Limitazioni dell’ “input range”

Presentazione sul tema: "Limitazioni dell’ “input range”"— Transcript della presentazione:

1 Limitazioni dell’ “input range”
Gli amplificatori operazionali in genere sono progettati per avere guadagni differenziali molto elevati Questo implica che, mentre l’uscita varia significativamente, l’ingresso si muove di molto poco. D’altra parte, se pensiamo ad applicazioni come i buffer a guadagno unitario, lo swing in ingresso di modo comune è pari allo swing di uscita Esiste quindi la necessità di comprendere quli sono i valori minimi e massimi possibili all’ingresso e come fare per aumentare, eventualmente, il Common Mode Input Range (CMIR)

2 Esempio Consideriamo un amplificatore differenziale telescopico “folded cascode” configurato come buffer a guadagno unitario In questo caso la minima tensione di ingresso è data da Vin,min=Vgs1,min+VISS

3 … Cosa accade se la tensione di ingresso scende al di sotto di Vin,min? Il generatore di corrente ISS entra in zona di triodo La sua corrente di uscita diminuisce La transconduttanza di M1,2 diminuisce di conseguenza Possiamo quindi pensare a dei meccanismi che “ripristinano” il valore di transconduttanza

4 Soluzione Possiamo pensare di rendere attiva anche la parte NMOS della struttura folded introducendo una coppia differenziale PMOS che si attiva quando gli NMOS si spengono. In definitiva, quando la transconduttanza degli NMOS diminuisce, quella dei PMOS aumenta mantenendo abbastanza inalterato il funzionamento del circuito

5 Slew Rate Gli amplificatori operazionali, in generale, sono circuito ad un singolo polo dominante Sappiamo che la risposta al gradino di circuiti ad un solo polo è un esponenziale Negli operazionali però esiste un comportamento non lineare che cambia la risposta al gradino se l’ampiezza del segnale di ingresso è troppo elevata

6 In dettaglio 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 20 40 60 80 100 4.5 4 3.5 Vdd 3 2.5 2 1.5 a α=SR 1 0.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

7 Origine della Slew Rate
L’andamento della tensione di uscita nel caso che sia evidente il fenomeno della slew rate ci suggerisce che esista una capacità che si carica a corrente costante

8 Chi sono I e C ? Per la corrente I ci sono pochi dubbi, è la corrente di polarizzazione dello stadio differenziale che, nel caso di tensioni in ingresso troppo elevata, viene commutata tutta in uno dei due rami del differenziale stesso C dipende dalla configurazione di operazionale che stiamo considerando: Può essere la semplice capacità di carico Oppure può essere la capacità di compensazione inserita per rendere stabile il circuito

9 Esempio: gradino positivo
Vdd M3 M4 Iss CL R1 M1 M2 Vin R2 Iss

10 Esempio: gradino negativo
Vdd M3 M4 Iss CL R1 M1 M2 Vin R2 Iss

11 Reiezione alle variazioni di Vdd (PSRR)
La tensione di alimentazione viene portata ai circuiti attraverso linee che, nel loro percorso, possono raccogliere rumore indesiderato Questo rumore si propaga attraverso percorsi resistivi e/o capacitivi, verso l’uscita dell’operazionale Si definisce il rapporto di reiezione alle variazioni dell’alimentazione PSRR come il rapporto tra il guadagno differenziale e il guadagno tra alimentazione e uscita