cmos yükselteç simülasyon

[Bowman]

Elektronik dersimin ödevi için bir cmos amplifier simülasyonu yapmam gerekiyor. Simülasyon için ders hocası nmos ve pmoslar için parametreler verdi. O parametreleri TINA TI'da girdim.
Fakat AC simülasyonumda kazanç değerim -db olarak çıkıyor. Nmos ve pmosları doyuma sokamıyor muyum yoksa farklı bir hatam mı var şu ana kadar çözemedim.
Simüle ettiğim devre aşağıdaki devreyle bire bir aynı sadece pasif komponentleri çıkardık anlaması kolay olsun diye. Mosların W/L oranlarını da aşağıda belirttiğim kaynaktan aldım. Acaba nerede hata yapıyorum? Neden kazancım -db çıkıyor? Vi+ girişine DC levelı -945mV olan , amplitude'u 50mV, 1kHz, rise/fall time'ı 100ns olan bir kare dalga veriyorum. Vi- girişine ise dümdüz -945mV dc veriyorum. Nmosların Vth0 parametresi 637 mV, pmosların Vth0 parametresi -944mV.

kaynak

 

[Mikro Step]

MOSlarin W/L parametrelerinden anlamam fakat VGS1 ve VGS2 kaynaklarinin topraga gore degil de Source bacaklarina gore verilmesi gerekmiyor mu?
(mV mertebesinde verdigin icin diyorum.)

 

[Bowman]

MOSlarin W/L parametrelerinden anlamam fakat VGS1 ve VGS2 kaynaklarinin topraga gore degil de Source bacaklarina gore verilmesi gerekmiyor mu?
(mV mertebesinde verdigin icin diyorum.)

Valla hocam benim çok tecrübemin olmadığı bir konu, yeni yeni öğreniyorum. dediğin gibi yaptım. 17db olan kazanç 40 a çıktı.

 

[Mikro Step]

Sorun bu muymus?

 

[Bowman]

Sorun bu muymus?

evet sanırım buymuş. ben w/l oranını baya bir artırmıştım öyle kazanç artıya geçmişti. şimdi eski haline aldım ve kazanç 50 db e çıktı. peki neden sizin dediğiniz şeyi yapınca düzeldi hocam?

 

[ckocagil]

Önce AC değil transient analiz yapın. AC yanıltabilir. Transient'ta bias noktalarını, sinyal bozulmalarını görürsünüz. Bir adet yükseltici ile başlayın.

 

[Mikro Step]

Cunku arada duran (VDD ile VSS arasinda kalmis) PMOSlarin VGS gerilimini Vss'ye gore vereceksen bu gerilimin mV lar seviyesinde degil voltlar mertebesinde olmasi lazim. Sen 637mV ve 944mV olarak belirtmissin burdan uyandim. Cunku bu gerilimler dogrudan Source Gate arasindaki gerilimler.

Hazir bu W/L parametrelesi ile ugrasan birisini bulmusken bize kisa bir sunum yaparsan sevinirim. Kitaplarda anlatiliyor olsa da okuyacak kadar ilgimi cekmiyor ama uyelerden birisi bir seyler karalarsa zevkle okurum. Hatta kafamda soru olusursa sorarim.

 

[Bowman]

Önce AC değil transient analiz yapın. AC yanıltabilir. Transient'ta bias noktalarını, sinyal bozulmalarını görürsünüz. Bir adet yükseltici ile başlayın.

Şöyle bir çıktı aldım transient analizde. Önceki grafiği kaldırdım ve yeniledim sanırım zamanı biraz uzun tuttuğum için anlamsız bir şey çıktı.

Hazir bu W/L parametrelesi ile ugrasan birisini bulmusken bize kisa bir sunum yaparsan sevinirim. Kitaplarda anlatiliyor olsa da okuyacak kadar ilgimi cekmiyor ama uyelerden birisi bir seyler karalarsa zevkle okurum.

Seve seve. Sadece bu hafta pek müsait vaktim yok final haftasından dolayı. Final haftası biter bitmez yaparım

 

[ckocagil]

Bildiğiniz en basit CMOS devre hangisi? Onunla başlayalım. Benim teorisini iyi bildiğim bir konu değil ama adım adım gidersek kesinlikle çözeriz.

 

[Bowman]

Bildiğiniz en basit CMOS devre hangisi? Onunla başlayalım. Benim teorisini iyi bildiğim bir konu değil ama adım adım gidersek kesinlikle çözeriz.

Aslında sıkıntı olan şey derste biz biraz yarıiletken fiziği gördük. PN junction, mosfet parametreleri vs. Final ödevi olarak direkt bu devre verildi. Yani aslında cmos devreleri işlenmedi o yüzden şu şu devreleri biliyor diyemem. Ama bildiğim en basit devre muhtemelen bir CMOS inverter devresidir.

 

[Bowman]

Sanırım problem çözüldü gibi. Vg1 benim girişim Vout ise çıkış. Zaten besleme gerilimim 3V.

Diferansiyel fark alıcı olan Vi+ ve Vi- girişlerindeki PMOSların Vth0 parametresi -944 mV idi. Ben de -950 mV değerini veriyordum yani kesime çok yakındı. Şimdi girişlerdeki değerleri -1.2V ' a çıkardım ve bu sonucu elde ettim. Bu sonuç bana mantıklı geldi siz ne dersiniz?

 

[ckocagil]

Sinüs ile durum nasıl?

Bir de bu devrenin ismi nedir? Şematik biraz beynimi yaktı

 

[Mikro Step]

Basit bir opamp.

 

[Mikro Step]

Aslinda senin devrenin ilk bastaki sorunu biraz farkli.

Cikistan negatif girise geri besleme yap. Mesela inverting amplifier devresi kur.

Rf=10K Ri=1K yapip x10 amplfikasyon yaptigini goreceksin.

 

[Bowman]

Sinüs ile durum nasıl?

Bir de bu devrenin ismi nedir? Şematik biraz beynimi yaktı

@Mikro Step 'in de dediği gibi aslında basit bir op-amp devresi. Hatta pasif komponentler yok birkaç kondansatör ve direnç var. Ama literatürde two stage cmos amplifier diye de geçiyor. Ben bu isimle arattığımda baya bir şeyler buldum

 

[ckocagil]

Evet bariz diferansiyel yükselticiymiş bu. T7-T8 20u current mirror, T2-T3 current mirror, T4 ise buffer olmalı. Two-stage deniyor çünkü diferansiyel kısmı input stage diye geçer. Normalde ikinci stage akımı voltaja çevirir, üçüncü stage de bunu bufferlayıp yüksek akım verebilmesini sağlar.

 

[Bowman]

MOSFET'in Fiziki Yapısı

Paylaştığım görsel gate dielectric materyali olarak SiO2 kullanılmış bir mosfetin iç yapısıdır.

Bu konu üzerinde daha önce bahsettiğim W ve L parametreleri görselde net bir şekilde gözüküyor. Burada bir kanal vardır. Drain-Source arası bir kanal olarak adlandırılır. L (length)parametresi yani uzunluk, direkt bu kanalın uzunluğunu göstermektedir. W (width)parametresi de bu kanalın genişliğidir. W/L parametrelerini ayarlarken uygulamaya yönelik düşünülmesi gerekli. W parametresinin yani kanalın genişliğinin artması yüksek akım gerektiren uygulamalar için iyidir. Çünkü kanal genişledikçe taşıyabileceği elektron sayısı artacaktır. Ama bu seferde güç tüketimi de artacaktır.

L parametresinin düşürmek ise mosfetin daha hızlı çalışmasını sağlayacaktır. Akım (N kanal için) drainden source bacağına akar. Ama elektron tam tersi hareket eder yani source'dan draine. Elektronun hareket edeceği kanalın uzunluğunu düşürürsem elektronun kat etmesi gereken mesafe kısalacağı için mosfet daha hızlı çalışacaktır.

Ben W/L oranını artırayım kazancım yüksek olsun düşüncesi her zaman işe yaramayabilir çünkü güç tüketimi de artacak ve aynı zamanda mosfetin kapasitif özellikleri de buna oranla değişecektir.

Kazanç (gm), gm = μn*Cox*(W/L)*Vov. Burada W/L oranı artarsa kazanç da artar.

Fakat aynı zamanda mosfetin gate-source ve gate-drain bacakları arasındaki kapasitif değer de artacaktır. Cgs = (2/3)W*L*Cox, Cgd = W*L*Cox.

Keza, benim yaptığım uygulamada kazanç 20kHz'den sonra düşmeye başlıyor.

Bir de N-kanal mosfette, kanal üzerinde taşıyıcı elektronlar olurken, P-kanal mosfette kanal üzerindeki taşıyıcılar delikler oluyor. Elektronların hız yeteneği (μn), deliklerin hız yeteneğine göre oldukça yüksektir. Bu sebeple N-kanal mosfetler, P-kanal mosfetlere göre daha hızlı olurlar.

Bu konuda öğrendiğim bilgiler bu şekilde.

 

[Mikro Step]

Kazanç (gm), gm = μn*Cox*(W/L)*Vov.

Bu baginti nasil bulunmus?

 

[Bowman]

Bu soruya net ve %100 açıklayıcı bir cevabım. Biraz araştırma ile dönüş yapayım