- •1. Введение в анализ и синтез базовых узлов линейной обработки
- •1.1. Преобразование Лапласа как метод анализа линейных схем
- •1.2. Примеры расчета передаточных функций некоторых пассивных
- •1.2.1. Пассивный rc фильтр низких частот первого порядка
- •1.2.2. Простейший пассивный rlc фильтр низких частот
- •1.3. Примеры расчета передаточных функций простейших активных
- •1.3.1. Неинвертирующий усилитель
- •1.3.2. Инвертирующий усилитель
- •1.3.3. Активный инвертирующий интегратор
- •1.4. Введение в реализацию arc биквада
- •1.4.1. Принцип масштабирования пассивных элементов в arc фильтрах
- •1.5. Введение в концепцию переключаемых конденсаторов
- •1.5.1. Неинвертирующий переключаемый конденсатор с задержкой,
- •1.5.2. Неинвертирующий переключаемый конденсатор без задержки,
- •1.5.3. Инвертирующий пк интегратор без задержки, не чувствительный
- •1.5.4. Инвертирующий переключаемый конденсатор с задержкой,
- •1.5.5. Неинвертирующий пк интегратор с задержкой
- •1.6. Реализация биквада на базе переключаемых конденсаторах
- •1.7. Дискретизация аналогового сигнала. Идеальные выборки
- •1.7.1. Передаточная функция пк интегратора без задержки
- •1.7.2. Передаточная функция пк интегратора с задержкой
- •Модели элементов интегральных схем
- •3. Базовые элементы кмдп операционных усилителей
- •3.1. Простейший усилитель напряжения с общим истоком
- •3.1.1. Простейший усилительный каскад с общим истоком и активной
- •3.1.2. Малосигнальные характеристики простейшего кмдп усилителя
- •3.1.3. Частота единичного усиления простейшего усилителя
- •3.1.4. Соотношение малосигнальных параметров простейшего
- •3.1.5. Простейший усилитель в режиме большого сигнала
- •3.1.6. Расчет выходного сопротивления
- •3.1.7. Элементарный анализ величины входной емкости. Емкость Миллера
- •3.1.8. Пример топологии простейшего усилителя
- •3.2. Выходное сопротивление и коэффициент передачи каскада с диодом в нагрузке
- •3.3. Токовое зеркало
- •3.3.1. Формирование режимных потенциалов в простейшем усилителе с общим истоком
- •3.4. Истоковый повторитель
- •3.4.1. Выходное сопротивление и входная емкость истокового
- •3.5. Метод увеличения выходного сопротивления усилителя
- •3.6. Каскодный усилитель
- •3.6.1. Передаточная функция простейшего каскодного усилителя с идеальной токовой нагрузкой
- •3.6.2. Роль емкости в выходном узле каскодного усилителя.
- •3.6.3. Диапазон изменения выходного напряжения
- •3.6.4. Схемы формирования постоянного смещения на затворе каскодного транзистора.
