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

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

.pdf
Скачиваний:
49
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
29.49 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 - 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHUNG-YU WU

The numerator of H( s ) =

V2 ( s )

 

is g

 

( g

 

+ g

 

)( C R s +1)

 

mi

mg 1

mg 2

 

 

 

Vd ( s )

 

 

 

c out

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Þ LHP Zero : -

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Cc Rout

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If Rout is large , LHP Zero may form a pole-zero doublet with Sp1or Sp2

Þ very slow slew rate !!

If Rout is small , too large gm1 or gm2 is required.

Þ(large area ,large power)

Þlarge Cout. Freq. Resp.

*Somehow difficult to design.

*Also the power dissipation of the buffer is large. (additional power dissipation)

§6-2.2 Adding Rc in series with Cc.

 

 

 

 

 

CC

RC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H( s ) =

v2

 

can be solved.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1

 

V2

vd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Low frequency gain : Adm

= gmi (gmg 1 + gmg 2 )Ro Rd

 

 

 

LHP Poles :

SP 1 @

 

 

 

 

 

 

 

- 1

 

 

 

(unchanged)

 

 

 

 

(

 

 

 

 

+ gmg2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gmg1

Ro Rd Cc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SP 2

@ -

 

 

 

(gmg 1

+ gmg 2 )Cc

(unchanged)

 

 

 

 

 

 

 

 

Cd CL + Cc CL + Cd Cc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SP 3

@ -

Cd Cc + Cd CL +Cc CL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RC Cd CL Cc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ LHP

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gmg1

+ gmg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

÷Zero : SZ = -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

[R

(g

 

+ g

 

)-1]

 

 

 

 

 

 

 

 

ç RHP÷

 

 

 

mg1

mg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

è

ø

 

 

 

 

 

c

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 - 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHUNG-YU WU

1. If

 

R

=

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

or R =

1

 

 

 

 

 

 

g

 

 

: second-stage transconductance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m 2

 

 

 

C

 

gmg1 + gmg 2

 

C

 

 

 

gm2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SZ

 

® ±¥

 

 

 

 

 

No effect on the frequency response of the OP.

 

S

 

 

dominant pole Þ A (s ) @

 

 

Adm

 

 

=

Ado SP1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

s + SP 1

 

 

 

 

P 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SP1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For ω >> S

P1

A ( jω ) =

 

Adm SP 1

,

 

A ( jω )

 

=

 

AdmSP1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

jω

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gmi

 

 

 

 

At ω ,

 

A ( jω

u

)

 

= 1 Þ ω

u

= A S

P1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dm

 

 

 

 

 

Cc

 

 

 

 

 

 

 

Large

CL

 

Þ SP 2

» -

gmg 1 + gmg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For phase margin

 

 

45

0

~ 60

0

Þ

 

 

S

P 2

 

@

2 ~ 4,

 

C

 

 

gmg 1

+ gmg 2

= 2 ~ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωu

 

CL

gmi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If

 

 

 

 

gmi

 

 

 

 

 

 

 

 

@ 2 ~ 4 ,

CL @ Cc stable

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gmg 1 + gmg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) NMOS Realization :

 

dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-6 dB/octave

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 dB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f p1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f p 2

 

log(f)

 

 

 

CC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-12 dB/octave

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-VSS

 

 

V1

V2

phase

log(f)

 

 

0 o

 

 

- 45 o

 

 

 

- 90 o

 

 

 

- 135 o

- 180 o

I DS

=

μnCox

W [

-V2 -VTH )VDS -VDS

2 ]

,

 

2

 

2( VDD

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

I DS

ö

−1

=

 

 

 

1

 

 

 

RC

= ç

÷

 

μn Cox

W

 

 

 

 

ç

V

÷

 

 

[2( V

-V

-V )]

 

 

è

DS

ø V

DS =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

L

DD

2

 

TH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V2

- VTH - body effect

 

 

 

 

 

 

RC

 

 

 

 

 

( RC

)o =

 

1

 

 

 

RCmax

 

 

 

 

 

 

+ gmg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

gmg 1

 

 

 

RCmin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nonlinear Rc

V2min

 

 

 

 

 

0V

 

 

 

 

 

V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V2max

(negative)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 - 16

CHUNG-YU WU

Design R

c

:

(1) Design R , s.t.

( R )

 

=

1

(

1

)

=0V

 

 

 

 

c

c V2

 

gm 2

 

gmg1 + gmg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2) At Rc= Rcmax or Rcmin ,

Sz must be large enough ! Otherwise, frequency performance will be degradated.

1) CMOS Realizations :

a.

