מעגלים אלקטרוניים לינאריים סמסטר אביב תשס"ב פרק רביעי: מקור זרם ישר ועומס אקטיבי מרצים: אופיר דגני ואמיר קרניאל מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 1

מעגלים אלקטרוניים לינאריים תוכן השיעור מקורות זרם – לשם מה? בעיות במימוש מקורות זרם ראי זרם פשוט עקרון פעולה חסרונות בראי זרם מעשי ראי זרם Cascode עקרון פעולת ויתרונות עומס אקטיבי במעגל CS מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 2

מעגלים אלקטרוניים לינאריים מקורות זרם – לשם מה? קביעת נקודת עבודה של טרנזיסטור (CG) VDD RD CI CO IDC R1 R2 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 3

מעגלים אלקטרוניים לינאריים מקורות זרם – לשם מה? VIN VOUT IREF VDD עומס אקטיבי תחליף לנגד העומס (CS) אלמנט בעל זרם קבוע והתנגדות גבוהה מאוד מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 4

מעגלים אלקטרוניים לינאריים תוכן השיעור מקורות זרם – לשם מה? בעיות במימוש מקורות זרם ראי זרם פשוט עקרון פעולה חסרונות בראי זרם מעשי ראי זרם Cascode עקרון פעולה ויתרונות עומס אקטיבי במעגל CS מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 5

מימוש מקור זרם - מיגבלות למשל טרנזיסטור ממותח בנקודת עבודה ברוויה VDD R1 R2 IREF תלוי ביציבות ספק הכוח מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 6

מימוש מקור זרם - מיגבלות למשל טרנזיסטור ממותח בנקודת עבודה ברוויה VDD R1 R2 IREF תלוי בהדירות תהליך הייצור מימדי הנגדים מימדי הטרנזיסטור תכונות פיזיקליות : ניידות, מתח סף מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 7

מימוש מקור זרם - מיגבלות למשל טרנזיסטור ממותח בנקודת עבודה ברוויה VDD R1 R2 IREF תלוי בטמפרטורת המעגל תכונות פיזיקליות : ניידות, מתח סף גם אם VG מדויק לחלוטין מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 8

מימוש מקור זרם - מיגבלות למשל טרנזיסטור ממותח בנקודת עבודה ברוויה VDD R1 R2 IREF קושי רב במימוש מספר רב של מקורות זרם בלתי תלויים במעגל מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 9

מימוש מקור זרם - מיגבלות למשל טרנזיסטור ממותח בנקודת עבודה ברוויה VDD R1 R2 IREF פתרון!! מקור בודד מתוכנן היטב ויציב מעתיקי זרם מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 10

מימוש מקור זרם - מיגבלות למשל טרנזיסטור ממותח בנקודת עבודה ברוויה Reference Generator IREF I2 פתרון!! מקור בודד מתוכנן היטב ויציב מעתיקי זרם I1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 11

מעגלים אלקטרוניים לינאריים תוכן השיעור מקורות זרם – לשם מה? בעיות במימוש מקורות זרם ראי זרם פשוט עקרון פעולה חסרונות בראי זרם מעשי ראי זרם Cascode עקרון פעולה ויתרונות עומס אקטיבי במעגל CS מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 12

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה מעגל עקרוני ל"מעתיק" זרם VDD IOUT IREF Copy Circuit M1 איך ניתן להבטיח כי IOUT=IREF? מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 13

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה מעגל עקרוני ל"מעתיק" זרם VDD IOUT IREF Copy Circuit M1 שני טרנזיסטורים זהים ברוויה עם אותו מתח VGS ינשאו אותו זרם אם l=0 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 14

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה מעגל עקרוני ל"מעתיק" זרם VDD IREF IOUT M2 M1 שני טרנזיסטורים זהים ברוויה עם אותו מתח VGS ינשאו אותו זרם אם l=0 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 15

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה במעגל נקרא "ראי זרם" בהנחה שאפקט התקצרות התעלה זניח VDD IREF IOUT M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 16

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה במעגל נקרא "ראי זרם" בהנחה שאפקט התקצרות התעלה זניח VDD IREF IOUT M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 17

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה בתנאים אלו המעגל איננו רגיש יציבות IOUT כמו יציבות IREF ניתן להרחיב לכמה ענפים VDD IREF IOUT M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 18

ראי זרם פשוט – עקרון פעולה בתנאים אלו המעגל איננו רגיש יציבות IOUT כמו יציבות IREF ניתן להרחיב לכמה ענפים VDD IREF IOUT1 IOUT2 M1 M2 M3 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 19

מעגלים אלקטרוניים לינאריים תוכן השיעור מקורות זרם – לשם מה? בעיות במימוש מקורות זרם ראי זרם פשוט עקרון פעולה חסרונות בראי זרם מעשי ראי זרם Cascode ראי זרם למתח נמוך עומס אקטיבי במעגל CS מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 20

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים בהנחה שאפקט התקצרות התעלה איננו זניח VDD IOUT IREF M1 M2 P מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 21