- •3.6.5. Каскодное токовое зеркало
- •3.6.6. Самосмещаемое каскодное токовое зеркало
- •3.7. Концепция активного каскодного транзистора (материал для дополнительного изучения подготовленными студентами с использованием периодической литературы)
- •3.8. Дифференциальный каскад
- •3.8.1. Допустимый диапазон входного синфазного напряжения
- •3.8.2. Дифференциальный каскад как источник тока, управляемый входным напряжением. Несимметричный и симметричный входные сигналы
- •4. Архитектуры кмдп операционных усилителей
- •4.1. Методика оценки малосигнальных характеристик операционного усилителя
- •4.1.1. Методика замены нескольких действительных неосновных полюсов в передаточной функции операционного усилителя одним «эффективным» неосновным полюсом
- •4.1.2. Расчет запаса фазы операционного усилителя с действительными
- •4.2. Однокаскадные операционные усилители как операционные
- •4.2.1. «Телескопический» оитун
- •4.2.1.1. Базовые характеристики «телескопического» оитун
- •4.2.1.2. Упрощенная методика расчета фазы в «телескопическом» усилителе
- •4.2.1.3. Оценка частот неосновных полюсов «телескопического» оитун
- •4.2.1.4. Анализ переходных процессов
- •4.2.2. «Согнутый» каскодный оитун с р-канальным входом
- •4.2.2.1. Диапазоны входного синфазного и выходного напряжений
- •4.2.2.2. Режим малого сигнала
- •4.2.2.3. Переходной процесс в режиме большого сигнала
- •4.2.3. «Согнутый» каскодный оитун с n-канальным входом
- •4.3. Двухкаскадный операционный усилитель (оитун)
- •4.3.1. Базовая схема двухкаскадного оитун
- •4.3.2. Эквивалентная малосигнальная схема двухкаскадного усилителя
- •4.3.3. Передаточная функция двухкаскадного усилителя
- •4.3.4. Соотношение частот неосновного полюса, нуля и частоты единичного усиления
- •4.3.5. Частота единичного усиления двухкаскадного оитун
- •4.3.7. Реакция двухкаскадного оитун на большой входной сигнал.
- •4.3.8. Реакция двухкаскадного оитун на большой синусоидальный
- •4.3.9. Распространенная архитектура двухкаскадного оитун
- •5. Шум и его анализ в кмдп аналоговых имс
- •5.1. Основные определения
- •5.1.1. Cуммирование шумов
- •5.1.2. Анализ шума в частотной области
- •5.2. Пример расчета шума arc фильтра первого порядка
- •5.2.1. Реакция на шумовой источник тока
- •5.2.2. Реакция на шумовой источник тока
- •5.2.3. Реакция на шумовой источник напряжения
- •5.4. Приведенный ко входу собственный «белый» шум повторителя
- •5.5. Собственный шум многокаскадного усилителя
- •5.6. Шум каскодного усилителя
- •6. Полностью дифференциальные оитун
- •6.1. Базовая архитектура полностью дифференциальных схем
- •6.2. Принципиальные преимущества полностью дифференциальных схем
- •6.2.1. Зависимость потенциала общего истока дифкаскада от сигнала
- •6.3. Принципиальные недостатки полностью дифференциальных схем
- •6.4. Варианты непрерывных во времени схем синфазной обратной связи (сос).
- •6.4.1. Схема с ограниченным диапазоном входных сигналов.
- •6.4.2. Непрерывная во времени cхема сос с максимальным диапазоном
- •6.4.3. Варианты схем синфазной обратной связи на базе переключаемых конденсаторов
6.4.2. Непрерывная во времени cхема сос с максимальным диапазоном
входных сигналов.
Под максимальным диапазоном входных сигналов для схемы СОС имеется в виду максимальный диапазон изменения напряжения на выходе полностью дифференциального ОИТУН (см. главу 3 о максимальных диапазонах напряжений на выходах однокаскадного и двухкаскадного ОИТУН). Максимальный диапазон входных сигналов для схемы СОС достигается тогда, когда соединение с выходами полностью дифференциального ОИТУН обеспечивается пассивными компонентами. Достаточно распространенная непрерывная во времени схема СОС с максимальным диапазоном входных сигналов изображена на рис. 6.4).
Отличие этой схемы от схемы на Рис. 6.3 – в том, что здесь полусумма выходных напряжений outn и outp образуется на – делителе (и) между этими напряжениями, и на пути синфазного сигнала отсутствуют транзисторы в пологой области, вызывающие потерю уровня напряжения.
Рис. 6.4. Непрывная во времени схема СОС с максимальным
диапазоном входных сигналов.
