Lezione XXIIII Rumore nei circuiti elettronici

Circuiti rumorosi  Come fare a calcolare il rumore in un circuito le cui fonti di rumore sono diverse (es. Operazionale)  Si potrebbe porre l’ingresso in cortocircuito e valutare il rumore in uscita  Questo è l’approccio dei simulatori o quello sperimentale

Rumore riferito all’ingresso  Dal momento che il rumore in uscita dipende dal guadagno del circuito si preferisce trasformare i generatori di rumore riferendoli all’ingresso

Considerazioni  ll rumore in uscita è una grandezza “misurabile”  Il rumore in ingresso non è fisicamente rilevabile nel circuito  L’utilità del rumore in ingresso è che esso è direttamente paragonabile al segnale in ingresso rendendo possibile la quantificazione del minimo segnale elaborabile dal circuito

Rappresentazione corretta  La schematizzazione con il solo generatore di tensione di rumore è incompleta  Per coprire tutti I casi possibilli di generazione di rumore in uscita ad un circuito è necessario inserire anche un generatore di corrente

Teorema  Si può dimostrare che la corrente di rumore tra drain-source è legata alla tensione di ingresso dalla seguente trasformazione

Amplificatore a source comune  Le sorgenti di rumore sono relative alla resistenza di carico, al rumore termmico e al rumore flicker

Amplificatore a source comune  Il generatore di corrente di rumore in ingresso è nullo fino a che l’impedenza di ingresso del circuito è infinita (bassa frequenza)

Criteri di progetto  Dal risultato appena ottenuto ci accorgiamo che, se il circuito viene utilizzato come amplificatore di tensione, è vantaggioso aumentare la sua transoconduttanza  Il contrario avviene, lo abbiamo visto, se ci riferiamo al funzionamento del MOS come generatore di corrente

Esercizio  Calcolare il rumore riferito all’ingresso di uno stadio a source comune con carico in pinch-off  Il criterio di progetto è dunque massimizzare gm1 e minimizzare gm2 (M2 funziona da generatore di corrente)

Circuito a Gate comune  Dal momento che l’impedenza di ingresso di questo circuito è piccola (1/gm1), bisogna determinare il rumore di ingresso di tensione e di corrente  Le sorgenti di rumore sono relative alla resistenza ed al MOS

Calcolo di  Cortocircuitiamo l’ingresso, calcoliamo il rumore di tensione riferito all’uscita e lo dividiamo per il guadagno di tensione (la corrente di rumore di M1 non fluisce in RD)

Calcolo di  Alla stessa maniera, aprendo l’ingresso si valuta il contributo riferito al generatore di corrente  Quindi lo stadio a gate comune ha la caratteristica negativa di riferire direttamente all’ingresso il rumore di corrente di uscita (infatti il guadagno di corrente è unitario)

Circuito a Drain comune  Anche per il circuito a drain comune si possono fare le stesse considerazioni fatte per I casi precedenti.  In particolare, dato che il circuito a drain comune presenta guadagno minore di uno, non lo si preferisce in progetti low- noise

Circuito Cascode  Il rumore generato da M1 e RD è analogo a quello di uno stadio a source comune  La sorgente di rumore di canale di M2 non influenza Vout (almeno in bassa frequenza)

Coppia differenziale  La coppia differenziale può essere vista come doppio bipolo e quindi trattata, riguardo al rumore di ingresso, come un qualsiasi stadio amplificatore  In bassa frequenza il rumore di corrente in ingresso è praticamente trascurabile

Sorgenti di rumore  Le sorgenti di rumore sono riferite ai due MOS ed ai dispositivi di carico  Si tratta di sorgenti non correlate. Per questo motivo il nodo P non è una massa virtuale.  Valutiamo il contributo di ciascuna sorgente individualmente

Calcolo di  Nella valutazione del contributo di rumore relativo a M1, il circuito è rappresentato in (b)  Si può dimostrare che

Calcolo di

Banda equivalente di rumore