[問題] 差動放大器之增益計算

看板Electronics作者 (roy)時間8年前 (2015/09/27 18:54), 8年前編輯推噓4(405)
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大家好,我最近在計算一題差動放大器的增益時 發現用pspice及手算的結果有所差異 不知是小弟在手算部份疏忽了什麼或是觀念錯誤 還懇請各位大大指教 m(_ _)m [題目] 圖中為一差動放大器,V_DD = 3.3V、V_CM = V_DD/2 = 1.65V Find Vo / Vid with its DC gain and pole locations. + - ( Vid = Vin - Vin ) [圖] https://drive.google.com/open?id=0ByQPX3nLOyxfb3hWa0ZNdlJjdDA [其餘參數] (W/L)M1,M2 = 25um / 0.5um (W/L)M3,M4 = 1.25um / 0.5um (W/L)M5 = 10um / 0.5um (W/L)M6 = 4um / 0.5um NMOS PMOS Units LEVEL 1 1 TOX 9.50e-09 9.50e-09 m UO 460 115 cm^2/Vs LAMBDA 0.1 0.2 V^-1 GAMMA 0.5 0.45 V^(1/2) VTO 0.7 0.75 V PHI 0.8 0.75 V LD 8.00e-08 9.00e-08 m JS 1.00e-08 5.00e-09 A/m^2 CJ 5.70e-04 9.30e-04 F/m^2 MJ 0.5 0.5 CJSW 1.20e-10 1.70e-10 MJSW 0.4 0.35 PB 0.9 0.9 V CGBO 3.80e-10 3.80e-10 F/m CGDO 4.00e-10 3.50e-10 F/m CGSO 4.00e-10 3.50e-10 F/m 我的算法如下 I1 = 1/2 * uC * (W/L) * (V_S6 - V_G6 - |Vtp|)^2 = 1/2 * uC * (4/0.5) * (3.3 - V_G - 0.8)^2 --(1) 其中 uC = UO(cm^2/Vs) * (εox/ TOX) = (115*10^-4) * (3.45*10^-11 / 9.50*10^-9) = 42u -- (2) 又V_G6 = 100k * I1 -- (3) 將(2)(3)代入(1)得 I1 = 1/2 * 42u * (4/0.5) * (3.3 - 100k * I1 - 0.8)^2 => I1 = 21.42uA ∵V_G6 = V_G5, V_S6 = V_S5 ∴I2 = [(W/L)M5 / (W/L)M6 ] * I1 = 10/4 * I1 = 53.55uA g_m2 = sqrt( 2 * (42u * 25/0.5) * (53.55/2) ) = 335uA/V r_o2 = 1 / ( λ* (I1/2) ) = 1 / ( 0.2 * 26.775u) = 187k r_o4 = 1 / ( λ* (I1/2) ) = 1 / ( 0.1 * 26.775u) = 373k ∴ Vo / Vid = g_m2 (r_o2 // r_o4) = 335u * (187k // 373k) = 335u * (125k) = 41.875 = 32.44 (in dB) 但是我用pspice摹擬出來的增益約為37 dB [pspice之schematic] https://drive.google.com/open?id=0ByQPX3nLOyxfRW0xVDFVaUllb28 [pspice摹擬結果] https://drive.google.com/open?id=0ByQPX3nLOyxfbS10VjlkdjBjaVk 圖為 DB(V(Vout) / (V(Vin+) - V(Vin-))) by AC Sweep/Noise 在摹擬的時候AC Sweep Type我選擇Logarithmic Start Frequency: 1 End Frequency: 10e12 Points/Decade : 10000 以下為我pspice摹擬的檔案 (跑摹擬前需Edit Simulation Profile) https://drive.google.com/open?id=0ByQPX3nLOyxfS3VGRmU5V0NqeFk 謝謝大家了 m(_ _)m -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 118.160.23.170 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Electronics/M.1443351256.A.A22.html

09/27 20:24, , 1F
會不會是因為Id公式(Vgs-vth)不是平方啊!?
09/27 20:24, 1F

09/27 20:27, , 2F
或是電流公式沒有考慮channel length modulation!?
09/27 20:27, 2F
Thx! 我驗證一下 Vg = Vd = 100k * 21.42u = 2.142 V Vsg = 3.3 - 2.142 = 1.158 V > |Vth| = 0.8 (on) Vsd = 1.158 > Vsg - |Vth| = 0.358 (sat) 所以好像應該有平方>< channel length modulation等會我算算 先謝謝了!

09/27 20:41, , 3F
若考慮channel length modulation
09/27 20:41, 3F

09/27 20:41, , 4F
I1有三個解 其中唯一符合的只有21.98uA
09/27 20:41, 4F

09/27 20:41, , 5F
差異還滿小的 應該不至於影響到最後Vo/Vid的值
09/27 20:41, 5F

09/27 23:05, , 6F
116推 我算的跟你一樣 模擬也跟你一樣XD
09/27 23:05, 6F
QQ 好哦 已經放棄修正答案了Orz

09/27 23:09, , 7F
原來是作業阿 是說我以前也是修他的課XD
09/27 23:09, 7F
對阿(揮手) 覺得這份作業有點難ˊˋ 花很多時間在上面(尤其摹擬xD) ※ 編輯: xx5236294roy (118.160.23.170), 09/27/2015 23:44:03

09/29 14:16, , 8F
(一切都是浮雲
09/29 14:16, 8F

10/01 19:08, , 9F
提供無腦方法 接成比較器就可以知道答案,免算@@
10/01 19:08, 9F
文章代碼(AID): #1M1yhOeY (Electronics)