При этом скорость передачи изменений выходных напряжений в узел А через конденсаторы максимальна, хотя на затвор транзистора Мр2 потенциал узла А попадает с некоторым затуханием из-за паразитного емкостного делителя. Резисторы могут быть относительно самыми высокоомными для используемой технологии и нужны лишь для подачи в узел А медленно меняющегося среднего арифметического между потенциалами выходов ОИТУН и предотвращения плавающего состояния узла А.
Несмотря на принципиальную возможность использования очень высокоомных резисторов, их сопротивление все же меньше выходного сопротивления каскодных ОИТУН, особенно с активными каскодами, поэтому схема СОС на Рис. 6.4 подходит только для многокаскадных ОИТУН, где величина коэффициента усиления в основном определяется предыдущими каскадами, а крутизна входного транзистора последнего каскада всегда достаточно велика. При этом наилучшее быстродействие по синфазному сигналу получается при использовании в каждом каскаде своей отдельной схемы СОС, причем для первых каскадов, на выходах которых размах сигнала ограничен, хорошо подходит схема на Рис. 6.3.
6.4.3. Варианты схем синфазной обратной связи на базе переключаемых конденсаторов
Рис. 6.5. Схема СОС на базе переключаемых конденсаторов
с максимальным диапазоном входных сигналов.
Схема СОС на Рис. 6.5 отличается от схемы на Рис. 6.4 тем, что резисторы заменены на переключаемые конденсаторы и, поддерживающие, во – первых, разряженное состояние конденсаторовии, во – вторых, нулевой потенциал узла А.
Очень распространен вариант схемы СОС на базе переключаемых конденсаторов без использования в ней дифкаскада.
Рис. 6.6. Схема СОС на базе переключаемых конденсаторов с максимальным диапазоном входных сигналов без использования дифкаскада.
Схема СОС на 6.6 очень популярна в однокаскадных ОИТУН класса А, используемых в высокочастотных схемах на переключаемых конденсаторах (фильтрах, ΣΔ модуляторах). Типичным примером является ОИТУН на Рис. 6.2а, на базе которого рассмотрим принцип работы схемы СОС на Рис. 4 – 5. Работа схемы СОС базируется на одинаковости превышения над порогом транзистора Mn1 схемы СОС и транзисторов Mn3 и Mn4 в ОИТУН. Переключаемые конденсаторы исхемы СОС доставляют на конденсаторы синфазной обратной связиизаряд, создающий на конденсаторах синфазной обратной связи напряжение, равное половине питания минус потенциал затвора транзистораMn1. Потенциал объединенных нижних обкладокив каждом такте передается на объединенные затворыMn3 и Mn4 ОИТУН, поэтому после некоторого количества тактов напряжение на и, возникающее на них после подключения к диоду и к «земле», установится наи, станет неким синфазным опорным напряжением внутри ОИТУН, равными будет поддерживаться за счет «подпитки» в каждом такте конденсаторамии.
Достоинство схемы на Рис. 6.6 перед схемой на Рис. 6.5 – в отсутствии задержки на пути синфазного сигнала, что способствует быстрейшему установлению синфазного выходного напряжения и уменьшению нелинейных искажений. Ее недостаток – в как правило большой паразитной емкости в узле, подключаемом к сигналу . В типичном ОИТУН на Рис. 6.2, применяемом в широкополосных ΣΔ модуляторах с высоким динамическим диапазоном, суммарная емкость затворов транзисторовMn3 и Mn4 достигает нескольких пикофарад, поэтому конденсаторы – такого же порядка величины, что увеличивает суммарную емкость нагрузки и затрудняет увеличение.
На рис. 6.6 потенциал есть потенциал диода на транзистореMn1. следует учитывать:
(А) подобно замечанию в конце раздела с описанием схемы СОС с ограниченным входным диапазоном, потенциал диода может подаваться на транзистор – источник тока, в стоке которого находится каскодный транзистор;
(В) сам диод может находиться в составе узла, формирующего необходимые постоянные потенциалы на затворы транзисторов, являющихся как источниками тока, так и каскодными.