Chapter 4:Chapter 4:Differential Amplifierp

Basic Differential PairBasic Differential PairSingle Ended and Differential OperationCommon‐Mode ResponseCommon Mode ResponseDifferential Pair with MOS loads

1

1.Tín hiệu vi sai

Tín hiệu đơn cực:  tín hiệu được đo ở 1 điện thế cố định,thôngthường là so với mặt đất

Tín hiệu vi sai: tín hiệu được đo giữa 2 nút “ngang nhau và ngượcTín hiệu vi sai:  tín hiệu được đo giữa 2 nút ngang nhau và ngượcnhau” xung quanh 1 điện thế cố định

Điện thế “trung tâm” của tín hiệu vi sai được gọi là mức “common‐d ”(CM)

2

mode”(CM) 

ể Í ả ở ủ ễƯu điểm 1 : Ít bị ảnh hưởng của nhiễu do môi trường. Tại sao?

Trong hình (a),nếu VDD biến đổi 1 lượng V,khi đó Vout thay đổi 1 g ( ), DD  ợ g , out ykhoảng tương tự,đầu ra luôn bị ảnh hưởng bởi nhiễu trên VDD.

Trong hình  (b).Nếu mạch điện là đối xứng,nhiễu trên VDD tác động đến V và V nhưng V V =V Như vậy mạch điện hìnhđộng đến VX và VY nhưng VX‐VY=Vout.Như vậy mạch điện hình 4.3(b) có khả năng chống nhiễu tốt hơn

3

Single Ended Signal:‐ Do tụ điện hình thành giữa các gdây dẫn nên dây nhiễu ở ngõ ra

Differential Signal:‐ Nhiễu tác động vào tín hiệu ngược chiều nên có khả năng khử lẫn nhaunăng khử lẫn nhau.

4

Ư đ ể là ă á đ ệ á d độƯu điểm 2: làm tăng giá trị điện áp dao động

Maximum Output Swing: Maximum Output Swing:Maximum Output Swing: Maximum Output Swing:

Điện áp đầu ra dao động lớn nhất tại X hoặc Y bằng VDD‐(VGS‐VTH),Còn V V điện áp dao động đỉnh đỉnh bằng 2 ( V (V V )

5

Còn, Vx‐Vy điện áp dao động đỉnh đỉnh bằng 2.( VDD‐(VGS‐VTH)

Ư đ ể hâ đ ả hƯu điểm 3: Phân cực đơn giản hơnĐộ tuyến tính cao hơn

(chapter 13)(chapter 13)

6

2. Cặp vi sai

Mạch vi sai : Nhạy với tín hiệ õ à ứ là õhiệu ngõ vào. Tức là ngõ ra không đối xứng, dễ méo

Cặp vi sai : Ít phụ thuộc hơn so với mạch vi sai . 

7

Phân tích định lượng

8

Mức ngõ ra lớn nhất và bé nhất được xác định rõ và nó ít phụ thuộc vào input CM: VDD và VDD‐ RD ISS

Độ lợi tín hiệu nhỏ ( Độ dốc của Vout1‐Vout2 hoặc làĐộ lợi tín hiệu nhỏ ( Độ dốc của Vout1 Vout2 hoặc là độ dốc của Vin1‐Vin2) đạt max khi Vin1=Vin2

9

Common mode behavior

Ở chế độ Common mode :Hoạt động :Hoạt động :

M3 in saturation

M1 & M2 in saturationM1 & M2 in saturation

10

Với M1 và M2 hoạt động trong miền bão hòa

Mức dao động ngõ ra :

=>Để tăng mức dao động ngõ ra, ta có thể giảm Vin,CM

11

Phân tích định lượng

Giả sử M1 và M2 nằm trong miền bão hòa:

Bình Phương 2 vế, Khi  Ta có :

12

Viết lại

Bình phương 2 vế và chú ý :p g ý

Ta có :

13

Đặt : 

Đạo hàm 3 theo Vin ta có:

Với 

Từ : 

14

Vậy độ lợi áp vi sai ở Tín hiệu nhỏ là :

Drain currents and overall transductancce

15

∆ID vs ∆VD

16

Differential Pair: Small Signal Gain

Ở Điều kiện cân bằng :ệ g

Với Gm là độ hỗ dẫn của M1 và M2

17

Tính độ lợi tín hiệu nhỏ bằng xếp chồng

Đặt  Vin2=0 .M1 đặt trong tầng CS với tải trở

Bỏ qua hiệu ứng thay đổi chiều dài kênh dẫn và hiệu ứng thân, ta có

(5)

18

(5)

Thay M1 bằng công thức thevenin

Từ 5 và 6 ta có :

19

20

Mô hình nửa mạch ( Half circuit)

Mạch vi sai tương đối đối xứng nên ta có thể sử dụng mô hình nửa mạch trong tính toán

Ngõ vào vi sai dao động làm cho điện áp ở P không còn cố định nữa

21

Trong trường hợp Vp cố định, ta có thể coi điểm P như là 1 AC ground. Và mạch bị chia làm 2 nửa ị

22

The Half Circuit : Example

23

Chuyển từ ngõ vào tùy ý qua cặp vi sai

24

25

Đáp ứng common mode với nguồn dòng không lý tưởng

26

Đáp ứng CM với mismatch Rd

27

Đáp ứng CM với ảnh hưởng mismatch M1 và M2

28

Common mode rejection ratio

29