Integrisana kola sa mešovitim signalimaIntegrisana kola sa mešovitim signalima
Prof. Dr Predrag Petković,o . ed ag e ov ć,Dejan Mirković
Katedra za elektronikuElektronski fakultet Niš
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
1
Integrisana kola sa mešovitim signalimaIntegrisana kola sa mešovitim signalima
Sadržaj:I Uvod - osnovni pojmoviI. Uvod - osnovni pojmoviII. Lejaut analognih modulaIIa Projektovanje CMOS operacionogIIa Projektovanje CMOS operacionog
pojačavačaIII. Projektovanje modula sa mešovitim
signalimaIV. Planiranje rasporeda modulaV VHDL AMSV. VHDL - AMS
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
2
Integrisana kola sa mešovitim signalimaIntegrisana kola sa mešovitim signalima
Sadržaj:IIa Projektovanje CMOS operacionog
pojačavačap j2.4 Struktura CMOS operacionog pojačavača...2.8 PSRR2.9 Polarizacija operacionih pojačavača 2.9 Polarizacija operacionih pojačavača 2.10 Kaskodni operacioni pojačavači
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
3
Lejaut analognih modula
2 9 Polarizacija operacionog pojačava
Lejaut analognih modula
2.9 Polarizacija operacionog pojačava2.9.1 Izvori konstantne struje2.9.2 Strujna ogledala2.9.3 Izvori referentnog napona i strujeg p j2.9.4 Band-gap izvori referentnog napona:http://www eecg toronto edu/ kphang/papers/2001/lo bandgap pdfhttp://www.eecg.toronto.edu/~kphang/papers/2001/lo_bandgap.pdf
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
4
Lejaut analognih modula
2 9 Polarizacija operacionog pojačava
Lejaut analognih modula
2.9 Polarizacija operacionog pojačava.
K lKolo zakompenzaciju
Diferencijalnitranskonduktansni
pojačavač
Izlaznibafer
Pojačavačkistepen
pojačavač
Kolo zapolarizaciju
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 5
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeDvopol koji daje konstantnu struju nezavisno
d d ti k j iod vrednosti napona na krajevima. Osnova MOS u zasićenju(source – izvor VDD)
(sink – uvor VSS)(sink uvor VSS)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 6
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne struje
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 7
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeKako povećati rout?(zajednički gejt)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 8
Lejaut analognih modulaILWKg OUTm
14810100)1101102(
)/´2(66
=
−−
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modulagm 14810100)1101102( 661 μ=⋅⋅⋅⋅⋅= −−
2.9.1 Izvori konstantne strujePrimer: VT0= ±0.7V, Kn´=110 μA/V2, Kp´=50 μA/V2, λ 0 04 λ 0 05 I 100 A W /L W /L 1λn=0.04, λp=0.05, Iout=100μA, W1/L1=W2/L2=1
Ω=== − kI
rout 25010100040
116λ ××IOUTn 1010004.0 6λ
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 9
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujePrimer: VT0= ±0.7V, Kn´=110 μA/V2, Kp´=50 μA/V2, λ 0 04 λ 0 05 I 100 A W /L W /L 1λn=0.04, λp=0.05, Iout=100μA, W1/L1=W2/L2=1
122 dsdsmout grgr =
VAg
ILWKg
m
OUTnm
/10010100)110502(
)/´2(66
2
222
μ=⋅⋅⋅⋅⋅=
=
−−
Ω=××
== − kI
rOUTn
ds 2501010004.0
1161 λ
gm )(2 μ
Ω=××
== − kI
rOUTp
ds 2001010005.0
1162 λ
ΩM5102501020010100 336LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
Ω=⋅⋅⋅⋅⋅== − Mgrgr dsdsmout 5102501020010100 336122
10
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeKako smanjiti VMIN?
