Aula 21: Amplificadores Diferenciais MOSFETs com Carga Ativa. Prof. Seabra PSI/EPUSP

Transcrição

1 ula : mplfcadres ferencas MOSFETs cm Carga ta 46

2 ula ata Matéra Capítul/págna Teste 7 /0 Ganh de md Semana cmum, da rejeçã Pátra (04/09 de md a cmum. 08/09/07) Sedra, Cap. 7 3/09 Eercíc 7.5 mplfcadres MOS prta cmum e fnte cmum p Sedra, Cap. 4 p /0 Prjet de mplfcadr dferencal MOS para eperment 08 de lab 5/09 Inersr CMOS: peraçã de eletrônca d crcut, característca de Sedra, Cap. 4 transferênca de tensã. p /09 7/0 Inersr O CMOS: amplfcadr peraçã dferencal dnâmca, MOS cm crrente carga ata e dsspaçã Sedra, Cap. 74 de Eercíc ptênca. 7. p / mplfcadres de Múltpls estágs - Um mp Op CMOS. Eempl Sedra, Cap. 7 4 /09 Crcuts lógcs CMOS: Prtas 7.3 lógcas NE, E, NOU, OU e Sedra, p Cap. 0 crcuts cm chae CMOS. p e (Eperment 07 de lab de eletrônca) p Eletrônca II PSI33 Prgramaçã para a Segunda Pra 8 8/0 Fntes de crrente MOS, espelhs de crrente MOS. Sedra, Cap. 6, p Teste 07 (9:0h) uls Teste /0 Crcuts guas de crrente MOS. Eempl 6.4. Sedra, Cap. 6, p / mplfcadres de Múltpls estágs - Um mp Op CMOS. E. 7.8 Sedra, Cap. 7, p / espsta em frequênca de um mp. Op CMOS Sedra, Cap. 7 p Teste (h0) 05 (h0) Teste 09 (h0) Teste 0 (9:0h) (SEMOP) Teste (h0) 5 7/09 mplfcadres dferencas cm MOS: ntrduçã, par Sedra, Cap / lgumas Prpredades da ealmentaçã Negata, Sedra, Cap. 8 Teste dferencal, peraçã em pequens snas d par dferencal, p s quatr tplgas báscas da ealmentaçã. p (h0) ganh dferencal de tensã. Eercíc / lgumas Prpredades da ealmentaçã Negata, Sedra, Cap /09 s quatr ula de tplgas eercícs báscas preparatóra da ealmentaçã. para a pra Eercíc P8. p. uls Teste / O mplfcadr cm realmentaçã sére-paralel: stuaçã deal Sedra, Cap. 8 (h0) Teste 3 a p (h0) 8 9/ O amplfcadr cm. Semana realm. sére-paralel: de Pras stuaçã (30/09 real. a 07/0/07) Eempl 8.. Sedra, Cap. 8, p ata: (sábad) Hrár: 7:30h 9 0/ ula de eercícs preparatóra para a pra P uls T.4 (h0) a. Semana de Pras (04/ a 08//07) ata: (. fera) Hrár: 7:30hs Pra Substtuta (/ a 5//07) ata: (-fera) Hrár: 7:30hs 47 Pra de ecuperaçã (/ a //07) ata: //06 (-fera) Hrár: :h

3 ª ula: mplfcadres ferencas MOSFETs cm Carga ta fnal desta aula cê deerá estar apt a: - nalsar crcuts dferencas cm carga ata - Eplcar a dferença entre carga ata e carga passa (ressta) - etermnar ganh de md dferencal e de cmum em amplfcadres dferencas cm carga ata

