Analoge CMOS-Schaltungen
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Analoge CMOS-Schaltungen Versorgung von Analogschaltungen Roland Pfeiffer 4. Vorlesung Rückblick -Einfluß der Versorgungsspannung -Beispiel: MOS-R-Inverter -PSPICE-Simulationen -Lösung: differentieller Aufbau -zusätzliche Spezifikationen: PSRRVDD, PSRRVSS Analoge CMOS-Schaltungen Folie 2 Roland Pfeiffer Einfluß der Versorgungsspannung Versorgungsspannung Versorgungsspannungsunterdrückung („power supply rejection“): „ideale“ Versorgungsspannungsunterdrückung durch differentiellen Aufbau analog5.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 3 Roland Pfeiffer Einleitung -Versorgung von Analogschaltungen -Beispiel: differentieller MOS-R-Inverter ⇒ Differenzverstärker -PSPICE-Simulationen Analoge CMOS-Schaltungen Folie 4 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsteiler Störend: hochohmiger Eingangsspannungsteiler Grund: hochohmige Widerstände verbrauchen sehr viel Chipfläche, Matching-Problem analog5.sch störend Analoge CMOS-Schaltungen Folie 5 störend Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsteiler Frage: Wie hoch ist der Chipflächenverbrauch bei dem Eingangsspannungteiler des MOS-R-Inverters bei Realisierung als n-Diffusionswiderstand mit 10k/ , Mindestbreite 5µm und vergleichen Sie diesen Wert mit einem NMOS-Transistor W/L= 10µm/ 1µm, Source/Drainüberlapp 2µm ! analog5.sch störend Analoge CMOS-Schaltungen Folie 6 störend Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsteiler Frage: Wie hoch ist der Chipflächenverbrauch bei dem Eingangsspannungteiler des MOS-R-Inverters bei Realisierung als n-Diffusionswiderstand mit 10k/ , Mindestbreite 5µm und vergleichen Sie diesen Wert mit einem NMOS-Transistor W/L= 10µm/1µm, Source/Drainüberlapp 2µm ! Antwort: 50µm 5µm 100 kΩ=250 µm2 130µm 5µm 260 kΩ=650 µm2 10µm 5µm Transistor 10µm/1µm, 2µm Überlapp: 50 µm2 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 7 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Referenzspannungsquelle Auf Analogschaltungen meist vorhanden: Bandgap-Referenzspannungquelle erzeugt eine temperaturstabile Spannung (typischer Wert 1,25 V). Diese Spannung wird über eine off-chip Präzisionswiderstand in einen temperaturstabilen Biasstrom umgewandelt (sehr genaue Analogschaltungen) oder der Strom wird aus der Bandgap-Referenzspannungsquelle direkt entnommen, wobei der Strom leicht temperaturabhängig ist (allgemeine Analogschaltungen). Dieser sog. „Biasstrom“ dient als Versorgung für die Analogschaltungen. BandgapReferenzspannungsquelle Biasstrom Präzisions-R Analoge CMOS-Schaltungen Folie 8 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Durch MB1A und MB1B wird der Biasstrom in die Analogschaltung "gespiegelt“. Analoge CMOS-Schaltungen Folie 9 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen PSPICE-Simulation Frage: Wie heißt die Schaltung von MB1A auch, bei der ein Kurzschluß zwischen Gate und Source herrscht ? Antwort: ?? analog6VI.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 10 analog6IV.sch Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen PSPICE-Simulation Frage: Wie heißt die Schaltung von MB1A noch, bei der ein Kurzschluß zwischen Gate und Source herrscht ? Antwort: „MOS-Diode“ MOS-Transistor in Sättigung I DS kN W 2 ⋅ I DS 2 = ⋅ ⋅ (U GS − U TN ) U GS = + U TN 2 L k N ⋅ (W / L) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 11 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Frage: Leiten Sie eine Beziehung zwischen den W/L's von MB1A und MB1B und den Biasstrom und den durch die Stromsenke fließenden Strom ab! Annahme: MB1B in Sättigung Antwort: ?? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 12 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Frage: Leiten Sie eine Beziehung zwischen den W/L's von MB1A und MB1B und den Biasstrom und den durch die Stromsenke fließenden Strom ab! Annahme: MB1B in Sättigung (mit Kanallängenmodulation) Antwort: I BIAS I Stromsenke (W / L )MB1 A ⋅ (1 + λ ⋅U DS ,MB1 A ) = (W / L )MB1B ⋅ (1 + λ ⋅U DS ,MB1B ) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 13 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Frage: Leiten Sie eine Beziehung zwischen den W/L's von MB1A und MB1B und den Biasstrom und den durch die Stromsenke fließenden Strom ab! Annahme: MB1B in Sättigung (ohne Kanallängenmodulation) Antwort: I BIAS I Stromsenke ( W / L )MB1 A = (W / L )MB1B Analoge CMOS-Schaltungen Folie 14 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Frage: Bis zu welcher minimalen UDS,SAT befindet sich MB1B in Sättigung (UDS,SAT als Funktion von IDS) Antwort: ?? