αλλαγή στο κοινό επίπεδο του σήματος εισόδου c σημαίνει αλλαγή πόλωσης. Όταν δεν υπάρχει διαφορικό σήμα τότε Ι = /. 6

7 Ποιοτικά χαρακτηριστικά του διαφορικού ζευγαριού Η τάση εξόδου είναι ανεξάρτητη από το κοινό σήμα εισόδου. Το κέρδος μικρού σήματος είναι μέγιστο όταν το διαφορικό σήμα εισόδου είναι μικρό. Η γραμμικότητα ισχύει μόνο μεταξύ εντός κάποιον ορίων. Όταν = το κύκλωμα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας. 7

8 Χαρακτηριστικά κοινού σήματος του διαφορικού ζευγαριού 8

9 Μεταβολή του κέρδους μικρού σήματος 9

10 Περιορισμοί σήματος εξόδου Η,M παίρνει την πιο χαμηλή τιμή ώστε η πηγή ρεύματος να παραμένει στον κόρο για να μεγιστοποιείται η επιτρεπτή διακύμανση έξοδο. 0

11 Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους /4 & 0 αν TH GS TH GS GS GS S S out out out out

12 Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους /4

13 3 Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους 3/ οπότε 4 όμως 4

Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους 4/4 4 Η συνάρτηση είναι περιττή Όταν η είσοδος είναι μηδέν τότε και η έξοδος είναι μηδέν Για μικρή αύξηση του ο δεύτερος όρος είναι πολύ

14 Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους 4/4 4 Η συνάρτηση είναι περιττή Όταν η είσοδος είναι μηδέν τότε και η έξοδος είναι μηδέν Για μικρή αύξηση του ο δεύτερος όρος είναι πολύ μικρός σε σχέση με τον πρώτο οπότε αυξάνει και το Ι Ι Θεωρητικά, όταν 4Ι /μ /= τότε Ι Ι = 0 όμως αυτό δεν μπορεί να συμβαίνει γιατί το ένα τρανζίστορ δεν θα βρίσκεται στον κόρο 4

15 5 Η διαγωγιμότητα του διαφορικού ζεύγους / G G G Α, 0 για ax

16 6 Η διαγωγιμότητα του διαφορικού ζεύγους / / 0 G για 4 4 G ax ax / G G

17 Η διαγωγιμότητα μικρού σήματος του διαφορικού ζεύγους G G ax ax M, Τοπολογία κοινής πηγής M, 7

18 Απόδειξη με υπέρθεση / / X X / / S 8

19 9 Απόδειξη με υπέρθεση / total Y X ό Y X ό Y X Y X X Y / / / / / /, / / Αφού το Ι είναι σταθερό τότε:

20 Απόδειξη με τη μέθοδο του μισού κυκλώματος Σε ένα συμμετρικό κύκλωμα όπου και αποτελούν στοιχεία με τρεις ακροδέκτες, εάν η τάση αλλάξει από 0 σε 0 + Δ και η τάση αλλάξει από 0 σε 0 - Δ, τότε η τάση p παραμένει σταθερή με την προϋπόθεση ότι το κύκλωμα παραμένει γραμμικό. 0

21 Παράδειγμα Βρείτε το διαφορικό κέρδος με λ 0 / εάν o Y o o o o Y o X r r r r r r

22 Απόκριση κοινού σήματος Τα τρανζίστορ του διαφορικού ζεύγους δεν είναι τέλεια ταιριασμένα Οι αντιστάσεις φορτίου δεν είναι τέλεια ταιριασμένες Η πηγή ρεύματος δεν είναι ιδανική

23 Απόκριση κοινού σήματος λόγω μη ιδανικής πηγής / out v, c όταν η ss το A v,c 0, c / 3

