Esercizi Svolti e Commentati:
Microelectronics (B. Razavi, Wiley 2014)
Capitolo 7 Amplificatori CMOS
Parte III
37. λ=0
(A) VIN/Vx = RIN/(RS+RIN) = 1/(1+gm1RS)
Vout/Vx = gm1 · 1/gm2 = gm1/gm2
=> Av = 1/(1+gm1RS) · gm1/gm2
(B) Av = gm1/gm2
(C) VIN/Vx = R1||(1/gm1)/(R1||(1/gm1)+RS) = 1/(1+(1+gm1R1)RS)
Vout/Vx = gm1/gm2 => Av = gm1/gm2 · 1/(1+(1+gm1R1)RS)
(D) Av = gm1Req
Req = RD + 1/gm2
(E) Av = gm1Req
Req = RD || 1/gm2
38.-39. OUTPUT SWING.
Vout > VG - |Vtp|
-gm2ro2 > VG - |Vtp| => VG < |Vtp| - gm2ro2
Vout > VGG+ - Vthn => VG < (VGG+ - Vthn)/(gm1ro1)
40.
Ix = gmVx + Vx/ro + Vx/RS => Ix = gmVx + Vx/ro + 1/RS Vx
Ix/Vx = gm + 1/ro + 1/RS => (1/gm || ro) || RS
Rout = rogm/(1 + gmro)
41.
Rout = (1 + gm2ro2)RE + ro
RE = 1/gm2 || 1/gm2
42.
VDD = 2V
W/L = 300
RE = 50 ohm
P = 20 uW
RV = ?
ID = P/VDD = 0,01A
AV = REgm/(1 + gmRE)
AV = 0,65
gm = sqrt(2unCoxW/L ID) = 0,0385 = (26 ohm)-1
43-44.
VDD = 1,8V
ID = 2mA
AV = 0,85
lambda = 0
R1 = 5K
R2 = 220K
VGB = R2/(R1 + R2) VDD = 1,76V
VGS = 1,76V - IDRS
AV = gmRS/(1 + gmRS) = 0,85
2IDRS/(VOV(VOV + 2IDRS)) = 0,85
0,3IDRS = 0,85VOV = 1,496V - 0,85IDRS
=> RS = 1,496V/(1,15 ID) = 680,43 ohm
VG ↑ VOV ↑ RS
45.
Av = RD / (1/gm1 + 1/gm2 || Rs)
CB
46.
Rout < 6 Ohm
P = 3 mW
lambda = 0
VDD = 1,8
1/gm = 60 => gm = 0,0165 = (60n)-1
I = P/100 = 1,67 uA
gm2 / (2IDumutex) = W/L = 383
47.
Av = 0,85
P = 2 mW
(W/L)? C source.
VDD = 1,8V
RL = 50
Av = gmRL / (1 + gmRL) = 0,85
gm = 0,85 / (0,15RL) = 0,113 ~ (8,8u)-1
ID = 1,11 uA => W/L = 8u gm2 / (2IDumutex) = 28459
48.
A) Av = gmuRL / (1/gmuRL)
RL = (RS + ro) || ro1
B) Av = gmuRL / (1 + gmuRL)
RL = ((1 + gmu2(ro))RS + Rs) || ro
C) Av = gmuRi / (1 + gmuRL)
RL = (1/gmu2 || ro2) || ro1
D) Req?
IR1 = Ix - gmuVgs - Vx/ro
Vgs = R2/(R1+R2) Vx
(Vx - R2 Vx/(R1+R2)) 1/R2 = Ix - gmuR2Vx/(R1+R2) - Vx/ro
R1/R2 Vx/(R1+R2) + gmu R2Vx/(R1+R2) + Vx/ro = Ix
Vx/(R1+R2) (R1/R2 + gmuR2) + Vx/ro = Ix
1/(R1+R2) (R1/R2 + gmuR2) + 1/ro = Yx
Rx = ro2(R1+R2)/(R2+R1+ro2+gmu2ro2R2)
Req = (1 + gmu2ro2)RS + RS
Av = gmu1RS/(1 + gmu1RS)
VDD = 1.8V
RC = 20K
ID = 5uA
λ1 = λ2 = 0.0001V-1
(W/L)1 = 300/2
AV = gm1RL/(1 + gm1RL)
RL = ro2 = 200KΩ
gm = (2unCox W/L ID)1/2 = 0,0475 = (83Ω)-1
=> Av = 0,99
50.
