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Esercizi Svolti e Commentati:

Microelectronics (B. Razavi, Wiley 2014)

Capitolo 9 Cascode Stages e

Current Mirrors

Parte III

25.

AV = 200 ID = 1 uA unth = 100 uA/V2 lambda = 0.1 V-1 ( W / L )1 = ( W / L )2

AV = gm1 ro1 gm2 ro2 = gm12 ro2

ro = 1 / lambda ID = 10 k

gm1 = sqrt(AV) / ro = 0,0014 S

gm1 = sqrt(2 unth ID (W / L)) => (W / L)1,2 = gm12 / (2 ID unth) = 9,8

27.

AV = - gm1 [ gm2 ro1 ro2 || gm3 ro3 ro4 ]

gmN = sqrt(2 ID unth KN (W / L))

ro = 1 / lambda ID

AV = 500 dn = 20,1 V-1 = 20 / 0,18 unth = 400 uA/V2 upth = 50 uA/V2

gm2 ro1 ro2 = gm2 ro2 = sqrt(2 KN / xN ID3)

gm3 ro3 ro4 = gm3 ro2 = sqrt(2 KP / xP ID3)

KN = k'nN W / L = 0,011 KP = k'pP W / L = 0,005

sqrt(2 ID KN) 1 / sqrt(lambdaP2 ID2 / 2 KP + 1 / sqrt(lambdaN2 ID2 / 2 KN)

ID2 (lambdaP2 / 2 KP + lambdaN2 / 2 KN) = 2 KN / AV2 = 8,8*10-8.

ID = 1,26 uA.

28.

gout / VIN = - ( gm0 + 1 / (go1go2) ) = Gu.

Rout = Ro||Rp

R0p = (1 + gm3 ro3) ro4 + ro3 = gm3 ro3 ro4 R0N = ro2

29.

A

Gm ≈ -gm1

ROUT = Ron || Rp

Ron = ro1 [ (1 + gm2 r02 || Rf) + ro2 || Rp ]

≈ gm2 r02 || Rp) ro1

Rp ≈ gm3 ro1 ro3

B

Gm ≈ -gm1

Rp ≈ gm3 ro3 ro4

Rn ≈ gm2 ro2 (ro1 || Rf)

C

Gm ≈ -gm5

Rp ≈ gm3 ro3 ro4

Rn = gm2 ro2 (ro1 || ro5)

D

Gm ≈ -gm5

Ron ≈ gm2 ro2 ro1

Rop ≈ gm3 ro3 (ro4 || ro3)

30.

R2/(R1+R2) Vcc = Vt ln(I1/Is) => sensitivity dI1/dVcc => I1 = Is exp((Vcc/Vt) R2/(R1+R2))

I1 = (1/2) mu_n Cox (W/L) (R2/(R1+R2) Vcc - Vth)^2

g_m = dI/dVGE.

dVBE/dVCC : dI/dVBE = dI/dV2 = g_m dVBE/dV2.

g_m = 2I/VBE? approx Ic, => Ic linear Vcc.

31.

I1 = (1/2) mu_n Cox (W/L) (VGS - Vth)^2

dI1/dVth = - mu_n Cox (W/L) (R2/(R1+R2) VDD - Vth)(low power issue)

g_m = mu_n Cox (W/L) (VGS - Vth)

dI/dVth = dVGS/dVth * dI/dVGS = g_m dVGS/dVth.

32.

Vref / R1 = (0 - V1)/(Vgmu |Mt1|)

V1 approx Vref

V1 + Ve2 > 0 Ix > 0 => Ve2 > -V1.

33.

Vcc = 10V

VA = 50V beta = 5.

Iref = Ic1 + I1 = Ic1 + Ib2 + Ib1 = Ic1 + Ic2/beta + Ic2/beta

Iref = Ic2 (1 + 2/beta)

Vref = Vcc - Vc = Vcc - (Vce1 + Ve1) = Vcc - (Vce1 + Vce2) = Vce2 - Vce1

Vbe1 = Vce1 = Vbe2 = Vce2

Ic = Is exp(Vbe/Vt) (1 + Vce/VA)

34.

VBE,REF + IREF - I1

IC,REF = IREF - Ix = IREF - IB1 - IB2 =

= IREF - I1/B - IC,REF/B

→ IC,REF = ((B IREF - I1)/(B + 1)) ≈ IREF - I1/B

VBE,REF + IC,REF RP = VBE,2      I1 = 2 IREF

VT ln(IREF/IS,REF) + IC,REF RP = VT ln(IC2/IS2)

VT ln(IREF/IS) - VT ln(2 IREF/IS) + IC,REF RP = 0

VT ln(IREF/(2 Req)) = - IC,REF RP ⇒ RP ≈ VT ln(2)/IREF

35. Rout?

Rout ≈ ro1

RIN,REF ?

I1 = gmv1 + v1/ro

36. I1 = 0.9 IC,REF

VBE,REF = I1/B RP + VBE,1

IC,REF = B/0.9 RP VT ln(10/9)

IREF = IC,REF + IC(hfe)/B + I1/B

→ RP = ((B + 1) VT ln(10/9)) / (0.9 (IREF - I1/B))

37.

(A)

IS = AEDmmi2 / (ωBNB)

IC α AEIS α (ωB)-1

Icopy α IS α AE

=> Icopy = 5IREF.

IREF = IC,REF + Icopy/β + IC,REF/β => Icopy = IREF(5β/(β+6))

ERROR   Icopy/IREF = 5β/(β+6).

(B)

Icopy = IC,REF/5

=> Icopy = IREF(β/(5β+6))

(C)

Icopy = 3/2 IC,REF

I2 = 5/2 IC,REF = 5/2 · 2/3 Icopy

IREF = IC,REF + IC,REF/β + Icopy/β + I2/β

= 2/3 Icopy + 2/3 · 1/β Icopy + 1/β Icopy + 2/3 Icopy 2/5

= 2/3 Icopy(1 + 1/β + 3/2 1/β + 2/5) = 2/3 Icopy(5/2β + 7/5)

Icopy = 3/2 IREF / (5/2β + 7/5)

38.

Icopy1 = IREF/2.

Icopy1,2 = 6/2 IC,REF = 6 Icopy1

IREF = IC,REF + IC,REF/β + Icopy1/β + Icopy1,2/β => Icopy1 = IREF(βu)/((β+1)u + 7βu)

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