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PubblicatoSebastiano Rinaldi Modificato 8 anni fa
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Lezione XXIIII Rumore nei circuiti elettronici
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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
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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
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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
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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
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Teorema Si può dimostrare che la corrente di rumore tra drain-source è legata alla tensione di ingresso dalla seguente trasformazione
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Amplificatore a source comune Le sorgenti di rumore sono relative alla resistenza di carico, al rumore termmico e al rumore flicker
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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)
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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
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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)
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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
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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)
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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)
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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
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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)
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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
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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
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Calcolo di Nella valutazione del contributo di rumore relativo a M1, il circuito è rappresentato in (b) Si può dimostrare che
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Calcolo di
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Banda equivalente di rumore
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