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Presentation Transcript

  1. Ω DC AC Ohne RK RK Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  2. Testschaltungen für Feedbackanalyse Messpunkt - blau Kurzschluss Testquelle - rot AOL1 – Gain am Eingangsnetz AOL2 – aktive Verstärkung RK FF T - Schleifenverstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  3. Ausgangswiderstand R=? Kurzschluss R0 – Ausgangsimpedanz ohne Verstärkung offene Leitung Kurzschluss TOC TSC Schleifenverstärkungen Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  4. Linearer Spannung-Strom Wandler Schleifenverstärkung bei kurzgeschlossenen Knoten Leerlaufverstärkung 1 Aol1 Schleifenverstärkung T Schleifenverstärkung bei offenen Knoten Widerstand ohne Verstärkung Leerlaufverstärkung 2 Aol2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  5. „Common-Source“ Verstärker Rd||Rds Ausgang Cf Eingang Cd Cg Rg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  6. Millereffekt C LC Meter C (1+A)C C LC Meter -A Uin Uout Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  7. Aufgabe Rin=? Cg Cg Cg Transistor CS Amplifier SF Amplifier Z=? Z=? Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  8. Verstärker mit einem Eingang „Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  9. Verstärker mit einem Eingang Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  10. Differentieller Verstärker Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  11. Differentieller Verstärker Dynamikbereich Ausgang Dynamikbereich Eingang Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  12. „Common-Source“ Verstärker Rd||Rds Ausgang Cf Eingang Cd Cg Rg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  13. „Common-Source“ Verstärker DC Verstärkung Diese Kapazität wird durch Miller-Effekt verstärkt Nachteil: Verstärkung hängt vom Lastwiderstand ab Rd Cd Wichtige Kapazitäten: Cd – Lastkapazität (groß), Cf – verstärkt durch Millereffekt UOUT UIN Cf Dominante Zeitkonstante Rg Cg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  14. Sourcefolger Cgs Kapazität zwischen Gate und Source Cgd Kapazität zwischen Gate und Drain Cs Summe aller Kapazitäten zwischen Source und Masse Eingang UIN Ausgang UOUT Eingang + - Ausgang Cgs Cs Rs‘ = Rs||Rds Rs Rg Rg Cgd gm UGS Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  15. Sourcefolger - Zeitkonstanten Dominante Zeitkonstante Cgd DC Verstärkung Eingang UIN Ausgang Diese Kapazitäten werden durch die Wirkung des Transistors stark gedämpft UOUT Cgs Cs Der Generator Ig „sieht“ die große Lastkapazität Cs nicht Rs Rg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  16. Kaskade von 2 „common–sorce“ Verstärkern Rd2 Rd1 UOUT Eingang Ausgang UIN Rg1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  17. Kaskade von 2 CS DC Verstärkung Wichtige Kapazitäten: Cf1, Cf2 – Millereffekt, Cd2 - Lastkapazität Rd2 Rd1 Dominante Zeitkonstante DC Verstärkung ist Produkt von Verstärkungen einzelner Stufen Cd2 UOUT Cf2 Cf1 Die Zeitkonstante ist Summe von der Zeitkonstanten einzelner Stufen UIN Rg1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  18. Kaskade von CS und Source-Folger Rd1 Ausgang Eingang UOUT UIN Rs2 Rg1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  19. Kaskade von CS und Source-Folger DC Verstärkung Kleine Kapazitäten Dominante Zeitkonstante Cgd2 Millereffekt Rd1 Ausgang Cf1 Eingang UOUT Cd1 UIN Cgs2 Cs2 Die Lastkapazität wird gedämpft, der Generator „sieht“ die Kapazität nicht Rs‘2 DC Verstärkung wie beim common-source Verstärker – aber sie hängt vom Lastwiderstand Rs2 nicht ab. Gut für die Ausgangsverstärker Rg1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  20. Kaskade von CS und Source-Folger vs Kaskade von 2 CS Cs+sf kleiner 2 cs Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  21. Kaskode Rc1 Rc1 UOUT UOUT Ausgang Cd2 Source und Bulk sind getrennt Cs2 Cf1 Eingang UIN UIN Cd1 Cg1 Rg1 Rg1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  22. Kaskode DC Verstärkung Cd2 Dominante Zeitkonstante Rc2 UOUT Ausgang Schwaches Millereffekt Ab hier „sieht“ der common source Verstärker nur noch den kleinen Widerstand R*d1 ≈ 1/gm2. Das mildert Millereffekt und macht die Kaskode schneller als „common cource“. UIN Rg1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  23. Verstärker „Common Source“ Kaskade CS mit Sourcefolger Kaskode V τ Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  24. Verstärker mit einem Eingang Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  25. AC Analyse eines Verstärkers mit RK Signaldämpfung am Eingang