11TE 823 Projeto de CIs Analógicos

AMPLIFICADORES CMOS

22TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.1 Amplificador Fonte Comum

4.1.1 Amplificador fonte comum com carga resistiva

33TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Análise

Ganho de tensão

Dmv RgA

M1 saturado

DDSsatDDDDSsatout IVVRVV

11

2

fD

tm

F

tms

iI

ng

I

g

DSsatDD

D

mDmv VV

I

gRgA

t

DSsatDD

f

vn

VV

iA

1

2

Máximo AV é baixo,

especialmente para baixo VDD;

R consome uma grande área

de silício;

O ganho não é constante

(vout é uma função não linear de

vin).

44TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.1.2 Amplificador fonte comum com carga “diodo”

iD

VDD vout

Load line

vin

3

1

2

VDD

vout

vin

1

2

3

2

1

212

1

m

m

oom

mv

g

g

ggg

gA

Baixo ganho de tensão

55TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.1.3 Amplificador fonte comum com carga fonte de corrente

21 DSsatDDoDSsat VVVV

66TE 823 Projeto de CIs Analógicos

1:1

11 1 1

1

011 1

1

1 2 ln 1 1

FD F B f

S

TH Tf f

t

II I I i

I

V Vi i

n

101 1 1 01

1

2 BTH T t f T

n ox

I nV V n i V

C W L

Cálculo de VTH

Em inversão forte

77TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Ganho de tensão

211 oomv r//rgA

11

2

1

1

ft

Bm

in

Ig

B

Ao

B

Ao

I

Vr

I

Vr 11

11

11

2

1 ft

Av

in

VA

21

111

AAA VVV

88TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Resposta em Freqüência

oML

mMomv

RCCs

gsCRgA

1

1 11

V dBA

log ( / u)10-1-2-3-4

log ( c/ u)

c

omv/s

RgA1

11

MLoc CCRML

mcomu

CC

gRg 11

99TE 823 Projeto de CIs Analógicos

IB

vout

vin+

-

M1

M2

iD

M3

Admitância de entrada:1:1

1 111 /

min in M V in M M

o c

gY sC sC A s C C sC

g s

CL+ CPCM

gs gbC C Efeito Miller

Admitância de saída:

out P oY sC g

1010TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.1.4 Inversor CMOS

VDD

VDD

vout

vin

1

2

3

Vmax

Vmin VDSsat1

VDSsat2

VTH

iD

vout3

1

2

VDD201

1

2

022

2

2

n N ox TH T ND

N

p P ox DD TH T PD

P

n C W L V VI

n

n C W L V V VI

n

10 0

2

1

2

1

n PDD T P T N

p N

TH

n P

p N

W LnV V V

n W LV

W Ln

n W L

1111TE 823 Projeto de CIs Analógicos

1DI

LI

2DI

vinVDD0

2

0 01

1

2

21

in TH

n ox DD T N T PD THV V

Nn P

p N

C W L V V VI I

n W Ln

n W L

Amplificador classe AB

1212TE 823 Projeto de CIs Analógicos

VDD

VDD

vout

vinVTH

Av

Ganho de Tensão :

1 2

1 2 1 2

2

1 1

TH

m

t f

Ig

n i1 2

1 2

TH THds dsA A

I Ig g

V V1 2

1 2

m mV

ds ds

g gA

g g

1 2

1 1 1+

A A AV V V1 2 1 2 , ,A AV V L L

1 2

1 2

2 1/ 1/

1 1 1 1

AV

t f f

V n nA

i i

1313TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Exercício: Para um inversor CMOS determine:

1. A resposta em freqüência;

2. As condições para ter um inversor simétrico, i.e.,

VTH=VDD/2.

3. A corrente de “threshold” ITH e o ganho de tensão para o

inversor simétrico se VDD=5V, VT0N = -VT0P=1V,

nN=nP=1.2, ISN=ISP=200 nA, VA1=VA2=10V.

1414TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.2 Amplificador Porta Comum

iD

vout

Curva de carga

vin

3

1

2

VDD

VDD

vout

vin

1

2

3

VTH

1 1

1

1

D F B

Bf

S

I I I

Ii

I

01 11 2 ln 1 1

bias T NTH t f f

N

V VV i i

n

M1 e M2 saturados

1515TE 823 Projeto de CIs Analógicos

VDD

vout

vin

1

2

3

VTH

max 2

0min 1 1

1 1

1 ln 1 1

1 3

o DD DSsat

bias T No DSsat TH t f

N

DSsat t f

V V V

V VV V V i

n

V i

1616TE 823 Projeto de CIs Analógicos

VDD

vout

vinVTH

Av

Ganho de Tensão :

in

1 2

v 0

= + outo ds dsout

ig g g

vCondutância de saída:

1

0out

outm ms

in v

iG g

vTranscondutância:

1

1 2

msV

ds ds

gA

g gGanho de tensão :

1717TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Exercício: Calcule a transcondutância,

as resistências de entrada e saída e o

ganho de tensão se a fonte de sinal

tiver uma impedância diferente de zero.

1818TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.3 Seguidor de Fonte

VDD

IB

vout

M1

M2

iD

M3

1:1

vin +

-

VB

Vin=0iDVDD/5

VDD

VDD vout

Load line

vout

vin

VDD

VDD

11/n

VDSsat2

VB=vout

VB= VDD

1919TE 823 Projeto de CIs Analógicos

VDD

IB

vout

M1

M2

iD

M3

1:1

vin +

-

VB

VB=vout VB= VDD

Ganho de tensão:

Saturação: ,max 2out DD DSsatV V V

1

1

1

1

21

m

dsdsin

out

g

ggv

v

n

g

gggv

v

m

dsdsmsin

out 1

1

1

1

211

2020TE 823 Projeto de CIs Analógicos

4.4 Amplificador Cascode

A configuração cascode aumenta a resistência de saída (alto

ganho de tensão) e reduz a realimentação capacitiva (operação

em altas freqüências).

ANÁLISE

VX+VDSsat2

2121TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Exercíco 1. Mostre que a impedância de saída

do amplificador cascode é dada por:

1 22

1 2 1

1 1. out md msout V

out md md md

v g gR A

i g g g

Exercíco 2. Mostre que a transcondutância de

curto-circuito do amplificador cascode é dada

por :

21 1

1 20out

out msm mg mg

in md msv

i gG g g

v g g

2222TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Resposta em Freqüência

2323TE 823 Projeto de CIs Analógicos

Folded Cascode

Folded cascode: Aumenta

a excursão de tensão na

saída e a faixa de modo

comum na entrada (amp.

dif.) mas aumenta o

consumo.