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 11
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeGeneralna pravila primenjena za polarizaciju t i ttranzistora
Za redno vezane tranzistore (kaskodno) važi:
( ) ( ) 22
22
2221
1
111 2
´2
´DONOND iV
LWKV
LWKi ===
( ) ( )2222
11
ONON VLWV
LW
= ( ) ( )21112
2 //
ONON VLWLWV =
21 LL 22 / LW
Ovo važi i kada ne postoji galvanska veza M1 i M2LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
Ovo važi i kada ne postoji galvanska veza M1 i M212
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeGeneralna pravila primenjena na polarizaciju t i ttranzistora
Za tranzistore sa istim VGS važi: ( ) ( )222
1 ONON VV =
2
2
2
2
1
1
1
1
´2
´2
WL
Ki
WL
Ki DD ⋅
=⋅
12
21
WiWi DD =
2211
12
21 L
iL
i DD
Ovo važi i kada ne postoji galvanska veza M1 i M2LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
Ovo važi i kada ne postoji galvanska veza M1 i M213
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeSmanjenje VMIN: S1=S2=S3=S4
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 14
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeSmanjenje VMIN: S1=S2=S3=S4
VDS2 je smanjeno za V i još uvek je uVT i još uvek je u zasićenju!
Da li može da se smanji i VDS1?
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 15
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeSmanjenje VMIN: S1=S2=S3=4·S4=1
S4 =1/4; I4=I3=IREF;
LW ( )ONON VWL
LWV 3
4
4
3
34 =
ONONON VVV 22 34 ==
ONTGG VVVV 224 +==
VV 2=ONTGD VVVV 222 =−=
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
ONOUT VV 2=
16
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeSmanjenje VMIN:
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 17
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujePrimer: VT0= ±0.7V, Kn´=110 μA/V2, λn=0.04, Iout=100μA.Odrediti W/L tako da VMIN=1V
VON =VOUT/2=0,5V;
( )22
´ON
nOUT V
LWKI =
2´2
ON
OUT
VKI
LW
⋅=
ONn VKL
27.725010110
1010026
6
=⋅⋅
=−
LW82.1
414 ==
LW
LW
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
25.010110 6 ⋅⋅ −L44 LL
18
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeID1 razlikuje se od ID3 jer im VDS nisu isti ( d l ij k l )(modulacija kanala)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 19
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujeModifikacija za smanjenu potrošnju (jedna grana
j )manje)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 20
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujePrimer: VT0= ±0.7V, Kn´=110 μA/V2, λn=0.04, Odrediti W/L svih tranzistora u kolu sa slike i R, tako da Iout=250μA i VMIN=0,5V.
( )125.010110102502
26
6
⋅⋅⋅⋅
=−
−
LW
2´2
ONn
OUT
VKI
LW
⋅=
73.72=L
W
18.1841
4
4 ==L
WLW
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
4
21
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujePrimer: VT0= ±0.7V, Kn´=110 μA/V2, λn=0.04, γ=0.4 V1/2
Odrediti W/L svih tranzistora u kolu sa slike, tako da Iout=250μA i VMIN=0,5V.
R=?REF
GG
IVVR 34 −=
VBS2 =VBS4=-0,25V;( ) V7550=++= VVVVV γ ( ) V755.0000 =−+⋅+= TTBSTTH VVVVV γ
4 ++= ONONTHG VVVVLEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
V255.125.025.0755.04 =++=GV22
Lejaut analognih modula
2 9 1 Izvori konstantne struje
Lejaut analognih modula
2.9.1 Izvori konstantne strujePrimer: VT0= ±0.7V, Kn´=110 μA/V2, λn=0.04, Odrediti W/L svih tranzistora u kolu sa slike, tako da Iout=250μA i VMIN=0,5V.
V95.025.07.01
11
=+=+=
G
ONTG
VVVV
1G
−= 34
IVVR GG
Ω=−
= − 122010250
95.0255.16R
IREF
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
⋅10250 6
23
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
1 1 12.9.2 Strujna ogledala
2
2
2212 1´ DSTGSo VVVWLKI ⋅+⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ −⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
=λII kontrolišuća
1 1 1
11211 1´ DSTGSI VVVLWKI ⋅+⎟⎟⎠
⎜⎜⎝ −⎟⎟⎠
⎜⎜⎝ λ
´´ VVVVKK
Io kontrolisana, izlazna struja.
