0.2 완전차동 (fully dfferental) OP amp Dfferental nput, Dfferental output Easy to cascade OP amps nsenstve to supply nose Hgh gan Fully dff OP amp requres CMFB Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH
0.2. NMOS 입력완전차동 folded cascode OP amp DD B M2 M3 B2 M M2 o o B3 B4 M3 CMFB SS 그림 0.2. 완전차동 (fully dfferental) folded cascode OP amp 회로 Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH M2, M3 ncreases slew rate 2
0.2.2 Raltoral 완전차동 folded cascode OP amp (*) DD B DD THp P B M3p B4 CMFB SS THn N 최소값 : 최대값 : 최소값 : 2 SS THn THn P > DD N DD o o C I L B2 < SS THp N SS Mn M2n B2 B3 Mp M2p 최대값 : 2 DD THp P I B3 B4 M3n CMFB SS Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 그림 0.2.2 Raltoral 완전차동 folded cascode CMOS OP amp 회로 3
DD B M3p Mn M2n B2 B3 Mp M2p o o I B2 B4 M3n I B3 CMFB SS 표 0.2. 그림 0.2.2 에보인 raltoral 완전차동 folded cascode OP amp 회로의동작특성 ( sn SS THn 2 N, 2 ) sp DD THp P 공통모드입력전압범위 ~ off on g m p Ro SS sn ~ on on ( g mn g m p ) Ro sn sp NMOS 차동증폭단 PMOS 차동증폭단 저주파차동모드 전압이득 A vd sp DD Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH ~ on off g mn Ro 4
소신호출력저항 R o 계산 gmn ro n rs2n ro n rs2n 2 ro n g r ( ro 4 2ro m6 o6 n ) 2 ro n 2 ro4 ro 5 ro 3 p 6 r g o4 r m6 o6 r o4 2r 0.5 v ( r on o4 x 2r 6 on ) Mn M2n 2 6 2 7 x o x o v x v x 2 2 Mp M2p r o3n o5 rs 2n ro3n rs7 ro5 r rs 2 n rs 2 n r x 6 2 6 o 4 6 r ro 4 2r o3n on 0.5 vx r o4 0.5 v x gm6ro6 ( ro 4 2ro n ) ro 4 2ro n gm6ro6 ( ro 4 ro n ) ro0 r o x2 g r m8 o8 0.5 v ( r x o0 r o p v ) Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 그림 0.2.3 그림 0.2.2 회로의소신호출력저항 를구하기위한소신호회로 R o [ ] x RO 2 { g } { } m6 ro 6 ( ro 4 ron ) g m8ro8 ( ro0 ro p x 5
Constant g m raltoral 입력완전차동 folded cascode OP amp sp sn DD THp 2 P (PMOS 입력차동증폭단 actve 공통모드전압의최대값 ) SS THn 2 N (NMOS 입력차동증폭단 actve 공통모드전압의최소값 ) DD B I B M3p 3: M4 M5 Mn Msn sn M2n B2 B3 o o Mp sp Msp M2p B4 I B M3n M2 3: M3 CMFB SS 그림 0.2.5 Constantg Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH m raltoral 입력완전차동 folded cascode OP amp 회로 6
B DD I B M3p 3: M4 M5 Mn Msn sn M2n B2 B3 o o Mp sp Msp M2p B4 I B M3n M2 3: M3 CMFB SS 표 0.2.2 공통모드입력전압값에따른constant folded cascode OP amp 회로의동작 g m raltoral 완전차동 공통모드입력전압범위 SS ~ sn sn ~ sp sp ~ DD Mn M2n Msn M2 Mp M2p Msp M4 transconductance Off (0) On Off On ( 4 I B ) Off On 2 g m p On Off Off On Off Off ( g I B mn gm p ) ( ) ( B ) On Off On Off On Off 2 gm n ( 4 I B ) (0) Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH ( 여기서 gm n 2 µ ncox ( W / L) n I B, gm p 2 µ pcox ( W / L) p I B ) 7
0.2.3 완전차동전류거울 OP amp (*) DD K : : K B A vd ( ( o o ) ) g m K R o 2 R o { ( g r r ) ( g r r ) } 2 m0 o0 o9 m2 o2 o4 o M M2 o M2 M3 B2 M4 B3 M3 I B3 I B5 M5 CMFB SS 그림 0.2.6 완전차동전류거울 (fully dfferental current mrror) OP amp Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 8
ω T K gm C L SR SR K I B3 C L I B 5 C L K : DD : K B I B5 0. 5 K I B3 SR K I B 3 o M M2 o A vd K gm R o M2 M3 B2 ω T K gm C L M4 B3 M3 I B3 I B5 M5 CMFB SS Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 그림 0.2.6 완전차동전류거울 (fully dfferental current mrror) OP amp 9