4 Crcuts mplfcadres ferencas esum Ganh de Md ferencal ( d ) Ganh de Md Cmum ( cm ) CM ( d / cm ) entre ( O O ) para crcut deal + g ( ) 0 entre ( O O ) c/ nã-dealdade da fnte de crrente ( SS ) entre uma saída ( O ) e terra cnsd. nãdealdade da fnte de crrente ( SS ) m r + g 0 m gm( r ) entre ( O O ) c/ desbalanceament + gm em. + g ( r ) d m CMΔ g /( Δ / ) u g m SS m SS d Δ Efet de Δ desp em g m SS SS g m SS ( se Δ 0) Δ SS entre ( O O ) c/ desbalanceament + gm ns transstres (g m ). Δg m Efet de Δgm desp em d SS gm 49 ( gmss) Δgm g m

5 Crcuts mplfcadres ferencas + g ( r ) d m Cm aumentar ganh dferencal? umentand g m Transstres MOS tem alres bas de g m umentand Implca em aumentar a tensã de almentaçã e prtant a ptênca cnsumda: O 40

6 Crcuts mplfcadres ferencas Cm aumentar ganh dferencal? Há uma saída engenhsa: umentar d pnt de sta dferencal (snas) mas nã d pnt de sta CC e O MESMO TEMPO transfrmar a saída de dferencal em saída smples (em relaçã a terra) O Mas além de determnar ganh precsams erfcar se CM cntnua elead 4

7 Crcuts mplfcadres ferencas Cm aumentar ganh dferencal? Vams usar um prmer estág dferencal (para garantr elead CM) mas tmar a saída apenas em, u seja, ams cnerter a saída em saída smples. O O ganh se trna metade st que crcut é smétrc: d + gm( r) [-6dB] Vams tentar preserar ganh buscand utra alternata 4

8 Crcuts mplfcadres ferencas Cm aumentar ganh dferencal? Outra alternata é utlzar um espelh de crrente: Quand G G 0 :

9 Crcuts mplfcadres ferencas Cm aumentar ganh dferencal? gra, se G - G d : b a snal 0 gm d / ( ) Nã perdems ganh ps se terms um L, L * e g m * L

10 mplfcadr de Tensã (ma ) ecrdaçã: Parâmetrs de Crcuts mplfcadres Carga L n Carga Carga s L Carga (ma ) Carga curt L 0 mplfcadr de Tensã G sg Carga ut 0 sg elações n + sg n sg L L + G m G G + sg G L G + n L n + sg L + Nte que este é mdel que usams cstumeramente para s transstres (mdel π-híbrd) Vams agra utlzá-l para mdelar amplfcadr dferencal L ut dcnalmente (nã cmentams mut): Transcndutânca de curt-crcut: G m Carga0 G m

11 Crcuts mplfcadres ferencas Calculand Ganh ferencal Sem L, tems / d G m e só que canal p G m Carga0 0 g Carga 0 G 0! gs d / FET deal g ( )( r r ) d g3 m 3 gm3

12 / d G m Crcuts mplfcadres ferencas Calculand Ganh ferencal g ( )( r r ) d g3 m 3 gm3 g g3 m d ( )( ) g m3 Crrente de dren de Q 4 ( d ) gm4g3 + gm Cm Q e Q casads e Q 3 e Q 4 casads: gm4 d d gm3 gm4 e gm gm gm gm ( ) + gm( ) gm3 gm3 d d gm + gm gmd " gm3 " g G g d m G m m m Carga0

13 Crcuts mplfcadres ferencas Calculand / d G m, falta calcular ( d, ) r 4 + r 4 0 0

14 Crcuts mplfcadres ferencas Calculand 0 g m + r g m g + m r esp. r: gm g m g m gm + g r m 0 0 g r + r + m gm gm r g ( ) m + + gm gm

15 Crcuts mplfcadres ferencas Calculand / d G m, falta calcular + 0 r gm r ( + ) + g g 4 m m se g g e r : r m m + r r 4 r r O 4 0 G g r r d( ) m m( ) se r r r g Vams chamar g m r, de ganh ntrínsec d transstr e denmná-l pr 0, assm: g m r 0 d ( ) 0 4 d( ) m r

