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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.