21WLIo =
; ´,´ 212121 DSDSTT VVVVKK ===
21LWII
=
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 24
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala
21WLIo =21LWII
=
Postoje tri uzroka koji utiču na razdešenost struja II i Io :1. Modulacija dužine kanalaj2. Razdešenost tehnoloških parametara:VT , K´3. Razdešenost geometrije (neuparenost)3. deše os geo e je ( eup e os )
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 25
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala1. Modulacija dužine kanala
21 DSDS VV ≠
221
11 DSo
VV
LWWL
II
+⋅+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
λλ
za⎞⎛
121 1 DSI VLWI ⋅+⎟⎠
⎜⎝ λ
1
2
2
2
1
1
1
2
21
21
11
111
DS
DS
DS
DS
I
o
VV
LW
LW
za
VV
LWWL
II
⋅+⋅+
====⋅+⋅+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
λλ
λλ
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
21 LL
26
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala1. Modulacija dužine kanala
Greška manja za manje λ.
Greška manja za većerDS
(manja razlika V )(manja razlika VDS)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 27
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala2.a Razdešenost napona praga (tipično ≈10mV)
1
2
2
1
2
21
21
1
2
11
´´
DS
DS
TGS
TGS
I
o
VV
VVVV
LWWL
KK
II
⋅+⋅+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
λλ
11211 DSTGSI ⎠⎝⎠⎝
111 ;1 ;1
´´ 2212 =
⋅+=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= DS
VV
LWWL
KKza
λλ
2
⎟⎞
⎜⎛ −VVI
1´ 1211 ⋅+⎟⎠
⎜⎝ DSVLWK λ
1
2⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−
=TGS
TGS
I
o
VVVV
II
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 28
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala2.a Razdešenost napona praga (tipično ≈10mV)
2
1
2⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−
=TGS
TGS
I
o
VVVV
II Za K´(W/L)=110μA/V2
VT=0.7V1 ⎠⎝ TGSI
j lik ć Imanja razlika za veće ID
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 29
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala2.b Razdešenost VT i K´
2
1
2
1
2
´´
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−
=TGS
TGS
I
o
VVVV
KK
II ´)´(5.0´ ´;´´ 2112 KKKKKKza +=−=Δ
)(5.0; 2112 TTTTTT VVVVVVza +=−=Δ11 ⎠⎝ TGSI )(5.0 ; 2112 TTTTTT VVVVVVza +Δ
To VKI ΔΔ 21 Z (ΔK´/K´) ±5%TGS
T
I
o
VVKI −−+≅
´1 Za (ΔK´/K´)=±5%
ΔVT/(VGS-VT)=±10%T ( GS T)
Io/II=1±(-0.15)LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 30
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala3. Razdešenost geometrije (neuparenost)
Važe sva pravila o uparivanju tranzistora!!!Specifičnost: Io=nII.Primer: Io=4II , L1=L2=L, W1=5μm, ΔW=0.05μm
W2 =W1(Io/II )=20μmD1=G1D22 1( o I ) μ
W1 = 5μm ±0.05μmG1
SG2
S W2 = 20μm ±0.05μm
Io/II=(20μm ±0.05μm)/(5μm ±0.05μm)= 4 ±0.05
S1S2
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
Io/II (20μm 0.05μm)/(5μm 0.05μm) 4 0.05
31
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala3. Razdešenost geometrije (neuparenost)
Primer: Io=4II , L1=L2=L, W1=5μm, ΔW=0.05μmPodela na segmente
M W2 =W1(Io/II )
W1 = 5μm ±0.05μm
D1=G1
D2a D2b D2c D2d
M2a M2b M2c M2d
W2 = 4(5μm ±0.05μm)
SG2a G2b
G1G2c G2d
S S S S
I /I 4(5 m ±0 05 m)/(5 m ±0 05 m) 4
S1S2a S2b S2c S2d
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
Io/II=4(5μm ±0.05μm)/(5μm ±0.05μm)= 432
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledalaOsnovni nedostatak malo riz, to ali i druge
f b ljš k k dperformanse poboljšava kaskodna veza.
