CMOS OTA (Operational Transconductance Amplifier) + Output Stage Source Follower

Description

[IT]

Stadio OTA:
La soluzione illustrata è una soluzione circuitale adatta ad essere utilizzata con bassi valori delle tensioni di alimentazione.
Chiudendo l’uscita V_out1 in corto circuito risulta:
- In polarizzazione: I_OUT1CC = I_D2-I_D1;
- Alle variazioni: i_ucc(t) = g_mn*v_d.
Nello schema assegnato il terminale non invertente è quindi quello contrassegnato con V_2 e quello invertente con V_1; per cui risulta v_d = v_2-v_1.
La resistenza di uscita R_out di questo circuito si calcola osservando che dall’uscita vedo solo il parallelo delle resistenze di Drain di M10 e M6, per cui R_out = r_d10//r_d6.
Risulta perciò A_d = g_mn*R_out ~ 50.
La dinamica di uscita è praticamente estesa dalla V_ss, che in questo caso è la tensione di riferimento, alla V_dd.
L’amplificazione rimane quasi costante per V_ss + (V_GS6-V_tn) Ci possiamo quindi avvicinare alle tensioni di alimentazioni a meno di una tensione di saturazione V_GS-V_t.
Oltre questi estremi R_out decresce diminuisce rapidamente e con essa pure la pendenza della caratteristica, ovvero il guadagno A_d.

Stadio di OUTPUT Source Follower:
Per avere un’uscita di tensione è desiderabile una bassa resistenza di uscita in modo da ridurre l’effetto di attenuazione introdotto dall’inserimento di un carico.
Lo stadio di uscita proposto possiede una R_out = 1/g_m.
Questa configurazione di output è molto popolare nelle situazioni in cui è presente una tensione di alimentazione di diversi Volt; con la riduzione della tensione di alimentazione, questa semplice configurazione di output non trova più applicazione.
V_out = V_out’-V_GS11.
V_GS11 contiene la tensione di threshold e in aggiunta, in un processo n-well CMOS, il source ed il body di un nMOSFET non sono connessi insieme, perciò V_t è significativamente aumentata dall’effetto Body.
Ci possiamo aspettare una perdita di circa 1 V.

Programs Used:

• Linear Technology Corporation's LTspice XVII;
• Glade;