Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

material1 / different / Chung-Yu Wu - Analog Circuit Design

.pdf
Скачиваний:
61
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
29 Мб
Скачать
☆

+ ), %

1

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

% F %

6 *6

2(, .6

6 $ ,

;H =

;-( @ &: # @ & =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ :# / #

F %

 

 

 

#

% 5 *+00

(-# & ("'

* " (

" (

H

"

( F #

/F2

" /F2

/F2 % ( (-*

5/* 2 /00

! /F2 % (-* 5/*

(" %

0 3 ,,, J++ # ( # ''8(')$# H 8')

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ # / # / # / 3 /F2

/ ≡ / ≡ / ≡ /

; <G# <(↑ K# L↑ (↑ <G# <(↑ 2↑ ↑ K# L↓

;F # 5 2

/F2

;= / E

;H " /-+ 5H

;-* 5/* 3

+ 3$B + 3$:µ 5

( 3 G B 6 G!$B

3± B

/00 3 '$2 -( 3 8: 2 - 3 : 6$B

0 3 ,,, J++

# ( !# )(!& # F 8'8

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

M # # 3 F % / # / / / # / 3 /F2

; <G # <( !K# L !N

!5 !2 !K# L !

; F # 5

!<

; A @ =25μA, I @ @ =50μA,

@ =25μA

; H /-+",A * /

 

!" #$% &

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

*%

 

 

+

 

 

 

−

 

$

$%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

)

 

&

&%

 

 

 

 

 

(

(%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

'%

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/< # /< 5 3

/F2

 

 

 

; ( ↑

↓

↓ ↓

;F # 5

;= /<! /<!5E

;-/< /< 5

" # /< /< 5

;- /

;1 # # 5

4

" ' % % " %$% #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

&( ")' *+ ,-,.

/ 0 0 11 1 0 /1 , ,

* 0, .,/ ,2 / 0 3 + / 0 / / 2-0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

& , ., *+ ,-,.

 

 

 

 

 

 

 

 

* 0, .,/ ,2 /

 

 

 

 

 

3 , / 2-0 0

 

 

 

 

 

= 6 55 55 4

 

 

 

 

, 0 / 0 78

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

* ,2 /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

≈ − α "

 

 

 

 

 

1/ .9/ − α 6 55 4

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

 

 

 

" ↑

 

 

 

 

 

#$8 /1, *+ 6$*+4 ,-,.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

 

φ

 

 

 

↓

φ

φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' ") "" &"$% !

 

!" φ φ

( #

' *+ ,-,.

 

(

'-.-/ ,/. 0 :,.9 *+ ,-,.

$*+-./., *+

; : 0, , /.,

" </ .-.-. :, 2 , / 0 0 .9 = 3 =

&φ φ / , 2 > / ?-, 0

6 - 1

CHUNG-YU WU

Chapter 6 Frequency Response of MOS Amplifiers

§6-1 Single-Stage Amplifier

§6-1.1 Source follower

High-frequency small-signal equivalent circuit

+VDD

 

 

 

Ii

RS

 

 

Cgd1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-gmb1Vo

 

M1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vi

 

 

 

 

Cgs1

gds1

gm1(Vi-Vo)

Vi

 

 

 

 

 

 

Vo

 

Zi

 

 

 

 

 

 

CX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vo

 

 

 

 

gds2

 

 

Cdb2

Csb1

CL

VBIAS

M2

 

 

 

 

 

 

 

 

Zo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-VSS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AV(s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

≡ Vo(s) =

 

 

 

 

sCgs1 + gm1

 

 

Vi(s)

Rs(C gs1CL eq

+ Cgs1Cgd1

+ Cgd1CLeq )s

2

+ (

gm1

RsC gd1

+ CLeq + Cgs1)s + gm1 / α1 + G Leq

 

 

á 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where GLeq=gds1+gds2 , CLeq=CL+Csb1+Cdb2

* Left-Half-Plane (LHP) pole: fp = G Leq + g m1 / α1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π(Cgs1 + CLeq )

 

 

 

 

 

 

LHP zero: fz =

gm 1

 

 

 

 

 

 

 

2πCgs1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In general,

fp fz

 

CLeq Cgs1

* If

 

CLeq

= (

1

−1)

+

G Leq

, we have

 

Cgs1

α1

 

gm 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fp = fz and Av(s)

Cgs1

 

1 indep. of s.