24 Παράδειγμα M /, = 5/0.5, μ =50 μα/, TH =0.6, λ=γ=0, =3 α Τι κοινό σήμα εισόδου δίνει 0.5 διά του β Βρείτε τι τιμή του δίνει κέρδος τάσης ίσο με 5 γ Τι γίνεται στην έξοδο όταν το κοινό επίπεδο τάσης εισόδου αυξηθεί κατά 500 πέραν αυτού στο α GS, c GS A GS / 500 TH.3 4

25 Παράδειγμα M /, = 5/0.5, μ =50 μα/, TH =0.6, λ=γ=0, =3 α Τι κοινό σήμα εισόδου δίνει 0.5 διά του β Βρείτε τι τιμή του δίνει κέρδος τάσης ίσο με 5 γ Τι γίνεται στην έξοδο όταν το κοινό επίπεδο τάσης εισόδου αυξηθεί κατά 500 πέραν αυτού στο α 5/ / k είναι τα Μ, Μ στον κόρο; S GS T

26 Παράδειγμα M /, = 5/0.5, μ =50 μα/, TH =0.6, λ=γ=0, =3 α Τι κοινό σήμα εισόδου δίνει 0.5 διά του β Βρείτε τι τιμή του δίνει κέρδος τάσης ίσο με 5 γ Τι γίνεται στην έξοδο όταν το κοινό επίπεδο τάσης εισόδου αυξηθεί κατά 500 πέραν αυτού στο α, c out 50, / / / 63,, c 3.6k, k 6

27 Απόκριση κοινού σήματος λόγω μη ιδανικής πηγής και ατελούς ταιριάσματος X, c Y, c Ένα θορυβώδες κοινό σήμα εισόδου μετατρέπεται σε σήμα εξόδου μέσω των ατελειών ταιριάσματος του φορτίου. 7

28 Απόκριση κοινού σήματος λόγω μη ιδανικής πηγής με παρασιτική χωρητικότητα A v, c out, c Z Ανάλογα με τη συχνότητα του κοινού σήματος, αλλάζει η εμπέδηση της πηγής σήματος. Έτσι το κοινό σήμα εμφανίζεται πιο εύκολα στην έξοδο στις υψηλές συχνότητες 8

29 9 Απόκριση κοινού σήματος λόγω ατελούς ταιριάσματος του διαφορικού ζεύγους /3 M P P M P P M P M,,,, ] [,

30 30 Απόκριση κοινού σήματος λόγω ατελούς ταιριάσματος του διαφορικού ζεύγους /3 M P M Y M P M X,,,, M P,

31 Απόκριση κοινού σήματος λόγω ατελούς ταιριάσματος του διαφορικού ζεύγους 3/3 A M M X Y, M A M-M : coo ode to differetial ode a 3

32 Λόγος απόρριψης κοινού σήματος M A A M M M M: διαφορικό κέρδος / κέρδος από κοινό σε διαφορικό σήμα 3

33 Διαφορικό ζεύγος με φορτίο MOS /3 A v N P r on r op N P A v N ron rop 33

34 Διαφορικό ζεύγος με φορτίο MOS /3 Με δίοδο ως φορτίο έχουμε μειωμένα περιθώρια διακύμανσης για την τάση εξόδου Με τα Μ5 & Μ6 αυξάνουμε τα περιθώρια τάσης και τα κέρδος τάσης συνολικά r o GS / / TH 34

35 Διαφορικό ζεύγος με φορτίο MOS 3/3 Αυξάνουμε το κέρδος τάσης με κασκωδικό φορτίο A v [ 3ro 3ro 5ro 5ro 7] 35

36 Ερωτήσεις / Απορίες?

Σχετικά έγγραφα

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ Εισαγωγή στα Ολο. Κυκλ. Βασική Φυσική MOS Ενισχυτές ενός σταδίου Διαφορικοί Ενισχυτές Καθρέφτες Ρεύματος Απόκριση Συχνότητας Ηλεκτρικός Θόρυβος Ανατροφοδότηση Σχεδιασμός