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 33
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledalaWilson-ovo strujno ogledalo (primenjena NPS)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 34
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala
Poboljšano Wilson ovoPoboljšano Wilson-ovo strujno ogledalo
222
22 1 ds
dsm
dsM r
rgrr ≈
+=
33112 dsmdsmdsout rgrgrr =
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 35
Lejaut analognih modula
2 9 2 Strujna ogledala
Lejaut analognih modula
2.9.2 Strujna ogledala
Poboljšano Wilson ovoPoboljšano Wilson-ovo strujno ogledalo
32dsmout rgr ∝
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 36
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i strujeNapon/struja ne zavisi od VDD, T 0 ,0 == REFREF
DD
VT
VV SS
Principi:
VRV 2= DDREF VRR
V21 +
=
12 == DDV VRS REF 121
=+
=REF
V VRRS REF
DD
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 37
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
VDD =10V, BV=6.5VVDD 10V, BV 6.5V
rz=100Ω, R=35kΩV 0044.0=REF
DD
VVS
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 38
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
Za I=1mA, Is=10-15A 0362.0=REF
DD
VVS
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 39
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 40
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
VDD =5V,
W/L=2,
R=35kΩ
283.0=REF
DD
VVS
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
DD
41
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
V =5V W/L=2 R=100kΩVDD =5V, W/L=2, R=100kΩ
1/R(dR/dT)=1500ppm/oCV2811=V
CV/ 10189.1 o3−⋅−=dT
dVREF
V281.1=REFV
Cppm/928 oTCLEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
dT Cppm/ 928−=FTC
42
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
Bootstep (threshold)Bootstep (threshold)
reference circuit
1
1111 ´
2WKLIVV TGS +=
21 IRVGS ⋅=
I2 =I1
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 43
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
111
11 ´2 IR
WKLIVV TGS ⋅=+=
11 121 VVI TT
1WK
2211
12
1
1
RRRRI TT
Q βββ+++=
! )( DDQ VfI ≠
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 44
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
VDD =5V, (W/L)1=20, R=100kΩ,
Κ´ 110 A/V2 2 3 V/ CΚ´=110μA/V2 α=2.3mV/oC
1/R(dR/dT)=1500ppm/oC
A 75,7 μ=QI
Cppm/ 4790 o−=FTC
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 45
Lejaut analognih modula
2 9 3 Izvori referentnog napona i struje
Lejaut analognih modula
2.9.3 Izvori referentnog napona i struje
1ln IRIVV ⋅=⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
= 111 ln IRI
VVs
TBE =⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
=
VBE =0.6V, R=100kΩ,VBE 0.6V, R 100kΩ,
1/R(dR/dT)=1500ppm/oC
Cppm/ 2333 o−=FTC
DOVOLJNO ?LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
DOVOLJNO ?
46<10ppm/oC
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaIzvori referentnog napona proporcionalni energiji
b j l d ikzabranjene zone poluprovodnika
Za Si 1 205eVZa Si 1.205eV
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 47
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaKarakteristika: TCF<10ppm/oC
Princip: Zbir VBE [sa negativnim temperaturskim koeficijentom (dVBE/dT)=-2.2mV/oC] i PTATj ( BE ) ]napona : Proportional To Absolute Temperature
(dV /dT)=+0 085mV/oCkT (dVt/dT) +0.085mV/ Cq
kTVt =
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 48
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog napona
tBEREF KVVV +=
kTVt = qt
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 49
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaTeorijska osnova
VG0 = 1.205V za SiT0 = 300KVBE0 =VBE (na T0) = 26 mV k B lt k t tk - Boltzmanova konstantaq – naelektrisanje elektronaJC – gustina struje kolektorskog spojaJC gustina struje kolektorskog spojaJC0 – JC pri T0
γ – temperaturski koeficijent ≈3LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
γ temperaturski koeficijent 3
30.03.2011. 50
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaTeorijska osnovaRazlika izmedju VBE dva BJT različitih dimenzija (JC)
C KVJV ⎟⎞
⎜⎛ 1l t
C
Ct KV
JV =⎟⎟
⎠⎜⎜⎝
=2
1ln