Rückkopplung Aktive Verstärkung Annahme: System zweiter Ordnung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  26. Testschaltungen für Feedbackanalyse Messpunkt - blau Kurzschluss Testquelle - rot AOL1 – Gain am Eingangsnetz AOL2 – aktive Verstärkung RK FF T - Schleifenverstärkung Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  27. AC Analyse eines Verstärkers mit RK Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  28. Transistorschaltplan Feedback Rf Rd UOUT Cf Sensor- Kleinsignalmodell UIN Cd Cg Rg Verstärker Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  29. Analyse eines Systems mit RK Xs Passives Netzwerk Xi Xi* Passives Netzwerk Feedback Rf Cf Ausgang Eingang UIN U*IN + Cd Rd Cg Rg - gm UIN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  30. Der Schnittpunkt Rf Der Schnittpunkt befindet sich nach der Gatekapazität! Es wird nur schwer mit SPICE simuliert. Rd UOUT Cf UIN Cd Cg Rg Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  31. Schleifenverstärkung Passives Netzwerk Xi Xi* Passives Netzwerk Feedback Rf Cf UIN U*IN + Cd Rd Cg Rg - gm U*IN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  32. Schleifenverstärkung – Zeitkonstante a1 Minus Vorzeichen nicht vergessen, T0 muss positiv sein Methode der Zeitkonstanten Die Schleifenverstärkung für niedrige Frequenzen, Leicht herzuleiten nur Strom/Spannungsteiler Rf Cf UIN + Cd Rd Cg Rg - gm U*IN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  33. Ω Zeitkonstanten – die Formel für a2 CN Ci C1 C2 Zur Messung von RN1 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  34. Schleifenverstärkung – Zeitkonstante a2 Rf Cf UIN + Cd Rd Cg Rg - gm U*IN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  35. Schleifenverstärkung – die endgültige Formel Rf Cf U(t) UIN + Cd Rd Cg Rg - gm U*IN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  36. Nullstelle IR(t)≠0 Rf I(t)=0 und Cf UOUT(t)=0 UIN(t)=0 IC(t)≠0 Rf Cf I(t)=0 uIN(t)=0 UIN + Cd Rd Dan gilt es auch Cg Rg - gm U*IN Daher, es muss sein: Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  37. Leerlaufverstärkung für niedrige Frequenzen Xs Passives Netzwerk Xi Xi* Passives Netzwerk Passives Netzwerk Xi Xi* Passives Netzwerk Xs Signaldämpfung Feedback Feedback Verstärkung Verstärkung mit RK (für niedrige Frequenzen) Leerlaufverstärkung Rf Rf U*IN UIN + Rd Rd Rg Rg - gm U*IN gm U*IN Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  38. Verstärkung mit RK – die Formel Die Formel von Folie 20 Wir setzen die Zeitkonstanten ein: Die Bedingung für die schnelle und genaue Signalantwort (ohne Überschwinger) Der Feedbackkondensator macht die Schaltung „Stabil“. Solche Methode für Stabilisierung nennt man Pole Splitting Gm soll groß sein So größer Rf ist desto stabiler Antwort Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  39. Widerstand als Last + + >Vth >Vth - - + <Vth - A B C A – Transistor sperrt Vout B – Transistor im Sättigung B – Transistor im linearen Bereich A B C Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  40. Widerstand als Last Vgs3 Ids Vgs2 Vgs1 Vdssat Vds Vgs<Vt Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  41. Stromquelle als Last Vout V TL Vin I Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  42. Widerstand als Last Vout V V TL R Vin I I Stromquelle als Last Widerstand als Last Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  43. Stabilisierung Vout Vin=Vout Arbeitspunkt Vin Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  44. Diode als Last Vout=vdd Vout Vin A: Diode als NMOS B: Diode als PMOS Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  45. Linearer Spannung-Strom Wandler Versuchen wir die Kennlinie mithilfe einer Rückkopplung zu linearisieren Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  46. Linearer Spannung-Strom Wandler Schleifenverstärkung bei kurzgeschlossenen Knoten Leerlaufverstärkung 1 Aol1 Schleifenverstärkung T Schleifenverstärkung bei offenen Knoten Widerstand ohne Verstärkung Leerlaufverstärkung 2 Aol2 Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  47. Stromspiegel IREF Biasspannung wird mit dem Spannungsteiler erzeugt. Der Biasstrom ist abhängig von Temperatur und Schwellespannung. Stromspiegel Der Biasstrom ist gut definiert Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  48. Stromspiegel - Parameter Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  49. Stromspiegel mit Kaskode Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs

  50. Stromspiegel mit Kaskode Mit Kaskode Ohne Kaskode Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs