Análisis y Diseño del Amplificador Operacional:

Transcripción

1 4// Anál y Deñ del Alfcadr Oeracnal: La ca cantdad de bt del reente trabaj AD Pelne erte que un n uy alt alr de ananca a laz abert en l alfcadre eracnale e ufcente ara n cauar errre a la alda del cód, elead en el deñ de l alfcadre nteretaa. Debd al t tac e hace neceara la utlzacón de técnca de aut-zer. Vcc M M8 MbreakP MbreakP M MbreakP W {Wn} OutPut P M4 M5 N V cbias M7 W u M6 W {Wn} V F. rcut equeátc del alfcadr eracnal n cenar. Pr l tant e adta un deñ le cn trantre de entrada NMOS (dad que e dne de alentacón /-5), y cara acta eej le, a la alda una etaa cn M en fuente cún, tabén alentada cn una fuente de crrente, cleta la ananca. Td l trantre tenen un Lµ y Wµ, al l de la etaa de alda M y M6 que tenen W5µ l cual quntulca la crrente de alentacón. -

2 4// HI HI V V VIN_ANALOG I ua D VOFF 5 VAMPL FEQ A TD 5 M6 W u cbias LO VDD rcut de Alentacón LO Generadr de larzacón cbias En adelante, e analzará la reueta en frecuenca y etabldad del reente deñ. Setend la rueba a cndcne de cara lare a la que e encuentra en el reente trabaj, e btendrán l alre de caacdad y retenca de cenacón adecuad. álcul de Gananca: A cntnuacón e reenta una arxacón ara el cálcul de la ananca de un alfcadr eracnal. Lue erán cntratad l reultad btend cn l de la ulacón SPIE. Sabend que: L 5 L µ W 5µ W µ 5 K 6 KP 7 K 6 5 KN 8 V TO, 675 V TO 5, 7 V, 979 V 5, 7 λ λ P,68 λ 5 λ N, 677 la tracnductanca de l are de entrada y alda, e calculan c: W KN V VTOn 4, Ω 4 L 5 - [SPIE: 8.8E-5]

3 4// W 5 K,5 Ω P V VTO L [SPIE:.6E-4] K W Id ( V VTOn ) 4,74 A Id8 Id4 Id5 L µ [SPIE 6.6uA] d N 74 d 9 4 λ Id4 5 d 9 8 λ P Id8 9 y la ananca del ar dferencal ara la eunda etaa Αd d d ,7 K W 6 Id 6 Id ( 6 ) 8,4µA V VTO [SPIE 67.uA] L6 d 6 λ P Id,5 d 6 6 λ N Id6,4 Α d d6 54,5 la ananca ttal del A. Oeracnal Α tt Α d Α 47 Α db [ ] l( Α tt) 86,4dB -

4 4// eultad de ulacón: - U OP_AMP V uv F. rcut de rueba del alfcadr eracnal a elear en la ulacón SPIE, ara btener la cura de ananca de laz abert y fae. 8 (.,6.84) (87.67K,58.779) 4-4 Hz Hz.KHz KHz KHz.MHz MHz MHz.GHz DB(V(OPAMP.OutPut)/V(OPAMP.P)) Frequency 8d 5d (87.96K,4.5) 9d 45d d Hz Hz.KHz KHz KHz.MHz MHz MHz.GHz P(V(OPAMP.OutPut)/V(OPAMP.P)) Frequency F. Gananca y Fae del Alfcadr Oeracnal n cenar, en funcón de la frecuenca Del ráfc e uede berar que la ananca a laz abert en baja frecuenca ale: 6,8dB l a > a 4-4

5 y el aren de fae (cuand la ananca e de db, f6mhz) 4// ( V ( ut) / V ) 8 P n 4 e enr de 45 (ín tlerable), que bén n claría a ea frecuenca (dad que la fae n llea a, ea -8 de delazaent reect de la fae en baja frecuenca) e ntentará lrar un aren de fae ayr, a fn de lrar una ayr tleranca. Se bera adeá un l dnante en: π 87kHz y un eund l dnante en: π MHz jω π -MHz -87kHz σ π F. Daraa de l del alfcadr eracnal n cenar. 5-5

6 4// A fn de lrar cenar nternaente el alfcadr eracnal nlítc, e utlzará una caacdad enr a F. Et e ble llear a cab utlzand la ultlcacón Mller que la caactanca que aarece en la F Vcc M M8 MbreakP MbreakP {c} M MbreakP W {Wn} {c} OutPut P M4 M5 N V cbias M7 W u M6 W {Wn} V F rcut equeátc del Alfcadr Oeracnal cn la caactanca y retenca de cenacón. El equeñ caactr e cnectad entre la cuerta y el drenaje del trantr de alda M, rducend un l dnante en baja frecuenca. La cura de ananca y fae enerada cn SPIE ueden ere en la F

7 4// 8,6.84dB) (8.77KHz,58.89dB) 4 (9.55MHz,dB) -4-8.Hz Hz Hz.KHz KHz KHz.MHz MHz MHz.GHz DB(V(OPAMP.OutPut)/V(OPAMP.P)) Frequency 8d 9d (9.55MHz,6 ) (9.55MHz, ) d -9d.Hz Hz Hz.KHz KHz KHz.MHz MHz MHz.GHz P(V(OPAMP.OutPut)/V(OPAMP.P)) Frequency F ura de Gananca y Fae del alfcadr cenad ara c,5f y dtnt alre de c {,, k, 6k, k, 5k}. Señaland el alr ót ara el ejr aren de fae en ck y enand el cer a uy alta frecuenca. Lue de la cenacón e bera un ran cab en la dtrbucón de l y cer de td el crcut. El l dnante etá ahra en 8,7kHz tal c e deeaba, y el tr l r enca de la frecuenca de cruce. jω π -MHz -8,7kHz σ π F. Nuea de l lue de la cenacón. Se deea lrar que la ananca untara (db) eté a una frecuenca r debaj del 7-7

8 4// 8-8 eund l dnante, ara que de un aren de fae adecuad, y e ncreente de eta fra el anch de banda utlzable. Para decrbr c e rduce la earacón de l (Ple Slttn) en la F. 9.. el crcut equalente ara M, cn la caactanca y retenca de cenacón e lutrad: Planteand la ecuacne de nd de entrada (V), ntered (Vc) y alda (V): [9.5] [9.6] [9.6a] Obtenend la funcón de tranferenca [9.7] [ ] [ ] { } que tene un cer real t cuand [9.5] Ntand que ara el crcut n cenar (c) queda reducda a c V V - c V - V c F. 9.. rcut equalente del trantr M, ncluyend la cenacón.,, y ereentan la retenca y caacdade ttale de entrada y alda de la etaa.

9 4// 9-9 Que tene d l en Ahra, al auentar de d que >> y [ ] Tene tre l que erán llaad, y Ahra e ecrbe el dennadr de la tranferenca cn u tre l c: D adtend que l tre l etán uy earad y que << <<, que r l eneral ucede D [9.] ualand cefcente cn [9.7] e tene que

10 4// que dad que << y,, y adeá tabén y << ( ) aí, en tant auenta dede cer, el luar eétrc de l l del crcut queda deternad c aarece en la F.9.. jω π ( ) σ π F.9.. Searacón y Dón de l de la F. 9. en la edda que auenta c a artr de cer. Nótee que el eund l e dde en d, ubcad uy r arrba de la tuacón rnal, quedand fjad a frecuenca del rden de la f T del trantr MOS. -

11 4// Ahra, lend a la exreón [9.5] que ndca la cón del cer, e bera que ara que el e ubque en el elan derech, deberá er aena >, de fra que el cer e ubque en el elan derech, hacend etable el alfcadr; er l ufcenteente cercan c ara ubcar el cer a una uy alta frecuenca lej de la banda de eracón que he denad. El efect del ncreent de c e uede er en la F jω π Increent de c σ π F.9.4. Daraa de l y cer, que uetra c e uee el cer al ncreentar el alr de c. arand cn l reultad de ulacón, que ueden er arecad en la F.9.9. e bera que el ncreent de c ejra el aren de fae, lleándl de (cn una c deaad equeña) a alre r enca de 6 cn c ayr ó ual a k. Sn ebar un ayr auent de c (ya a l 5k), dand un benefc uch ayr aren de fae, (en la ráfca de ananca) uede hacer nrear el cer a la banda que e eta utlzand, l cual ndca que el cer e ha acercad deaad al rer l dnante, r l cual en cuy ca e habría adtad una c deaad rande. Send la frecuenca de cruce (db) que e deea e ubca en MHz: ω t π MHz,885 7 / El alr del caactr que rduce un l dnante a ea frecuenca etá dad r: 5,444F,5F ω t ete caactr adeá area un cer que etá uy cerca de ete l, l cual derada la reueta en frecuenca del Alfcadr Oeracnal. Para etar ell, e clca una c en ere cn el caactr, y u alr etá dad r: 6,4kΩ 6kΩ Para et alre e btene un GBW (rduct ananca r anch de banda) de 5MHz. -

12 4// ecalculand la cón del cer cn et alre de c y c e tene: z,5f,7ghz 6kΩ Que etá en el elan neat (dand etabldad), y uy r arrba de la frecuenca de cruce (n afectar el aren de fae). Inclu ara alre de c á rande (kω, kω) e ue alejand batante dch cer, tal c e erfca en la ulacón. -