 

 

 

 

Cgs1 + CLeq

>Better high frequency response. How to achieve this?

Adding an extra capacitor Cx such that

 

 

 

 

 

 

 

 

é

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ù

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ê

 

 

 

 

1

 

 

 

ú

 

 

 

 

 

 

Cx+Cgs1=CLeq ê

 

 

 

 

 

 

 

 

ú

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ê

 

-1)

+

G Leq ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ê

(

 

 

 

 

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

g

m1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ë

 

 

1

 

 

 

 

 

û

 

 

Zi(s) º

Vi (s)

=

é

1

 

+

 

 

 

C

gs1

s +g

m1

 

ù

||(Cgd1s)

ê

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ii(s)

êCgs1s

 

Cgs1s(G Leq + gmb 1 + sC Leq ) ú

 

 

 

 

 

ë

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

û

 

* If gmb1+GLeq<< CLeqS and Cgd1 is neglected,

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

gm1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zi(s) @

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cgs1S CLeqS Cgs1CLeqS2

The input impedance consists of the series connected Cgs1, CLeq, and the negative resistance

gm 1

Cgs1CLeqw2

6 - 2

CHUNG-YU WU

Thus oscillation is possible.

* If gmb1+GLeq is neglected, the equivalent input capacitances

Cin=Cgd1||Cin'

æ

 

 

 

 

 

 

ö

ç

 

 

 

1

 

 

÷

ç

 

 

 

 

 

÷

Cin' CLeq ç

 

 

 

 

 

 

÷

 

CLeq

 

g

m1

 

ç

 

 

 

+1+

 

÷

C

 

C

 

ç

 

gs1

 

s ÷

è

 

 

 

 

gs1

ø

For large gm1, Cin' CLeq

The large load capacitance CL is well blocked or buffered from the preceding stage.

Zo(s) º

Vo(s)

|Vi=0 =

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rs Cgd1s +1

 

Io(s)

+ gmb 1 + sCLeq

+(sC gs1 + gm1 )

 

 

 

 

 

 

G Leq

 

 

 

 

 

 

 

 

R

s

(C s + C

gs1

s) +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gd1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* If s = 0, Zo = Ro =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gm1 + gmb 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

If s→∞, Zo'(without CLeq) Rs for Rs

 

 

 

and Cgs1>>Cgd1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G Leq + gm1

 

 

 

Since usually Rs

1

,we

have

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gm1 +g mb1

6 - 3

CHUNG-YU WU

|Zo|

 

 

 

Rs

 

 

α1/gm1

 

 

> Zo

α ω > Inductive load

ω

 

Zo(s)

RsCgs1s + 1

L

 

 

 

gm 1 / α1 + Cgs1s

R1

 

 

 

 

α1

 

Zo

R1=Rs

 

 

 

gm1

 

R2

α1

 

 

 

 

 

R2=

 

 

 

gm1

 

 

 

Cgs1α1

α

1 )

 

L=

(Rs

 

gm1

gm1

 

L and CL causes output signal ringing.

 

* Two source followers in cascade might cause oscillation because

First SF L in Zo 1

 

Second SF -R and Cin Z i 2

 

§6-1.2 Enhancement load NMOS common-source gain stage +VDD

M2

 

 

 

Cgs2

gmb2Vo

gds2

 

RS

 

gm2Vo

Vo

 

V1

Cgd1

Vo

 

 

 

 

 

 

RS

+

 

 

gm1V1

Cdb1 Csb2 CL

gds1

CL

Vi

 

 

Cgs1

M1

_

 

 

 

 

 

Vi

 

 

 

 

 

 

-VSS

RS

Cgd1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1

 

 

Vo

 

 

 

 

 

 

 

+

 

Cgs1

 

gm1V1 GLeq

CLeq

 

Vi

 

 

 

_

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке different