Упражнение № 9
Проектиране и симулиране на CMOS операционен усилвател
Задача. Оразмерете схемата на двустъпалния операционен усилвател от фиг. 3-14 за честота на единично усилване fu 5MHz и rout 500 и определете чрез симулиране:
- коефициента на усилване.
- долната гранична честота f-3db.
- честотата на единично усилване fu при липса на товар.
- запаса по фаза PM при липса на товар.
Симулациите се повтарят за случаи на симулационни модели за ТМ, WS и WP.
Оразмеряване схемата:
Пресмятане на размера на канала на MOS Транзисторите M1 – M12:
fu = 5Mhz
ROUT < 500 Ohm
fu =
Gm =
|
u
IA.IM2=20um
W1=W2=20um
W3=W4=50um
W5=40um
W6=10um
Rout= gm11 e gout
500>
Ids>
Ids>
W12=250um
W11=100um
Неписано правило. За второто стъпало се избира токът да е колкото през диференциалната двойка. M10=M5
M7=100um
M8=40um
M9=100um
M10=40um
Симулации:
Схема на операционен усилвател с използване на модели за TM (Typical Mean):
Амплитудно-честотна и фазова характеристика при Rz=0Ω
Стимулационният профил и схемата на свързване не се променят за останалите измервания, затова не са показани при другите симулации.
Амплитудно-честотна и фазова характеристика при Rz=2.5кΩ
Схема на операционен усилвател с използване на модели за WP (Worst Power):
Амплитудно-честотна и фазова характеристика при Rz=0Ω
Амплитудно-честотна и фазова характеристика при Rz=2.5кΩ
Схема на операционен усилвател с използване на модели за WS (Worst Speed):
Амплитудно-честотна и фазова характеристика при Rz=0Ω
Амплитудно-честотна и фазова характеристика при Rz=2.5кΩ
Таблица за сравнение на ТМ, WP и WS:
|
Коеф. на усилване(db)
|
Честота f-3db
|
Честота на единично усилване
|
Запас по фаза
(180o-измерване)
(min = 60O)
|
TM (Rz = 0)
|
91,424
|
176,431Hz
|
6,5668MHz
|
44,639
|
TM (Rz = 2.5k)
|
91,422
|
162,193Hz
|
5,8496MHz
|
73,135
|
WP (Rz = 0)
|
94,532
|
135,092Hz
|
7,9598MHz
|
43,809
|
WP (Rz = 2.5k)
|
94,535
|
135,650Hz
|
6,9944MHz
|
77,824
|
WS (Rz = 0)
|
87,422
|
219,959Hz
|
5,6527MHz
|
47,883
|
WS (Rz = 2.5k)
|
87,428
|
220,022Hz
|
5,1023МHz
|
72,607
|
Извод: Чрез добавяне на резистор Rz, с подходяща за кондензатора CC (намиращ се между двете стъпала)стойност, се осигурява запас по фаза, без да се влошават честотната и усилвателната характеристика на операционния усилвател.
Сподели с приятели: |
