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''' K%%2 %24"9 )) 19G419E K H1G
''' K%%2 %24 E )) 9914 9 0 H1I
''' K%%2 %24 I )) E/G4E/1 H1
''' K%%2 )) 10E41// ? H1G
?)) 3 R 4$D ?#D 7 4) )
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5 |
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α 2 |
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5 |
8 4 |
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
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|
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|
|
|
|
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|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 ε = 9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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9 |
|
|
|
|
|
|
|
&, |
|||
|
ε |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
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= 9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
9 + |
9999 |
|
|
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99µ |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
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|
|
)) 4 J |
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|
|
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ε |
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|
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|
|
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|
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||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|


8 - 1
CHUNG-YU WU
Chapter 8 Advanced Design Techniques and Recent
Design Examples of CMOS OP AMPs
§8-1 Advanced Design Techniques of CMOS OP AMPs
§8-1.1 Improved PSRR and frequency compensation
|
¶V |
|
|
|
|
C gs |
|
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|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
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P.6-26 |
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
C |
I |
¶V |
ss |
|
|
2g |
|
|
|
|
|
V |
|
|
C |
I |
|
2 g |
m3 |
|
¶V |
ss |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
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|
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|
|
|
|
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|
1 |
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|
C gs |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
¶I |
o |
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
1 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
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|
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|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Where |
|
Io |
|
|
represents the input stage bias current. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
If Io |
is independent of |
|
|
Vss |
|
and |
VDD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
and the input devices have no body effect. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
¶V |
|
|
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|
|
|
¶V |
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
¶VDD |
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
¶Vss |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Ref.: IEEE JSSC, vol. SC-15, pp.929-938, Dec. 1980 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BIAS GENERATOR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+VDD |
|
|
|
|
|
OP AMP |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M9 |
M3 |
M4 |
M6 |
|
IREF |
|
|
|
|
M10 |
V- |
|
V+ |
|
M1 |
M2 |
Vo |
||
|
||||
|
M8 |
|||
|
|
Io |
||
M11 |
|
|
||
|
|
|
M12 |
M7 |
|
M5 |
|
VBIAS |
|
|
-VSS |
|
* I REF |
is generated by using the power supply independent current source. |
||
*VBIAS |
is nearly independent of VDD |
and |
Vss . |
*It is better to use separate p-wells for |
M 1 |
and M 2 to avoid the body effect. |

8 - 2
CHUNG-YU WU
*Tracking RC compensation
Conceptual circuits :
|
|
|
|
+VDD |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
+ |
gm1VIN |
VIN2 |
||
|
|
|
- |
MB(M6) |
|
|
Vos2 |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
- |
|
|
|
|
Voltage |
Mc |
|
|
|
|
source |
|
|
|
CC |
|
(M10) |
|
|
|
||
|
|
|
|
CL |
|
|
|
|
|
|
MA(M8) |
|
I |
|
|
|
(RC) |
|
|
|
|
KI |
|
|
|
|
|
-VSS |
|
In the quiescent case ,Vin2=VOS2 |
|
|
|||
|
If (W / L)A ≈ [(W / L)B |
∙ (W / L)C |
∙ K]1/ 2 Cc |
||
|
|
|
|
|
Cc + CL |
|
=> R ≈ Cc + CL |
≈ Rc |
|
||
|
dsA |
gm 2Cc |
|
|
|
|
|
|
|
|
The requires Rc is Rc = 1 / gm2 [1 + (Cd + CL ) / Cc] » 1 / gm 2[(Cc + C L ) / CC ] Thus LHP zero=LHP pole P2
and P3 becomes the second pole.
The stability considerations,
|
P3 ³ Ado P1 |
|
||
or |
Cc ³ |
gm1 |
c1cL |
|
gm 2 |
||||
|
|
|
allows a smaller gm2 and larger C L
* RdsA » Rc indep of temperature, process , and supply variations. =>Tracking design to make sure that z=P2
=>No pole-zero doublet problem!

8 - 3
CMOS Design |
CHUNG-YU WU |
|
+VDD
M1 |
M3 |
|
|
|
|
M5 |
M8 |
|
M13 |
|
VBIAS |
|
|
|
|
- |
|
+ |
M15 |
|
M9 |
M11 |
|
|
|
|
Vout |
||
|
|
|
|
|
|
M6 |
|
|
Cc |
|
|
|
M17 |
|
M2 |
M7 |
|
|
M16 |
|
|
|
||
|
M10 |
M12 |
|
M14 |
|
M4 |
|
|
|
-VSS
*M17,Cc : Tracking RC compensation.
*M9,M11:Sharing the separate n-well.
*VBIAS is not strictly independent of VDD and VSS.
§8-1.2 Improved frequency compensation technique.
Ref.: IEEE JSSC ,vol.sc-18, pp 629-633, Dec.1983
Grounded gate cascode compensation
+VDD
M11 |
M12 |
|
M5 |
M9 |
|
|
|
2x |
3x |
|
|
||
|
VBIAS1 |
|
MB |
|
||
|
|
|
|
M7 |
||
M13 |
+ |
M1 |
M2 |
- |
|
|
|
|
|
|
|||
IBIAS |
VBIAS2 |
|
|
|
Cc |
|
|
MC1 |
MC2 |
M8 |
Vo |
||
|
M16 |
5pF |
||||
|
|
|
3x |
|
|
|
M14 |
M15 |
M3 |
M4 |
M10 |
|
M6 |
3x |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VBIAS1 |
|
|
|