DD B2 B2 K : : I 2 I M M2 : : K K I I B M3 I B3 I 2 K I 2 o SS o K I 2 K I CMFB CMFB K : : K Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH SS 그림 0.2.7 양방향구동완전차동전류거울 (fully dfferental current mrror) OP amp 회로 0
0.2.4 ClassAB 입력단완전차동 OP amp (*) DD B2 M25 K : : K M2 M26 B2 DD DD M M2 o 3 4 M3 o B M35 M36 B SS SS CMFB M23 M20 K : M8 M9 : K M2 M24 CMFB 그림. 0.2.8 간략화된 classab 입력단완전차동 (fully dfferental) OP amp 회로 Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH SS Partal current source drven by CMFB crcut
3 4 THn THn THp THp N N P P B2 M25 K : DD : K M2 M26 B2 A vd gm. eff R o DD DD ω T g m. eff C L M M2 g m. eff g m g m4 o 3 4 M3 o Actve 공통모드입력전압의최소값 : B 또는 M35 M36 B SS 2 THn THp N P SS SS 2 2 SS THn 공급전압의최소값 : N P CMFB M23 M20 K : M8 M9 : K M2 M24 CMFB 2 2 THn THp N P SS Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 그림. 0.2.8 간략화된 classab 입력단완전차동 (fully dfferental) OP amp 회로 2
DD B M25 20 50 50 50 2 50 M2 M26 20 B o M3 50 30 M5 5 M27 M2 8 2 SS DD M29 30 2 M30 3 8 200 200 M 200 M3 200 M2 200 200 200 200 7 5 M3 M32 2 SS DD M33 30 M34 3 M4 50 M6 30 o CMFB M23 0 M7 30 7 M8 30 M9 30 8 M20 30 M24 0 CMFB SS (a) 그림 0.2.9 (a) Class AB 입력단 fully dfferental OP amp 회로 (b) (a) 회로와같이사용된 swtched capactor CMFB 회로 Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 3
P : 20 N : 0 P : 20 N : 0 P : 20 N : 0 P : 20 N : 0 o o p p p p B2 0 0 0 0 B2 (b) CMFB Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 4
전컴569 아날로그집적회로 HW6 due June 0 th 2003 (/2) SPEC : raltoral constant gm fully dfferental amp wth trode TR feedback CMFB crcut DD3 L0.35um( 추후조정바람 ) Avd2000 total current3ma th(nmos)0.6 th(pmos)0.7 µcox(nmos)00 µa/ 2 µcox(pmos)40 µa/ 2 LAMDA(nmos)0. LAMDA(pmos)0.2 lnear Input CM output range range > 3.5 lnear output range.5 [A] 각 DSAT 결정 [B] 각 W/L 결정 [C] Input common mode range(open loop) 계산, SPICE 와비교 ( 그래프상에서 SPICE 와계산치비교표시 ) [D] Lnear output range(open loop) 계산, SPICE 와비교 ( 그래프상에서 SPICE 와계산치비교표시 ) [E] Lnear range(untygan fb, R00k 를 out 과 vss 사이에연결 ) 계산, SPICE 비교 ( 그래프상에서 SPICE 와계산치비교표시 ) [F] CL20pF, P, P2 계산, SPICE 와비교 (open loop) (X node 의 Cxb,Cgx (xs,d) 는 SPICE 의.op lst 결과이용바람. ) [G] untygan feedback 에서 CL20pF 일때와 0.pF 일경우의 settlng tme 을각각계산, SPICE 와비교 (0m step nput) ( n n 0 dc.45 pulse.45.46 0 0 0) [H] CL20pF이고 untygan feedback 에서 Slew rate 의계산값과 SPICE 를비교하고비교하시오계산값이. SPICE보다큰이유를설명하시오. (500m step nput) [I] HW5[2] 에서구한 sngleended folded cascode OP amp와다음파라미터값들을비교하시오. ( vn n 0 dc.2 pulse.2.7 0 0 0 ) Sum of (W x L), nput CMR, lnear output range, p, p2, slew rate at CL20pF Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH 5
HW6 due June 0 th 2003 (2/2) DD B M3p 3: M4 M5 I B Mn Msn sn M2n B2 B3 o o Mp sp Msp M2p B4 I B M3n M2 3: M3 CMFB SS 그림 0.2.5 Constant g Hgh Speed CMOS IAB, POSTECH m raltoral 입력완전차동 folded cascode OP amp 회로 6