cmos opamp설계, mosfet differential amp(차동증폭기) 설계

소개

opamp와 differential opamp를 cmos 단위에서 직접 설계한 보고서 입니다.

가뿐하게 A+받았구요 직접 pspice 구동했습니다.

목차

1.MOSFET 차동 증폭기를 이용한 광대역 증폭기 설계
2.CMOS operational amplifier circuit 설계

본문내용

1. MOSFET 차동 증폭기를 이용한 광대역 증폭기 설계
차동 증폭기의 부하로서 (1) 같은 값의 저항, (2) 다른 값의 저항, (3) 전류 미러를 이용한 능동 부하를 사용하는 것을 검토하여 다음의 조건이 만족되도록 비디오 신호용 preamplifier로 사용할 차동 증폭기를 설계하고 검증하라.

1) -3dB 주파수 ≥ 100MHz
2) 신호 전압원 내부저항 일 때,
3) Maximum output signal swing ≥ 2V (peak to peak)
4) DC power dissipation ≤ 3mW
5) 0.5 μm CMOS technology 사용
6) Power supply: ± 3.3V

(1) 같은 값의 저항
출력 신호의 최대 Swing의 범위를 고려했을 때, M2의 Drain의 최대값은 2.3V이다. 2.3V보다 큰 전압을 가지게 되면 설계 조건의 1V 진폭 Swing을 만족할 수 없기 때문이다. 직류 전력 소모를 고려하면 에 흐르는 전류를 계산할 수 있다. M4와 M3의 소자 조건이 같으므로 두 곳 모두 같은 전류 가 흐른다. M3에서 소비되는 전력은 , M1,M2,M4에서는 모두 이다. 즉, 소비되는 총 전력은 이 되고 이 값은 조건에 명시되어 있는 값 3mW을 넘어서는 안 된다. 계산을 해보면 는 0.303mA의 값보다 클 수 없고 M2의 Drain 전압을 1.3V로 설계한다고 하면, 이다. 한편 이므로 라는 것을 알 수 있다. Simulation을 동작시켜 보면 다음과 같다. ( =0.5V로 정하여 M3의 드레인 전압을 2.1V로 계산)

(2) 다른 값의 저항
앞의 같은 값의 저항 값을 가질 때의 전압 이득 식을 살펴보면 의 값이 증가하면 이득이 커진다는 것을 알 수 있다. 하지만 가 상승하면 전력 소모 또한 증가하므로 조건을 만족시키지 못한다. 다른 값의 저항으로 구동시키면
M1과 M2의 Drain Voltage는 각각 , 가 된다. 따라서 전압이득은 가 된다. 는 앞에서 본 것과 같이 보다 커지면 안되므로 저항값을 어떻게 조정하든 최대 이득은 8V/V 밖에 되지 않는 다는 것을 알 수 있다. 결국 수동소자가 아닌 능동소자(active load)를 통해 방법을 모색할 수 밖에 없다.

참고자료

· 없음