54
1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Differentielle Signale 1 2
1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Signale
1 2
Klassifizierung der Verstärker
Single Ended Verstärker als TIA
Single Ended Verstärker als 2te Stufe
Differenzieller Verstärker als nichtinvertierender Verstärker
Differenzieller Verstärker als invertierender Verstärker
Hoch R Niedrig R
Niedrig RNiedrig R
3Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielles Paar
meq gR /1
+
gm UIN -
UIN
rds
mg/1 21m
m
m g
Rg
gG
dsout rR 2
4Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielles Paar
mg/1
21m
m
m g
Rg
gG
dsout rR 2
5Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Signale
)||2(22 Rrg
V dsm
)||2(22 Rrg
V dsm
Klassifizierung der Verstärker
Single Ended Verstärker als TIA
Single Ended Verstärker als 2te Stufe
Differenzieller Verstärker als nichtinvertierender Verstärker
Differenzieller Verstärker als invertierender Verstärker
Hoch R Niedrig R
Niedrig RNiedrig R
7Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
2211 vAvAvout
vout
8Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2=0
0211 AvAvout
vout
9Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1=0 v2
221 0 vAAvout
vout
10Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
222121
1
vvvvv
222121
2
vvvvv
21diff
cm
vvv
22diff
cm
vvv
2211 vAvAvout
diffcmout vAA
vAAv
2
2121
cmA diffA
vout
221 vv
vcm
12 vvvdiff
11Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
vcm vcm
v1 v2
vout
Vdiff/2 Vdiff/2
diffcmout vAA
vAAv
2
2121
cmA diffA
12Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
vout
Vdiff/2 Vdiff/2
diffout vAA
AAv
2
0 2121
diffA
13Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
vcm vcm
v1 v2
vout
02
2121
AA
vAAv cmout
cmA
14Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Verstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
v1 v2
diffdifcmcmout vAvAv
diffdifout vAv
0cmv
15Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Verstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
v1 v2
Gmdif Rdiff
diffmdiffdiff RGA
16Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Stromverstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
Masse~ Masse
Vdiff/2 Vdiff/2
V=0
21 iiiout
1i 2i
1i
0
meq gR /1
17Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentielle Stromverstärkung
Vdiff/2 Vdiff/2
V=0
Vdiff/2
21diff
m
vgi
22diff
m
vgi
diffmout vgiii 21
mmdiff gG
1i 2i
18Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
19Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
1/gm
dsout rR 2~
R )1( RgrRR mdsout
outR
20Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Widerstand
2rds
)2
2||( ds
dsMout
rrR
dsMdsout rrR ||
dsMdsmdiff rrgA ||
dsMr
,diffmdiffdiff RGA
21Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Common-Mode Verstärkung
Vcm Vcm
v1 v2
diffdifcmcmout vAvAv
0diffv
cmcmout vAv
22Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Common-Mode Verstärkung
Vcm Vcm Vcm Vcm
0cmA
1i 2i
0, 21 ii
23Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
„Common-Mode“ und Differentiell
v1 v2
diffcmout vAA
vAAv
2
2121
cmA
)||( dsMrdsmoutdifdiff rrgRGA
vout
cmA
0cmA
diffA
24Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
Differentieller Verstärker Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker
25Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Stromquelle als Last
Spannungsverstärkung ist größer für kleinere Biasströme
Ids
Vds
sat
sat
I
LE
Vdssat
22 thgsox
dssat VVL
WCI
thgsoxgs
dssatm VV
L
WC
dV
dIg
Vgs1
Vgs2
Vgs3
Vgs<Vt
L
WCIg oxdsm 2
ds
satds I
LER
26Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker mit einem Eingang
„Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode
27Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Verstärker mit einem Eingang
Ohne RK
Mit RK
28Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
29Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker - AC
30Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
RK
Transimpedanzverstärker(Strom – Spannungswandler)
Invertierender Verstärker
Buffer
Nichtinvertierender Verstärker
R1
R2
R1
R2
R1
Strom
Spannung
Spannung
Spannung
R klein
R kleinR groß
31Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
Gmdif(D) Rdiff
32Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
33Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
34Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
2diffv
2diffv
35Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
1/
11
*1
DgC
IImMM
m
mMM
mdiffout g
DgC
gVIII
1/22*1
1/
12/
DgC
DgCgVI
mMM
mMMmdiffout
1
*1I1I
2I
36Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
cmv cmv
37Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
cmp
VD
DAI
11
+
-
m
sgsp g
CC )(
cm
mgss
msm V
gCCD
DgCgI
1/
/1
sC
gsC
1I
38Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
cm
mgss
msm V
gCCD
DgCgII
1/
/21
1/
11
*1
DgC
IImMM
1/
/
1/
/
DgC
DgC
gCCD
DgCgVI
mMM
mMM
mgss
msmcmout
1I 2I
*1I
1*1 IIIout
39Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
1/
/
1/
/
DgC
DgC
gCCD
DgCgVI
mMM
mMM
mgss
msmcmout
1/
12/
DgC
DgCgVI
mMM
mMMmdiffout
sC
gsC
MC
mMg
mg
40Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dsMdsmdiff rrgA || dsMdsm rrgA ||
41Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
vin
vin
42Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
vin
vin
43Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
vin
vin
44Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker
dsMdsINout rrR ||
LC
1/
12/
1 DgC
DgC
DCR
RgA
mMM
mMM
Lout
outmINdiff
1
DCR
RgA
Lout
outmINdiff
MT
INT
)/1(|| Loutout DCRZ
45Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker mit Kaskode
dsCPCPdsMdsCNCNdsINout rgrrgrR ||
1
DCR
RgA
Lout
outmINdiff
LC
MT
INT
CPT
CNT
dsMdsC rr
46Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker mit Kaskode
LC
MT
INT
CPT
CNT
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
vcasc
vcasc
47Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Verstärker mit Kaskode
LC
MT
INT
CPT
CNT
dssatV
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
vcasc
vcasc
48Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Folded Kaskode
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
49Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Folded Kaskode
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
50Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Folded Kaskode
dsMdsCNCNdsINdsCPCPout rrgrrgR ||
1
DCR
RgA
Lout
outmINdiff
INT
LT
CPT
CNT
MT
LC
51Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Differentieller Stromverstärker
Differentieller Stromverstärker
0I 0I
01 Ii 01 Ii
21 ii
1i 2i
52Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)
1
12
11
1)(
DgC
DgC
DgC
DCR
MRgDA
mMN
MN
mM
MN
mMP
MPoutout
outmIN
1M M1
dsMNdsMP
out rM
rR ||
MNC
MPCMPC
outC
MPT
INT
MNT
53Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)
1M M1
MNC
MPCMPC
LC
DynamikbereichAusgang
DynamikbereichEingang
54Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs
Symmetrischer Verstärker (CMOS OTA)
)(log iT
log
log
0180
0
1p 2p
1p
090
1
12
11
1)(
Dg
C
Dg
C
DgC
DCR
MRgDT
mMN
MN
mM
MN
mMP
MPoutout
outmIN
dsMNdsMP
out rM
rR ||
dbgsMP CCMC 21
dbgsMN CCC 22
102 2 T 063M
out
m
MP
mMP
C
Mg
C
g2
out
m
C
MgT 10 GBW
GBW