C

 

 

VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

Mcn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mcp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

2

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

2

 

V

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

-VSS

 

 

 

1

 

 

 

 

-V

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Consider the case in c.:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

=

μnCox

 

 

Wn

[ 2(V − V −V )V −V

2

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DSn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Ln

 

 

 

 

DD

2

 

 

 

THn

 

DS DS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rcn =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μn C ox

 

W n

[ 2( V DD − V2

− VTHn

)]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= μp Cox Wp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 - 17

 

I

DSp

[ 2( V +V

SS

-V

 

 

)V

 

-V

2

]

CHUNG-YU WU

 

 

 

 

2

Lp

 

 

2

 

 

THp

 

DS

 

DS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rcp

=

μ pCox

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wp [ 2( V +V -V )]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Lp

 

2

 

SS

 

THp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rc −1 = ( Rcn // Rcp )−1 = Rcn −1 + Rcp −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

μn Cox

Wn

[ 2(VDD

− V2 − VTHn )] +

μp Cox

Wp

 

[ 2(V2

+ VSS − VTHp )]

 

 

 

 

 

2

Ln

 

2

 

Lp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If

μ

C

W

μ pCox Wp

= β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

ox

 

n =

2

Lp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

− 1

= β [ 2V

- 2V

 

+ 2V

-2V

 

] nearly indep. Of V2

 

 

 

c

 

 

 

 

DD

 

THn

 

 

SS

 

 

 

THp

 

 

 

 

 

 

 

 

R

−1

 

= g

mg1

+ g

mg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

V2=0V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

-1

 

 

 

 

 

 

 

R

cp

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V2min

 

 

 

0V

 

 

 

 

 

 

 

V2max

V2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. If Rc

=

1 +( Cd +CL ) / CC

gmg1 + gmg 2

 

 

Sz = Sp2 and pole-zero cancellation occurs.

Þ Sp3 >> Sp1 Þ AdmSp1 < Sp3 Þ stable

However, if the cancellation is not complete

Þ pole-zero doublet occurs ! Þ slow slew rate.

6 - 18

CHUNG-YU WU

§6-2.2 Feedforward compensation

Av3 is the gain of the source follower

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A V3

 

 

+ Vout

 

 

Vin

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

å

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-A V2

 

 

 

 

 

 

 

A

( 0 )( 1 +

s

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v 3

 

 

 

 

 

z3

 

 

 

 

 

 

 

1 LHP zero

Av 3

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1 +

s

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

1 LHP pole

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

( 0 )( 1

s

 

)( 1+

 

 

s

)

2 LHP poles

 

 

 

 

 

 

Av 2

=

v 2

 

 

 

 

 

z1

 

 

 

 

 

z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 RHP zero (CC)

 

( 1 +

s

 

)(1 +

s

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 LHP zero

 

 

 

P

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z3 & z2 are generated from the Cgs of the source follower.

 

Vout

= A

( s ) = A

( s ) + A

 

( s )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VTOT

V 2

 

V 3

 

 

 

 

 

 

 

 

Vin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1+

s

)(1 +

s

)(1 +

s

)

 

 

 

 

z1'

z2'

z3'

 

 

= [AV 2 ( 0 ) + AV 3 ( 0 )]

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

s

 

s

 

 

 

 

 

 

( 1+

 

)(1 +

)(1 +

 

)

 

 

 

 

p1

p2

p3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1' : dominant pole

z1' , z2 ' , z3 ' : LHP Zeros

Design consideration : Any zeros below the unity-gain frequency must be placed as close as possible to their matching poles. This prevents the formation of any doublet !

z1' = p2 by adding CB1 and CB2(3.8pF) to control Cgs 9 + Cgs11

6 - 19

CHUNG-YU WU

Ref:IEEE JSSC , col SC-14, no.6 pp.1070-1077 , DEC.1979 Feedfoward +Miller(direct)

Ref:IEEE JSSC , col SC-15, no.6 pp.921-928 , DEC.1980

Feedfoward +Unity gain buffer + Miller

§6-3 Settling Behavior

 

 

 

 

Vo

 

 

± 0.1%V or ± 0.01%V

 

 

 

 

 

V

 

 

 

V Io

g m1

 

 

 

 

0

T S

TP

t

 

TSET

 

Slewing

 

 

Settling

 

Period

 

 

Period

Slewing Period (Ts): Vo from 0V to V-Io/gm1 under voltage follower connection and worse case loading.(nonlinear operation)

Settling Period (TSET-Ts):

Vo from (V-Io/gm1) to ± 0.1% V or ± 0.01% V (quasi-linear operation) Settling Time (TSET): Ts +( TSET-Ts) = slewing period + settling period.

§6-3.1 Single-pole case

 

 

CC

 

+ Input

Gain

 

-

Stage

Stage

Vo

 

Io

 

 

 

 

~ differential-input to single-ended output converter

Slew rate:

 

 

 

 

 

 

 

 

6 - 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHUNG-YU WU

SR

dVo

=

I o

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|max Cc

 

 

 

 

 

ωu =

gmi

← single-pole case

 

 

 

Cc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SR =

I oωu

 

= ω

 

 

 

Io

 

gmi

 

 

 

 

uCox

W

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

(

 

)i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

L

§6-3.1 Two-pole case

Ref IEEE JSSC vol.SC-17, no.1 pp.74-80, Feb. 1982

Ts = −

1

ln[1

gm 1

( V

I o

)

Fig.2

 

 

 

 

 

ω1

 

I o ao

gm1

 

approximation e− ω 1TS 1 − ω T

=> eq.(19) conventional expression

 

 

 

 

 

 

 

 

1 S

 

After Ts Vo= V-Io/gm1

Input voltage = V-( V-Io/gm1) = Io/gm1

 

 

 

 

 

 

 

 

=> enter the linear (or quasi-linear) region

Feedback Function for unity-gain voltage-follower connection

=> A( s ) =

 

a( s )

 

eq.(20)-(23)

 

+ a( s )

1

 

 

 

 

two poles S = −ξω n ±

ξ

2

 

eq.(24)

 

ξ =

ω1 + ω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1ωn

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(double negative real poles)

damping ratio

ξ

= 1 critically damped

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

< 1 underdamped

 

 

 

 

 

ξ > 1 overdamped

 

(complex conjugate poles)

 

 

(real and negative pole)

ξ =

ω + ω

2

 

ω 2

=

ω

2

=

gm 2 / c2

(CC, C2 >> C1)

1

 

 

 

 

 

2ω n

 

2 aoω1

2 ωu

2 gm 1 / cc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 - 21

CHUNG-YU WU

ξ

1

=> CC

4( gm1 )C2

(CC, C2 >> C1)

 

 

 

 

 

gm 2

 

 

 

 

 

=>

ω2

4ωu ω2 = 2 ~ 4

ω 2 < 4ω u

underdamped

 

 

ω 2 > 4ω u

overdamped

 

 

 

 

ωu

 

 

 

(1) Underdamped: TS eq. (14) or (19)

max.overshoot: eq.(36)

 

 

 

TP eq. (35), (33)

settling time: eq.(40),(39)

(2) Critically Damped

Vo(t): eq.(41)

 

 

 

 

 

 

 

TSET : eq.(43)

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

0.001

 

 

 

 

 

TS

TSET

t

 

(3) Overdamped TSET : eq.(47)

Simulation & Calculation : Fig.7, Fig.8

V

t

Further references:

(1)IEEE JSSC, vol. SC-18, pp.389-394, Aug. 1983

(2)IEEE JSSC, vol. SC-21, pp.478-483, June. 1986

6 - 22

§6-4 Slew rate of CMOS OP AMPs

§6-4.1 Two-stage OP AMPs

CHUNG-YU WU

Two poles:

S p1 , S p 2 ,

 

S p 1

<<

S p 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If

 

S p1

 

<<ωu <<

 

Sp 2

 

,Vout ( s ) = gmiVin ( s ) / sCc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vout

( jw )

=

 

 

gm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vin ( jw )

 

jwCc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

At

ω =ωu ,

 

Vout

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vout

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Þ ω

u

 

=

gmi

 

or C

C

 

= g

 

mi

/ ω

 

 

m1

 

in

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The slew rate SR =

dVout

 

max

= I

o

/ C

=

ICωu

= ω

u

 

 

Io

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

C

 

 

 

gmi

2uCox(W / L )i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωu -, Io -,( W / L )i ¯ Þ SR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* Io / CL

³ I o / CC or CL

dVout

£ CC

dVout

( = I o )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Slew rate enhancement and degradation

Vin

V1

t

Vo

V1

degradation

 

-

Vo

+

 

Vin

t

enhancement

6 - 23

(1) Positive step

CHUNG-YU WU

 

+ VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M3

 

 

off

 

 

 

 

 

 

Io + iw

off

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Io + iw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

vout

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

-

off

 

on

+

 

 

 

 

 

 

 

CL

 

vw

 

 

M2

 

 

+

 

V1

 

 

 

 

M1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cw

 

 

Io

~ vin

 

 

 

 

 

 

 

iw

 

 

 

 

-

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- VSS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dvω

( t )

Cω

dvin ( t )

 

 

 

 

 

 

 

 

iω ( t ) = Cω

dt

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

t

 

 

I

o

 

C

t

dv

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

ò

 

in

 

 

vout( t ) = C ò( I o + iω )dt = C

t

+ C

 

dt

 

dt

 

C

0

 

 

 

C

 

C

0

 

 

 

 

= I o t + Cω V1u( t ) CC CC

(2) Negative step

 

+ VDD

 

 

 

 

 

M

M4

 

 

 

 

3

on

 

 

Io + iw

 

on

 

 

 

 

Io

- iw

 

CC

 

 

 

 

 

 

Io- iw

 

 

-

vout

 

 

 

 

+

 

-

on

off

+

 

 

 

vw

M2

+

V1

 

 

M1

 

 

Cw

Io

~ vin

 

 

 

iw

-

 

 

 

 

 

 

 

 

- VSS

 

 

 

Соседние файлы в папке different