Av = 5
Rout = 1 kOhm
RG = 10 kOhm
C1, C2 very large
lambda = 0
VDS < Vov true
VDS - Vov = 100 mV, hence not much less.
Rout = RD = 1k
VDS - RD ID - VGS + Vth = 100 mV => ID = 0,4 - 0,1 / RD = 0,3 mA.
Av = gm RD => gm = 0,00555 s = (200 ohm)-1 w/L = 208.
51.
VDD = 1,8 V
Av = 4
Vo = 2 mV
VRS = 200 mV
Vov < 300 mV
PR1,R2 <= 5% PTOT
ID = P/VDD = 1,16 mA.
RS = VRS/ID = 169 ohm.
Av = RD / (1/gu + RS) = gm RD / (1 + gm RS) = 4
gm = 2ID/Vov = 0,0218 S = (47 ohm)-1 Vgs = 0,5 V => Va = 0,7 V
RD = 4 (1 + gm RS) / gm = 940 kOhm.
VDS > Va or Vov = 0,1 < 300 mV
I1 = Ptot/VDD = 0,05% PTOT / VDD = 56 uA
R1 + R2 = VDD/I1 = 32,143 k
Va = R2/(R1 + R2) VDD => R2 = Va/VDD (R1 + R2) = 12,5 kOhm.
R1 = 20 kOhm
(w/L) = gu2 / (2 ID mu_n Cox) = 1060.
AV = 6
CS short circuit at f = 1.5G
P = 2uW
RIN = 20K
VDD = VOV + 200mV
C1, C2 negligible at 1MHz
RIN = R1 = 20K
ID = P/VDD = 1,11mA
VD = 1,6V
VDD - IDRD = VG - VTH + 0,2B? RD = (VTH - 0,2)/ID = 180 ohm
AV = -gmu RD -> gm = AV/RD = 0.033S = (30 ohm)-1 not valid
AV = gmuRD/(1+gmuRS) -> RD - 6RS > 0 => RS < RD/6 = 30ohm
=> RS = 20 ohm
VS = 0,022V
gm = AV/(180 - 6:20) = 0.1
=> w/L = gm^2/(2IDmunCox) = 363.
C1
RIN = 1/sc1 + R1 = R1 => |SC1|-1 << R1
=> C1 >> 1/(2piR1) = 8 pf.
C1 = 160pF.
C2
(Zc)-1 >> 1/gmu||Rs
SCs + 1/gmu + 1/Rs
Cs >> 1/(2pi f) (1/gmu + 1/Rs)
Cs = 31uF.
53.
VDD = 1.8
Av = 20
p = 2mW
l = 0.1V^-1
Vout < 1.5V
M2 saturated
M1
ID = P/VDD = 2mW/1.8 = 1.11uA
ro1 = ro2 = 1/(lID) = 9K
Av = gm1 (ro2 || ro1) = gm1 (ro2/2) => gm1 = 40/ro = (0.0044 S) = (225)
VDS2 = Vb - |Vthp| < VDD - Vout M2 sat.
VIN(=VGS1) - Vth < VDS1(=Vout) => VDS1 < 1.5 => VGS1 = 1.2V
= VGS1 < 1.6V => VGS1 = 1.2V
gm1 = 2ID/Vov => (W/L)1 = gmw^2/(2uCoxID) = 43
Vb > 1.1V => Vo = 1.2V VGS2 = 0.6V VDS2 = 0.3V
(W/L)2 = 2ID/(Vov^2(1 + lVDS2)uPcox) = 135
54.
CB very large
lm = 0.5p = 0.1V^-1
VDD = 1.8V
A) Av = ?
B) Av = 15, p = 3mW
Rca = 10(ro1 || ro2)
Vout,ac = VDD/2
Av = -(Rca || ro2) gm2
ID = P/VDD = 1.7mA
ro1 = 5.9K
ro2 = ro1/2 = 2.95K
Rca = 20K
VSG2 = VDD - Vov = 0.9
VSD2 = 0.9
gm2 = 2ID/Vov = (0.0068 S) = (147)
(W/L)2 = gmw^2/(2umCoxID) = 136
gm1 = Av/1.8K = 0.0083 S = (120)
(W/L)1 = gmw^2/(2umCoxID) = 101
VDS1 = 0.9V
-
Esercizi Amplificatori CMOS - Parte I
-
Esercizi Amplificatori CMOS - Parte II
-
Esercizi Amplificatori CMOS - Parte IV
-
Esercizi Amplificatori Bipolari - Parte III