16 Crcuts mplfcadres ferencas CM Vams agra calcular CM d amplfcadr dferencal cm carga ata: CM d cm

17 Crcuts mplfcadres ferencas CM Calculad cm para determnar CM: cm ( ) ( ).. d u. 4 3 cm cm cm cm

18 Qual? cm ss SS / gm r e r desp : SS gm ss g ss m gm r ( ) + Crcuts mplfcadres ferencas CM ss r ( + g ) + ss m ss r + g r + ss m ss d, SeQ eq casads, r + g r + ss m ss : 3 3 (/ gm3) r3 (/ g ) r g3 m3 3

19 cm ss SS / gm r e r desp r + g r + ss m ss Crcuts mplfcadres ferencas CM d, 3 (/ g ) r 3 m (/ g ) r g3 d, m3 3 g4 g3 4 g3gm4 gm4 r3 gm3 ( ) r ( ) r g r r m4 3 4 gm3 : m4 m3 Cm e se g g r3 / g m3 gm3r 3. gm3 r4 r. 4 r3 + / gm3 gm3r3 + gm3r3 ( + gm3r 3) r. 4 r gm3r3 + gm3r3

20 Crcuts mplfcadres ferencas CM gm3r3 ( + gm3r3) r. 4 r g r + g r cm cm r 4 Cm, ; + g r m3 3 m3 3 SS SS m3 3 cm r ( r ) + g r g O 4 3 cm SS m3 3 m3 SS ( ) d CM gm, r r4 gm34, SS cm [ ][ ] d CM gmr gmss cm

21 Crcuts mplfcadres ferencas esum Ganh de Md ferencal (d) Ganh de Md Cmum (cm) CM (d/cm) entre (O O) para crcut + gm( r) deal 0 entre (O O) c/ nã-deal. + gm da fnte de crrente (SS) 0 entre uma saída (O) e terra (saída smples) c/ nã-dealdade g ( r ) g m m SS SS da fnte de crrente (SS) entre (O O) + gm gmss ( se Δ 0) c/ desbalanceament em Efetde Δ desp. em d SS ( Δ/ ) entre (O O) + gm Δg m ( gmss) c/ desbalanceament ns Ts (gm) EfetdeΔg m desp. em d SS gm ( Δgm / gm) Saída smples (O ) em rel. a terra Saída smples (O ) em rel. a terra c/ nã-dealdade da fnte de crrente (SS) Ganh de Md ferencal (d) m m 4 Ganh de Md Cmum (cm) 436 CM (d/cm) G g ( r r ) 0 G g ( r r ) m m 4 ( g r )( g ) g m 3 SS m m SS O amplfcadr dferencal cm carga ata pssu eleada mpedânca de entrada e mantém elead CM

22 Crcuts mplfcadres ferencas Eercíc 7.: mplfcadr dferencal cm carga ata nde (W/L) n 00; (W/L) p 00, μ n C μ p C 0,m/V, V n V p 0V, I 0,8m, SS 5kΩ. etermne G m,, d, cm e CM. G m Saída smples (O ) em rel. a terra Saída smples (O ) em rel. a terra c/ nã-dealdade da fnte de crrente (SS) W ( ) ' g k V V L np, mnp (, ) np, GS t np, Ganh de Md ferencal (d) m m 4 Ganh de Md Cmum (cm) CM (d/cm) G g ( r r ) 0 G g ( r r ) m m 4 I I I3 I4 0,8 m / 0,4m ( V V ).0, 4 m/(0, m.00) 0, V GS t n ( V V ).0, 4 m/(0, m.00) 0, V GS t p ( g r )( g ) g m 3 SS W I k ( V V ) ' n, p n, p GS tnp, n, p L np, 50k gm 4m/V ( r r4) 5kΩ G V/V d m cm m3 g r m m m SS I 0,8m 4 ( V V ) 0, m/v GS V 0 50 I 0,4m k Ω 0,005V/V g 4 m.5k CM m k m k db 4 4 (4.50 )(4.5 ).0 (0lg.0 86 ) SS t