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 15 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Frage: Bis zu welcher minimalen UDS,SAT befindet sich MB1B in Sättigung (UDS,SAT als Funktion von IDS) ? Sättigungsbedingung UDS,SAT= UGS - UTN in IDS-Formel für Widerstandsbereich ⇒ UDS,SAT als Funktion von IDS Antwort: ?? IDS UGS UDS sowohl IDS-Formel für Widerstands- und Sättigungsbereich Analoge CMOS-Schaltungen Folie 16 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Geeignete Schaltung: Stromspiegel Frage: Bis zu welcher minimalen UDS,SAT befindet sich MB1B in Sättigung (UDS als Funktion von IDS) Antwort: U DS , SAT = U GS − U TN 2 ⋅ I DS = (W / L) ⋅ k N Analoge CMOS-Schaltungen Folie 17 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen PSPICE-Simulation UDS,SAT besser aus Output-File, da genauere Gleichungen!! z. Bsp. analog4.sch: Ausschnitt aus Output-File: UDS < UDS,SAT ⇒ Widerstandsbereich UDS > UDS,SAT ⇒ Sättigungsbereich Analoge CMOS-Schaltungen Folie 18 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Einsatz im Schaltung ?? Frage: Addieren Sie die Drainströme von M1A und M1B in der transienten Simulation ! Was stellen Sie fest ? Antwort: ?? analog5t.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 19 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Einsatz im Schaltung ?? Frage: Addieren Sie die Drainströme von M1A und M1B in der transienten Simulation ! Was stellen Sie fest ? Antwort: Versorgung durch Stromquelle möglich ! analog5t.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 20 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: ideale Stromquelle Mit Eingangskondensatoren C3 und C6 keine DC-Spannung an den Gates von M1A und M1B !! Ausweg: C3 und C6 entfernen, DC-Spannung (1,8V) an die AC-Quellen analog6ideal.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 21 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: ideale Stromquelle Frage: Stimmen die Ergebnisse mit denen aus analog5.sch überein? Wie ist die Spannung an der Stromquelle? Antwort: ?? analog6ideal.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 22 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: ideale Stromquelle Frage: Stimmen die Ergebnisse mit denen aus analog5.sch überein? Wie ist die Spannung an der Stromquelle? Antwort: Ja, Spannung an der Stromquelle ≈ 0 Volt analog6ideal.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 23 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Dimensionieren Sie MB1B mit IBias=100µA und W/L(MB1A) =100µm/1µm (Strom durch MB1B für 4,46 mA und Gatelänge von 1 µm) ? Antwort: ?? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 24 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Dimensionieren Sie MB1B mit IBias=100µA und W/L(MB1A) =100µm/1µm (Strom durch MB1B für 4,46 mA und Gatelänge von 1 µm) ? Antwort: 4460 µm W ≈ 1 µm L M 2 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 25 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Wie ist die Spannung und der Strom durch MB1B? Haben Sie dafür eine Erklärung? Antwort: ?? analog6real.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 26 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Wie ist die Spannung und der Strom durch MB1B? Haben Sie dafür eine Erklärung? Antwort: Spannung ≈ 0V, Strom zu niedrig ⇒ MB1B in Widerstandsbereich analog6real.sch MB1B in Widerstandsbereich Analoge CMOS-Schaltungen Folie 27 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Wie ist die Spannung und der Strom durch MB1B? Haben Sie dafür eine Erklärung? Antwort: Spannung ≈ 0V, Strom zu niedrig ⇒ MB1B in Widerstandsbereich Idee: Versorgungsspannung und DC-Spannung der AC-Quellen erhöhen ⇒ MB1B in Sättigungsbereich MB1B in Sättigungsbereich Analoge