Esercizi stadi Cascode e specchi di corrente - Parte V

Esercizi Svolti e Commentati:

Microelectronics (B. Razavi, Wiley 2014)

Capitolo 9 Cascode Stages e

Current Mirrors

Parte V

48.

AV = 200P = 2 mWVDD = 1.8VW/L = 20/0.18lambdaP = 2u = 0.2 V^-1Vb1 = Vb2 = 0.9VVIN? Vb3?

Ibias = 1,11 mA.

AV = gu1 (gu2 ro2 ro1 || gu3 ro3 ro4)

gu2 ro2 ro1 = gu2 roN² = (2 ID mu Cox W/L / (lambda)) . (1 / lambda ID)² = 441,4 kOhm

gm2 = 0,0069 S

gu3 rop² = 1,26 kOhm.

RN = 6 RP

AV = gu1 RP => gu1 = AV/RP = 0,0028 S

VIN = sqrt(2ID/(muN Cox W/L)) + VTH = 0,8V

|VGS3| = VDD - Vb3 = sqrt(2ID/(muP Cox W/L)) + |VTH| => Vb3 = 1,3V.

49.

IC = 2,5V I1 = 0,5mA P = 2mW VA = oo b >> 1

IREF = P/VCC - I1 = 0,3mA.

if QREF AE => I1 = AE,1/Ae,ref IREF => AE,tot = AE,ref . I1/IREF = 5/3 AE,ref

AREF/Atot = 3/5.

50.

Q2 EF. VCC = 2,5V P = 3mW ROUT = 50ohm VA = oo b >> 1.

ROUT = rpi2 || gammaout2 = 1/(1/rpi + gm/.. ) => IC2 = VT/ROUT . 1/(1+1/b) = 0,57mA.

ITOT = P/VCC = IREF + IC2 => IREF = ITOT - IC2 = 0,630mA.

IC2/IREF = A1/AR = 5/7.

51.

Q2 CB. ROUT = 500ohm AV = 20 P = 3mW VA = oo b >> 1.

ROUT = RC = 500ohm.

AV = RC gm2

gm2 = AV/RC = 0,04S = (25ohm)^-1

gm2 = IC/VT => IC2 = 1,0mA.

IREF = ITOT - 1,0mA = 0,16mA.

IC2/IREF = A1/AREF = 6,5

52.

VDD = 1,8VI2 = 1 mAI1 = 0,5 mAF = 3 mW.

IPREF = ITOT - I1 - I2 = 0,167 mA.

II / IPREF = (W/L)I / (W/L)REF ≈ 3

III / IPREF ≈ 6

53.

VDD = 1,8VAv = 20P = 2mWdn = 0,1V^-1dp = 0,2V^-1(W/L)1 = 20/0,18.

M1 CS.

Av = -gm1 Rc = -gm1(r0p || r0n)

r0p || r0n = 1 / (1/ApID + 1/AnID)

ID³ = 20² / (2um Cox (W/L)1

rop||ron = 1 / (dn + dp)ID

VGS1 = 1 / (1(dn+dp)) + VTHN = 0,733V

IDL = 0,61 mAgm1 = 0,0038 S

IREF = ITOT - ID1 = 0,50 mA

II / IPREF = (W/L)2 / (W/L)REF ≈ 1,2

5a.

Av = 0,85Rout = 1200(W/L)₂ = 10/0,18dm = 0,1 V^-1dp = 0,2 V^-1VDD = 1,8 V

Av = -gm1 Rout / (1 + gm1(ro1 || ro2))

Rout = ro2 || (1/gm1 || ro1) = (1/ro2 + gm1 + 1/ro1)^-1 = ro1 ro2 / (ro1 + ro2 + gm1 ro1 ro2)

gm = -gm1

Vout

=> Av = -gm1 Rout => gm1 = Av / Rout = 0,0085 S

ID = gm^2 / (2 um Cox (W/L)₁) = 6,50 mA.

=> ro1 = ro2 = 1,5 k.

Vgs1 = 2ID / gm1 + Vth = 1,93 V

Vgs2 = Vgs2 = sqrt(2 IREF / um Cox (W/L)_REF) + Vth.

SS.

M3 CURRENT SOURCE AS LOAD OF M1 CB TO BOOST VOLTAGE GAIN

lambda_n1 = 0

P = 13 mW.

(w/l)₃ = 40/0,18 VDD = 1,8V

lambda_n = 0,1 V^-1

lambda_p = 0,2 V^-1

Av = 20

RIN = 50k

RIN = ro2 || 1/gm1 = 1/(1/ro2 + gm1) = ro2/(1 + gm1ro2)

Av = gm1 ro3 => gm1 = Av/ro3

RIN = 1/(lambda_nID + gm1) = 1/(lambda_nID + Av/lambda_pID) = 50

ID = 1/50 · 1/(lambda_n + Av/lambda_p) = 4,88 uA.

gm1 = 0,019 S

(w/l)₁ = gm1²/(2u_nCoxID) = 370

VGS1 = 2ID/(gm1) + VtN = 0,91V

|VGS3| = sqrt(2ID/(upCox(w/l)₃)) + |Vth| = 1,44V

Vx = VDD - |VGS3| = 0,36V

M4 SATURATION.

(w/l)₃ = (w/l)₄ => ID4 = 1,2 uA. = ID5.

(w/l)₅ = 2ID5/(u_nCox(Vy - Vtn))

(w/l)₅ = 100/0,18

Vy = 0,6

SAT. M5. Vx > Vy - Vth

=> Vy < Vx + Vth

(w/L)₂ ≈ 65/0,18 I_D1 ≈ I_D2.

=> I_REF = 7,2uA - I_D3 - I_D4 = 1,14 mA.

=> (w/L)_REF = (w/L)₅