VVKVVV Δ+=+=
Cilj
BEBEtBEREF VVKVVV Δ+=+=
VddVdV BEBEREF )(0 Δ+==j
dTdTdT0
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 51
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaTeorijska osnova
VddVdV )(ΔCilj dTVd
dTdV
dTdV BEBEREF )(0 Δ
+==
)( VVVKV γα 0)(
0
0
0
00
0
0 =−
+−
+T
VT
VVT
KV tGBEt γα0000 )( tBEGt VVVKV αγ −+−=
)( 000
tGtBEREF VVKVVTT
V αγ −+=+==
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
0TT
52
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaTeorijska osnova )( 00
0tGtBEREF VVKVV
TTV αγ −+=+=
=Za γ=3.2, α=1 i T0=300K
VREF=1.262V
0
REF
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 53
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponarealizacija
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 54
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponarealizacija
Efekti drugog reda:1. Ofset
2. dVos/dT3. dR/dT4. Neuparenost BJT β i rB
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 55
5. dVG0/dT
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaPrimer: Odrediti R2/R1 tako da se dobije dVREF/dT=0
P j A 10APoznato je AE1=10AE2VEB2=0.7V, R2 =R3, Vt=26mV
1. Za usvojeno VREF=1.262 V, j REF ,izračunati K
+= tBEREF KVVTT
V
0
−
=
BEREF
tBEREF
VTT
V
TT
62.21 0 ==
=tVTTK
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 56
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaPrimer: Odrediti R2/R1 tako da se dobije dVREF/dT=0
P j A 10APoznato je AE1=10AE2VEB2=0.7V, R2 =R3, Vt=26mV
2. izračunati R2 / R1 iz2 1 z
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
2
1
3
2
1
2 ln E
E
AA
RR
RRK
( ) 39.910ln62.21
1
2 ==RR
( )1R
3. Po potrebi uračunati VOS i k i ti V
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011.
korigovati VREF
57
Lejaut analognih modula
2 9 4a Band gap izvor referentne struje
Lejaut analognih modula
2.9.4a Band-gap izvor referentne struje
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 58
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaPoboljšane verzije: TCF≈10 ppm/oC
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 59
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaPoboljšane verzije: TCF≈10 ppm/oC
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 60
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaPoboljšane verzije: TCF=5.5 ppm/oC
TCF(WC)=13 ppm/oC
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 61
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaRealizacija PNP tranzistora u n-well CMOS t h l ijitehnologiji
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 62
Lejaut analognih modula
2 9 4 Band gap izvori referentnog napona
Lejaut analognih modula
2.9.4 Band-gap izvori referentnog naponaRealizacija PNP tranzistora u n-well CMOS t h l ijitehnologiji
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/30.03.2011. 63
Lejaut analognih modulaLejaut analognih modula
Šta smo naučili? Šta se očekuje da znamo?Šta se očekuje da znamo?
1 Osnovna kola za polarizaciju1. Osnovna kola za polarizaciju operacionog pojačavača?
2 Osnovni parametri izvora2. Osnovni parametri izvora konstantne struje?
3 Koje uslove moraju da ispune izvori3. Koje uslove moraju da ispune izvori referentnog napona/struje?
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
64
Lejaut analognih modulaŠta se očekuje da znamo?
Lejaut analognih modula
1. Koja veza postoji između napona VON i W/L dva tranzistora izrađena u istoj tehnologiji ukoliko su im j g jstruje jednake?
2. Kako se povećava izlazna otpornost izvora konstantne struje?j
3. Kakva relacija postoji između W/L i struja tranzistora koji čine osnovno strujno ogledalo?
4. Objasniti osnovne uzroke neuparenosti strujnih j p jogledala?
5. Osnovna struktura i princip rada bandgap izvora referentnog napona.referentnog napona.
6. Koji efekti drugog reda utiču na stabilnost bandgap izvora konstantne stuje?
65
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
65
Lejaut analognih modulaLejaut analognih modula
Sledeće nedeljej
? 2.10 Kaskodni operacioni pojačavači? j j S ( 18 206)? Projektovanje modula sa MS (str. 187-206)
LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.rs/
66