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים למרות ש- VGS1=VGS2 עדיין יכול להיות כי הזרמים יהיו שונים הזרם IOUT יכול להשתנות עקב שינוי פוטנציאל נקודה P פוטנציאל נקודה P נקבע ע"י המעגל המחובר אליו VDD IOUT IREF M1 M2 P מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 22

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים סכמת תמורה לאות קטן VDD IOUT IREF M1 M2 P מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 23

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים סכמת תמורה לאות קטן P RREF IOUT M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 24

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים סכמת תמורה לאות קטן P D2 IOUT RREF ro G2 M1 gmvgs2 S2 M2 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 25

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים סכמת תמורה לאות קטן P D2 IOUT RREF ro G2 M1 1/gm S2 M2 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 26

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים סכמת תמורה לאות קטן D2 D1 (P) RREF ro ro G2 G1 gmvgs1 1/gm S2 S1 M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 27

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים סכמת תמורה לאות קטן D2 D1 (P) RREF ro ro G2 G1 1/gm S2 S1 M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 28

ראי זרם פשוט – שיקולים מעשיים התנגדות המוצא של ראי הזרם הינה ROUT=rO מתנהג כמו עומס התנגדותי באות קטן D2 D1 (P) RREF ro ro G2 G1 1/gm S2 S1 M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 29

מעגלים אלקטרוניים לינאריים תוכן השיעור מקורות זרם – לשם מה? בעיות במימוש מקורות זרם ראי זרם פשוט עקרון פעולה חסרונות בראי זרם מעשי ראי זרם Cascode עקרון פעולה ויתרונות עומס אקטיבי במעגל CS מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 30

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode נרצה לדכא את אפקט התקצרות התעלה ע"י ייצוב הנקודה P נשתמש בחוצץ Common-Gate VDD IOUT IREF M1 M2 P מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 31

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode P נרצה לדכא את אפקט התקצרות התעלה ע"י ייצוב הנקודה P נשתמש בחוצץ Common-Gate VDD IREF IOUT VB M3 VB נבחר כך שבנקודת העבודה VX=VY טרנזיסטור ה-CG מקטין את ההשפעה של P על נקודה Y באות קטן לפי הגבר המתח של Cascode X Y M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 32

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode P בקרוב הזרמים שווים IREF=IOUT בקרוב מתחי VDS1=VDS2 טרנזיסטור M3 "צורך" חלק ממפלי המתח ומקטין את התחום הדינמי של הנקודה P כיצד מייצרים את המתח VB בצורה הפשוטה ביותר? VDD IREF IOUT VB M3 X Y M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 33

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode VDD IREF P בקרוב הזרמים שווים IREF=IOUT בקרוב מתחי VDS1=VDS2 טרנזיסטור M3 "צורך" חלק ממפלי המתח ומקטין את התחום הדינמי של הנקודה P כיצד מייצרים את המתח VB בצורה הפשוטה ביותר? IOUT VB M0 M3 X Y M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 34

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode VDD IREF P על מנת לקבל- IOUT=IREF נדרוש: IOUT VB M0 M3 X Y M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 35

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode VDD IREF P מתח מינימלי המותר בנקודה P IOUT VB M0 M3 X Y M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 36

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode VDD IREF P התנגדות מוצא IOUT VB M0 M3 X Y M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 37

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode M0 P התנגדות מוצא ro IOUT 1/gm VB M3 RREF X Y ro M1 1/gm M2 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 38

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode M0 P M3 התנגדות מוצא ro ro gmvgs3 1/gm RREF X Y ro ro gmvgs1 1/gm M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 39

מעגלים אלקטרוניים לינאריים ראי זרם Cascode ix vx M0 M3 P התנגדות מוצא ro ro3 gmvY 1/gm RREF X Y ro ro1 1/gm M2 M1 מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 40

מעגלים אלקטרוניים לינאריים תוכן השיעור מקורות זרם – לשם מה? בעיות במימוש מקורות זרם ראי זרם פשוט עקרון פעולה חסרונות בראי זרם מעשי ראי זרם Cascode עקרון פעולה ויתרונות עומס אקטיבי במעגל CS מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 41

מעגלים אלקטרוניים לינאריים מעגל CS עם עומס אקטיבי מעגל CS עם עומס התנגדותי רגיל VDD RD VIN נחליף את הנגד RD בראי זרם מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 42

מעגלים אלקטרוניים לינאריים מעגל CS עם עומס אקטיבי VDD מעגל CS עם עומס התנגדותי רגיל M2 M3 נחליף את הנגד RD בראי זרם M1 סכמת תמורה לאות קטן זהה לניתוח המוכר של CS ראי הזרם מוחלף בהתנגדות rO שלו IREF VIN מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 43

מעגלים אלקטרוניים לינאריים מעגל CS עם עומס אקטיבי סכמת תמורה D ro1 ro2 G gmvgs VOUT VIN S מעגלים אלקטרוניים לינאריים פרק רביעי - שקף 44