CMOS-Schaltungen Folie 28 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Erhöhen Sie die Versorgungsspannung von 2,5 V auf 3 Volt und die DC-Spannung der AC-Quellen von 1,8 V auf 2,3 V! Wie ist jetzt die Spannung und der Strom durch MB1B? Antwort: ?? analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 29 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Erhöhen Sie die Versorgungsspannung von 2,5 V auf 3 Volt und die DC-Spannung der AC-Quellen von 1,8 V auf 2,3 V! Wie ist jetzt die Spannung und der Strom durch MB1B? Antwort: Strom ≈ 4,46 mA, MB1B in Sättigung analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 30 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Stimmen jetzt die Ergebnisse mit denen aus analog5.sch überein? Antwort: ?? analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 31 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: reale Stromquelle Frage: Stimmen jetzt die Ergebnisse mit denen aus analog5.sch überein? Antwort: Ja !! analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 32 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen „Differenzverstärker“ Überführung in „Differenzverstärker“ (genau: „differentieller NMOS-Differenzverstärker mit Widerstand und Kondensatorlast“) analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 33 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen „Differenzverstärker“ Frage: Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild von unteren Differenzverstärker! Antwort: ??? analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 34 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen „Differenzverstärker“ Antwort: Kleinsignalersatzschaltbild von Differenzverstärker Analoge CMOS-Schaltungen Folie 35 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen „Differenzverstärker“ Frage: Wie kann man die Kleinsignalersatzschaltbild von Differenzverstärker noch vereinfachen? Antwort: ??? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 36 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen „Differenzverstärker“ Frage: Wie kann man die Kleinsignalersatzschaltbild von Differenzverstärker noch vereinfachen? Antwort: roter Punkt: Differenz der Ströme durch M1A und M1B =0 A ⇒ kein Strom über Drainleitwert von MB1B ⇒ kein Spannungsabfall am Drainleitwert von MB1B ⇒ anstelle Drainleitwert von MB1B: Kurzschluß Kurzschluß Analoge CMOS-Schaltungen Folie 37 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Differenzverstärkung Frage: Vergleichen Sie die die Kleinsignalerschatzbilder von „einfachen“ Verstärker und Differenzverstärker ! Was schließen daraus für die Differenzverstärkung? Antwort: ?? Kurzschluß Analoge CMOS-Schaltungen Folie 38 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Differenzverstärkung Frage: Vergleichen Sie die die Kleinsignalerschatzbilder von „einfachen“ Verstärker und Differenzverstärker ! Was schließen daraus für die Differenzverstärkung? Antwort: Differenzverstärkung(Differenzverstärker)= 2*Verstärkung(einfacher Verstärker) bei "doppelter" Ansteuerung (VAC=VACP/VACN)!! Kurzschluß Analoge CMOS-Schaltungen Folie 39 Roland Pfeiffer Großsignalschaltbild zum Kleinsignalersatzschaltbild Rückblick: PSPICE-Simulation Frage: Ist die AC-Simulation von der AC-Amplitude abhängig? analog4.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 40 Roland Pfeiffer Großsignalschaltbild zum Kleinsignalersatzschaltbild PSPICE-Simulation: Verstärker Antwort: Nein, da lineares System!! Am besten 1 Volt/Ampere vorteilhaft bei dB-Ablesung bei „einfacher“ Verstärkern analog4.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 41 Roland Pfeiffer Großsignalschaltbild zum Kleinsignalersatzschaltbild PSPICE-Simulation: Differenz-Verstärker Antwort: Nein, da lineares System!! Am besten 0,5 Volt/Ampere für VACP und VACN ⇒ Differenz 1 V ! Vorteilhaft bei dB-Ablesung bei Differenz-Verstärkern ! