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Esercizi Svolti e Commentati:

Microelectronics (B. Razavi, Wiley 2014)

Capitolo 9 Cascode Stages e

Current Mirrors

Parte I

Cascodes e Mirror di 9

  1. Rout = (2 + gm1 ro1) R + ro1

    R = 1/gm2 || ro2

  2. Rout = (1 + gm1 (Rp || ro3)) (Rp || ro2) + ro1

  3. Rout = (1 + gm1 ro1) (Rp || ro2) + ro1

  4. Rout = (1 + gm1 ro1) (Rp || ro2) + ro1

  5. IA1 = 0.5uA

    IC1 = 0.5uA

    IC2 = 1uA

    Rout = (1 + gm1 ro1) R + ro1

    R = ro3 || ro2 || rpi

    VA1M = VA1I2 = VA1N

    VA1P = VA1P

6.

Rout = (1 + gm1 ro1) R + ro1

R = ro1 || ((?) ro2)

if Q2 -> biased current Ic1

Rout,1 = ro1 = ro

7. Stack N Q atop each other

Rout ≅ [prod from i=1 to N] gm i ro i for i<N ≅ beta ro

8.

A)

Rout = (1 + gm1 ro1) R + ro1

R = (rpi2 + (RB || rpi1))

No cascade E1 = E2

For cascode E1 = E2

R2 = (1 / (1/(rpi2 + 1/(gm1)) + 1/ro))

B)

Rout = (1 + gm1 ro1)(R2 || ro1)

R2 = ro2

cascade

C)

Ix = Vx/ro + Vx/(rpi + RB) + gm Vx rpi/(rpi + RB)

R2 = Vx/Ix = 1 / (((beta + 1)/(rpi + RB)) + 1/ro) ≅ 1 / (beta/(rpi + RB) + 1/ro2)

R2 = (rpi + RB)/(beta + 1) || ro2

Rout = (1 + gm1 ro1)(R2 || rpi1) + ro1

≅ gm1 ro1 (R2 || rpi1)

D) R2 = ro2 // ro2 ? approx 1/gm1 // ro2

Rout = [1 + gm1(ro1||Rp)](R2||rpi1) + (ro1||Rp)

no cascoda

E) R2 = (1 + gm2 ro2)(Re||rpi2) + ro2

Rout = (1 + gm1 ro1)(R2||rpi1) + ro1

cascoda

F) R2 = ro2

Rout = (1 + gm1 ro1)(R2||rpi1) + ro1

no cascoda

G) Rout = (1 + gm2 ro2)(R1||rpi2) + ro2

R = ro2

no cascoda

9.

Vcc = 2.5V

Ic2 = 0.5mA

beta = 100

Is = 10-16

Vb2 = Vcc - |Vbe2|

|Vbe2| = VT ln(Ic2/Is) = 0.760V

=> Vb2 = 1.74V

Vx = Vb1 + |Vbe1|

Vbe1 = 0.2 => Vb1 = Vb2 + |Vcb3| (= Vx - Vo2) = 0.94V

Vb1 = Vcc - |Vbe1| = 1.18V

10

VDS = VGS -> VDS > VGS altijd in pinch-off

ID = 1/2 μnCox W/L (VGS - VTH)

IREF + IOUT = ID

IOUT = ID - IREF -> IOUT ≈ IREF Io -> ∞

13.

ID = 25uA     RD = 25kΩ

VG2 -> Roapin

AV = ?

ROUT = RD || R2

R2 = (1 + gm2ro2)ro1 + ro2 ≈ gm2ro1ro2

≈ gm2ro1ro2

ROUT,MIN => R2 ≫ RD

VG1S = VTH + sqrt(2ID/(μnCox(W/L)1)) = 0,62V

VG2X = VTH + sqrt(2ID/(μnCox(W/L)2)) = 0,65V

gm1 = sqrt(2IDμnCoxW/L) = 0,00067

gm2 = 0,0006

VG2 = VD2 + VTH = VDD - IDRD + VTH = 0,325V

14.

quinto >> 1. SATURATION.

ROUT = (2 + gm1ro1)R + ro1

R = 1/gm || ro = gmro/(gmgro) ≈ 1/gm

ROUT = gm1ro1/gm2 + ro1

(A)

ROUT = (1 + gm1ro1)ro2 + ro1 = gm1ro1ro2 + ro1

(B)

ROUT = (1 + gm1ro1)ro2 + ro1

= gm1ro1ro2 + ro1

C

gm = gm1 + gm3

ro = ro1 || ro3

Rout = (1 + gm2 ro) ro2 + ro ≈ gm2 ro ro2

D

Tx focus through M1 e M2

Ix = vy/ro2 + gm2vx

Ix = -gm1vy + (vx - vy)/ro2

=> vy = gm2vxro2 - Ix

=> Ix = f(gm1, vx, ro1, ro2, gm2)

Rout = (gm2ro2 + ro2/ro1 + 1)/(gm1gm2ro2 + (gm1 + 1)ro1) ≈ 1/gm2

15.

Av = ?

Rout = ?

w/L = 2/1

λ = 0.05 v-1

ID = 125uA

k'm = 100 uA/V2

k'p = 50 uA/V2

Rout = ro || R2

R2 = (1 + gm2ro2)ro1 + ro2

gm2 = gm1

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