Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI

Σχετικά έγγραφα
Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου

«Ενισχυτές ενός τρανζίστορ και πολλών τρανζίστορ»

Κεφάλαιο 7 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. 4. Ο CMOS διαφορικός ενισχυτής

ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΙ ΚΑΙ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 2

Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Δίκτυα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου

Το ιαφορικό Ζεύγος MOS (ΙΙ)

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Εισαγωγή σε Ενισχυτές

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ενίσχυση Κέρδους (Gain Boosting)

Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων RF

ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 5

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Απόκριση Συχνότητας»

4 η ενότητα ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΠΟΛΛΩΝ ΒΑΘΜΙΔΩΝ

Περιεχόμενα. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Μοντέλα για Ενεργές Συσκευές Ολοκληρωμένου Κυκλώματος. 1.1 Εισαγωγή

Διαφορικοί Ενισχυτές

«Απόκριση Συχνότητας Ενισχυτών με Τρανζίστορ»

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (9 η σειρά διαφανειών)

Ηλεκτρονική ΙΙ 5 ο εξάμηνο

ΗΥ335: Προχωρημένη Ηλεκτρονική

Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Δίκτυα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Τελεστικοί Ενισχυτές»

K14 Αναλογικά Ηλεκτρονικά 9: Διαφορικός Ενισχυτής Τελεστικός Ενισχυτής

6. Τελεστικοί ενισχυτές

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 5

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ θεωρία και ασκήσεις. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Ηλεκτρικός Θόρυβος»

Απαντήσεις στο 1 0 Homework στην Προχωρημένη Ηλεκτρονική Εαρινό Εξάμηνο

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Δίκτυα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Ανατροφοδότηση»

Ενισχυτικές Διατάξεις 1. Πόλωση BJT

Κεφάλαιο 3. Λογικές Πύλες

Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET) Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Εργαστήριο Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI Υπεύθυνος καθηγητής Πλέσσας Φώτιος

Ενισχυτές Μετρήσεων. 3.1 Ο διαφορικός Ενισχυτής

Βασικές CMOS Λογικές οικογένειες (CMOS και Domino)

ΕΝΙΣΧΥΤΕΣΜΙΑΣΒΑΘΜΙΔΑΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 1

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ;

Πόλωση των Τρανζίστορ

4 η ΕΝΟΤΗΤΑ. Το MOSFET

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι. 1. Ημιαγωγική γ δίοδος Ένωση pn 2. Τρανζίστορ FET

Ηλεκτρονική ΙIΙ. 6 ο εξάμηνο

Εισαγωγή στη Σχεδίαση RF Κυκλωμάτων

Κεφάλαια 4 ο και 6 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου ΙΙ 2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Διαφορικός ενισχυτής

Ενισχυτής κοινής πηγής (common source amplifier)

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΕΛΕΓΧΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ

ΜΟΝΤΕΛΑ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ ΚΑΙ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 4

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ MOS KAI CMOS

Ηλεκτρονική ΙΙΙ 6 ο εξάμηνο

Ηλεκτρονική. Ενότητα 7: Βασικές τοπολογίες ενισχυτών μιας βαθμίδας με διπολικά τρανζίστορ. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Τελεστικός ενισχυτής

Κεφάλαιο 9 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Λογικές ομές 2

Τελεστικοί Ενισχυτές

Εξαρτημένες Πηγές και Τελεστικός Ενισχυτής

ΗΥ335: Προχωρημένη Ηλεκτρονική. «Βαθμίδες Εξόδου» Φώτης Πλέσσας UTH ΤHMMY

«Ενισχυτές με διπολικό transistor»

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο : ΘΕΩΡΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ

Υ60 Σχεδίαση Αναλογικών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων 12: Καθρέφτες Ρεύματος και Ενισχυτές με MOSFETs

Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΘΕΩΡΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι. n channel. p channel JFET

Εισαγωγή Φώτης Πλέσσας

Άσκηση 5. Τρανζίστορ Διπολικής Επαφής σε συνδεσμολογία Κοινής Βάσης


ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

Αρχές και Θεωρήματα Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Να σχεδιαστεί ένας ενισχυτής κοινού εκπομπού (σχ.1) με τα εξής χαρακτηριστικά: R 2.3 k,

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

5 η ενότητα ΑΝΑΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 4

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 4

Ο BJT Αναστροφέας. Στατική Ανάλυση. Δεδομένα. Ο Απλός BJT Αναστροφέας

Πείραμα. Ο Διαφορικός Ενισχυτής. Εξοπλισμός. Διαδικασία

1. ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ

PWM (Pulse Width Modulation) Διαμόρφωση εύρους παλμών

HMY 102 Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων 6: Ταχύτητα Κατανάλωση Ανοχή στον Θόρυβο

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. 1-3 Κέρδος Τάσης του ιαφορικού Ενισχυτή µε FET s 8

Γ. Τσιατούχας. 1. Διαγράμματα Bode. VLSI systems and Computer Architecture Lab. Φροντιστήρια ΙV

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : FET (Τρανζίστορ επίδρασης πεδίου)

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Οικογένειες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Το διπολικό τρανζίστορ

Παρατηρούμε ότι πολύ μικρή τάση εισόδου μπορεί να αλλάξει την κατάσταση στην έξοδο.

ΑΣΠΑΙΤΕ / Τμήμα Εκπαιδευτικών Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Εκπαιδευτικών Ηλεκτρονικών Μηχανικών

ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ

Ανάδραση. Ηλεκτρονική Γ τάξη Επ. Καθηγ. Ε. Καραγιάννη

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 26/01/2017

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 2

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Γενικά χαρακτηριστικά ανάδρασης

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 7

Λογικά Κυκλώματα με Διόδους, Αντιστάσεις και BJTs. Διάλεξη 2

Πόλωση των τρανζίστορ ενίσχυσης

Κεφάλαιο 1. Χαρακτηριστικά Μετρητικών Διατάξεων. 1.1 Εισαγωγή

Εισαγωγή. Ακουστικό. Μικρόφωνο

Transcript:

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

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

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

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

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

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

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

Χαρακτηριστικά κοινού σήματος του διαφορικού ζευγαριού 8

Μεταβολή του κέρδους μικρού σήματος 9

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

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

Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους /4

3 Ποσοτική ανάλυση διαφορικού ζεύγους 3/4 4 4 4 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 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

5 Η διαγωγιμότητα του διαφορικού ζεύγους / G G G Α, 0 για 4 4 4 ax

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

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

Απόδειξη με υπέρθεση / / X X / / S 8

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

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

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

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

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

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 0.5 0.5A GS 0.5.73 / 500 TH.3 4

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/ / 63 3.6k είναι τα Μ, Μ στον κόρο; S GS T 0.9 0.63 5

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, 96 3.6k 6

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ερωτήσεις / Απορίες?