Circuite Integrate AnalogiceCelule fundamentale

Facultatea de Electronică Telecomunicații și

Tehnologia Informației

Celule fundamentaleSurse de curent integrate

Tehnologia Informației

Doris CsipkesDepartamentul de Bazele Electronicii

Din conținut ...

surse de curent ideale și reale – parametrii

tranzistorul ca sursă de curent

degenerarea rezistivă – creșterea rezistenței de ieșire prin reacție negativă

cascodarea

sursa de curent cascoda cu rezistență de ieșire mărită

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 2

Ideal and real current sources

sursă de curent ideală → curentul este independent de tensiunea dintre terminale

sursă de curent reală → rezistență de ieșire finită → curentul de ieșire depinde de tensiunea dintre terminale

ideal real

( )outout out

VI I f VR

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 3

out outoutR

parametrii cheie:

rezistența de ieșire → trebuie să fie cât mai mare → Iloss tindă zero

tensiunea de ieșire minimă admisă pentru polarizarea corectă a tranzistoarelor în sursele integrate

Sursa de curent cu un singur tranzistor

un singur tranzistor – sursă de curent controlată în tensiune

tranzistor bipolar polarizat in RAN sau MOS în saturație

out CER r out DSR r

Bipolar MOS

(sute de kΩ) (sute de kΩ)

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 4

outout

out

VRI

mino BEV V mino DSatV V

tranzistoarele MOS sunt folosite ca surse de curent cînd sunt disponibile în tehnologia de fabricație.

(sute de kΩ)

Sursa de curent cu un singur tranzistor

o rezistență de ieșire de sute kΩ poate să nu fie suficient de mare pentru unele aplicații→ folosim reacția negativă serie-serie pentru mărirea Rout

degenerare rezistivă

V I R V R r R g g r R

G DSat Th outV V V I R

Th BSV f V

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 5

1 2

1

2

out out DS

DS out DS

m GS

mb BS

V I R VV I I I rI g VI g V

out DS m mb DSR r R g g r R

mino DSat outV V I R

O rezistență de ieșire mare determină creșterea Vomin → metoda de mărire a Rout nu este eficientă

Sursa de curent cascodă

scop → eliminarea dependenței liniare dintre Vomin și R, menținând tensiunea joasă în timp ce Rout crește semnificativ

soluție → înlocuirea lui R cu un rezistor neliniar cu o rezistență foarte mare pentru o cădere de tensiune joasă → un al doilea tranzistor

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 6

1 2

1 1 1 1

2 2 2 2 2 2

out DS DS

DS out m GS DS

DS out m GS mb BS DS

V V VV I g V r

V I g V g V r

1 2 2 2 1 2out DS DS m mb DS DSR r r g g r r

min 1 2o DSat DSatV V V

Sursa de curent cascodă - polarizarea

polarizarea tranzistoarelor: 2 2 1

1 1

Gcas DSat Th DS

Gbias DSat Th

V V V VV V V

cum alegem VDS1 ? → se ține seama de regimurile de funcționare ale tranzistoarelor pe măsură ce Vout scade → devine important la proiectarea amplificatoarelor pentru ape măsură ce Vout scade → devine important la proiectarea amplificatoarelor pentru amaximiza excursia semnalelor

M1 este menținut saturat de tensiunea VGS constantă a lui M2 → dacă bugetul de tensiune permite, VDS1 se alege (1.5-2)VDSat1

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 7

Sursa de curent cascodă cu rezistența de ieșire mărită

dorim Rout foarte mare și menținerea Vomin mică → creșterea câștigului buclei de reacție negativă

VDS1 e stabilită de tensiunea constantă Vct de la intrarea neinversoare a amplificatorului

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 8

1 2

1 1 1 1

2 2 2 2 2 2

2 1

out DS DS

DS out m GS DS

DS out m GS mb BS DS

G DS

V V VV I g V r

V I g V g V rV aV

1 2 2 2 1 21out DS DS m mb DS DSR r r a g g r r

min 1 2o DSat DSatV V V

Bibliografie

P.E. Allen, D.R. Holberg, CMOS Analog Circuit Design, Oxford University Press, 2002

B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, 2002

D. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, Wiley, 1996

P.R.Gray, P.J.Hurst, S.H.Lewis, R.G, Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, Wiley,2009

R.J. Baker, CMOS Circuit Design, Layout and Simulation, 3rd edition, IEEE Press, 2010

Circuite integrate analogice – Celule fundamentale – Surse de curent integrate 9