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 42 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Differenzverstärkung Frage: Vergleichen Sie die die Kleinsignalerschatzbilder von „einfachen“ Verstärker und Differenzverstärker ! Was schließen daraus für die Differenzverstärkung? Antwort: Differenzverstärkung(Differenzverstärker)= Verstärkung(einfacher Verstärker) bei "gleicher" Ansteuerung (VAC=0,5·VACP/VACN)!! Kurzschluß Analoge CMOS-Schaltungen Folie 43 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Differenzverstärkung: Frage: Überprüfen Sie Ihre Ergebnisse durch Simulation !! Stimmen die berechneten Ergebnisse? Antwort: ?? analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 44 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Differenzverstärkung: Frage: Überprüfen Sie Ihre Ergebnisse durch Simulation !! Stimmen die berechneten Ergebnisse? Antwort: Ja !! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 45 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsbereich: MB1B in Sättigung, M1A/M1B in Sättigung ⇒ Drainspannung „frei“ ab UDS,SAT ⇒ erlaubter DC-Eingangspannungsbereich „input common mode range“ an den Gates von M1A und M1B Sättigung Analoge CMOS-Schaltungen Folie 46 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsbereich: Prinzip: der Eingangsbereich zwischen minimaler und maximaler Eingangsspannung gibt den Bereich an, in dem sich alle Transistoren im gewünschten Bereich befinden und die berechneten Werte z.Bsp. für die Verstärkung gelten. Da sich CMOS-Verstärkerschaltungen meist im Sättigungsbereich betrieben werden, ist die Sättigungsspannung der einzelnen Transistoren für den Eingangsspannungsbereich entscheidend. Eingangsspannungsbereich + + - Eingangsspannungsbereich ⇒ Verstärkung etc. gültig - Analoge CMOS-Schaltungen Folie 47 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Minimale Eingangsspannung: VINPUT , MIN = VMB1B , DS , SAT + VM 1 A,GS Analoge CMOS-Schaltungen Folie 48 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Maximale Eingangsspannung: VINPUT , MAX = VDD − VSS − VR1 − VM 1B , DS , SAT + VM 1 A,GS Analoge CMOS-Schaltungen Folie 49 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsbereich: Frage: Berechnen Sie VINPUT,MIN und VINPUT,MAX für unteren Differenzverstärker! Antwort: ?? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 50 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Minimale Eingangsspannung: VINPUT ,MIN = VMB1B , DS , SAT + VM 1 A,GS = 0,355 V + 1,8 V = 2,155 V Analoge CMOS-Schaltungen Folie 51 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Maximale Eingangsspannung: VINPUT , MAX = VDD − VSS − VR1 − VM 1 A, DS , SAT + VM 1 A,GS = 3 V − 0,97 V − 1,32 V + 1,8 V = 2,51 V Analoge CMOS-Schaltungen Folie 52 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsbereich: Frage: Berechnen Sie VINPUT,MIN und VINPUT,MAX für unteren Differenzverstärker! Antwort: VINPUT,MIN = 2,155 V, VINPUT,MAX =2,51 V Analoge CMOS-Schaltungen Folie 53 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsbereich: Frage: Überprüfen Sie Ihre Ergebnisse durch Simulation !! Stimmen die berechneten Ergebnisse? Antwort: ?? analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 54 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Eingangsspannungsbereich: Frage: Überprüfen Sie Ihre Ergebnisse durch Simulation !! Stimmen die berechneten Ergebnisse? Antwort: keine klare Grenze für VINPUT,MIN und VINPUT,MAX, da sanfter Übergang zwischen Sättigungs-und Widerstandsbereich analog6real3.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 55 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Innerhalb des „input common mode range“ kann die DC-Spannung an den Gates von M1A und M1B gleichmäßig schwanken und wird mit der Gleichspanungsverstärkung verstärkt. Da dies der Differenzverstärkung überlagert ist, sollte die Gleichspannungsverstärkung unterdrückt werden. DCSpannung schwankt Analoge CMOS-Schaltungen Folie 56 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Diese Schwankung wird mit der Gleichspannungsverstärkung („common mode gain“) an die Ausgänge geführt. VACDC1=VACDC2=1 Volt Amplitude, da gleichphasig !! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 57 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Es gilt das Kleinsignalersatzschaltbild mit veränderten AC-Quellen. Frage: Wie kann man die Kleinsignalersatzschaltbild von Differenzverstärker bei Gleichspannungsverstärkung noch vereinfachen? Antwort: ??? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 58 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Antwort: Wegen der Symmetrie der Zweige M1A und M1B und der darin fließenden Ströme ⇒ Aufteilung vom Drainleitwert in zwei Drainleitwerte und Auftrennen: es genügt die Betrachtung von einen Teil („half-circuit“) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 59 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Frage: Leiten Sie einen Ausdruck ab für die „DC“-Gleichspannungsverstärkung ACMDC von unteren Differenzverstärker (Drainleitwert M1 vernächlässigbar) Antwort: ??? Analoge CMOS-Schaltungen Folie 60 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Antwort: ACMDC VOUTDC = VACDC VOUTDC = − g M , M 1 ⋅VGS ⋅ R1 VGS = VACDC − ACMDC g M , M 1 ⋅ VGS g0 / 2 g m ,M 1 ⋅ VGS ⋅ R1 VOUT = =− V ACDC g m ,M 1 ⋅ VGS ⋅ (1 / g m ,M 1 + 2 / g 0 ,MB1B ) R1 ≈− 2 / g 0 ,MB1B Analoge CMOS-Schaltungen Folie 61 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen PSPICE-Simulation g0,MB1B aus Output-File analog6real3.sch g0,MB1B ≈ 5,92·10-4 A/V ACMDC VOUT = ≈ −0,13 VACDC Analoge CMOS-Schaltungen Folie 62 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Frage: Leiten Sie einen Ausdruck ab für den Frequenzgang der Gleichspannungsverstärkung ACM in der Form: ACM Antwort: ??? 1 = ACMDC ⋅ j ⋅ 2 ⋅π ⋅ f 1+ Pol Analoge CMOS-Schaltungen Folie 63 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Frage: Leiten Sie einen Ausdruck ab für den Frequenzgang der Gleichspannungsverstärkung ACM in der Form: Antwort: Pol=1/(R1·C1) selbes Frequenzverhalten wie Differenzverstärkung ACM 1 R1 =− ⋅ 2 / g 0, MB1B 1 + j ⋅ 2 ⋅ π ⋅ f 2,3 GHz Pol="3 dB-Kreis-Frequenz" 1/(R1·C1): ≈ 2,3 GHz ⇒ 3 dB-Frequenz 1/(2·π·R1·C1): ≈ 366 MHz Analoge CMOS-Schaltungen Folie 64 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Frage: Überprüfen Sie Ihre Ergebnisse durch Simulation !! Stimmen die berechneten Ergebnisse? Antwort: ?? analog6real3dc.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 65 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsverstärkung: Frage: Überprüfen Sie Ihre Ergebnisse durch Simulation !! Stimmen die berechneten Ergebnisse? Antwort: DC-Wert ungefähr, anderer Frequenzgang durch parasitäre C von MB1B (nicht berücksichtigt bei Berechnung)!! ACMDC ≈ 0,1 ≈ −20 dB Analoge CMOS-Schaltungen Folie 66 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Gleichspannungsunterdrückung: Gleichspannungsspannungsunterdrückungsverhältnis („common mode rejection ratio (CMRR)“): Verhältnis von gewünschter Differenzverstärkung zu Gleichspannungsverstärkung linear dB ADIFF CMRR = ⇒ CMRR [dB] = ADIFF [dB] − ACM [dB] ACM Achtung: Differenzverstärkung 180°, VACP/VACN: 0,5 V Amplitude Gleichspannungverstärkung 0°, VACDC1/VACDC2: 1 V Amplitude Analoge CMOS-Schaltungen Folie 67 Roland Pfeiffer Zusammenfassung -Versorgung von Analogschaltungen -Beispiel: differentieller MOS-R-Inverter ⇒ Differenzverstärker -PSPICE-Simulationen -zusätzliche Spezifikationen: input common mode range, CMRR Analoge CMOS-Schaltungen Folie 68 Roland Pfeiffer Spezifikationsliste Spezifikationsliste Spezifikation: Wunsch: Versorgungsspannungsbereich Differenzverstärkung PSRR VDD PSRR VSS CMRR input common mode range minimales VDD -VSS hoch hoch hoch hoch hoch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 69 Einheit: Volt dB dB dB dB Volt Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: MOS-R-Inverter Frage: Wieso ist untere Schaltung nicht zur Verstärkung geeignet ? Antwort: ?? analog6sideal.sch analog6sreal.sch Analoge CMOS-Schaltungen Folie 70 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: MOS-R-Inverter Frage: Wieso ist untere Schaltung nicht zur Verstärkung geeignet ? Antwort: Sättigungsbetrieb von M1 und MB1B, AC-Quelle beeinflußt Gate und Source von M1, aber nicht Strom⇒ über R1 keine Spannungsänderung ⇒ keine Verstärkung !! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 71 Roland Pfeiffer Versorgung von Analogschaltungen Schaltung: MOS-R-Inverter Alternative: Gate-Bias von M1, Ankopplung der AC-Quelle über C, R zur Dämpfung der AC-Schwingung im Biaskreis Analoge CMOS-Schaltungen Folie 72 Roland Pfeiffer
