Analoge CMOS-Schaltungen

Transkript

1 Analoge CMOS-Schaltungen PSPICE und Systemtheorie 24. Vorlesung

2 Einführung 1. Vorlesung 8. Vorlesung: Inverter-Verstärker, einige Differenzverstärker, Miller-Verstärker 9. Vorlesung: Miller-Verstärker als Subcircuit 10. Vorlesung: Temperaturanalyse 11. Vorlesung: Rausch-Analyse 12. Vorlesung: Fourier-Analyse 13. Vorlesung: Einfluß des Layouts auf analoge Schaltungen 14. Vorlesung: Monte-Carlo-Analyse, Worst-Case-Analyse 15. Vorlesung: Transfer-Analyse, Sensitivity-Analyse 16. Vorlesung: Parameter-Analyse 17. Vorlesung: ABM-Bauelemente 18. Vorlesung: Transmission Line 19. Vorlesung: Oszillator-Schaltungen 20. Vorlesung: Abändern von Bauteilen 21. Vorlesung: Optimizer zur Schaltungs-Optimierung 22. Vorlesung: Smoke zur Schaltungs-Stress-Analyse 23. Vorlesung: Sample-and-Hold-Schaltung 24. Vorlesung: PSPICE und Systemtheorie 25. Vorlesung: Zukünftige analoge CMOS-Schaltungen Analoge CMOS-Schaltungen Folie 2

3 Systemtheorie 3 Arten der Darstellung: 1. Übertragungsfunktion abhängig von Frequenz Netzwerktheorie, bekannt OUT ( f ) 2. Impulsantwort abhängig von Zeit U U IN Tiefpaß 1 = 2 π f 1+ R C Laplace-Transformierte der Übertragungs-Funktion, zeitlicher Dirac-Impuls (alle Frequenzen) Messtechnik: zeitlicher Dirac-Impuls? 3. Sprungantwort abhängig von Zeit t t Laplace-Transformierte der Übertragungs-Funktion, zeitlicher Einschalt-Impuls t t Analoge CMOS-Schaltungen Folie 3

4 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 4

5 Impulsantworten Analoge CMOS-Schaltungen Folie 5

6 C:\Cadence\SPB_16.2\tools\capture\library\pspice\advanls\function.olb Analoge CMOS-Schaltungen Folie 6

7 Verwenden Sie das angebenen File und überprüfen Sie die Ergebnisse der Übertragungsfunktion, der Impuls- und der Sprungantwort! realpole1 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 7

8 mehrere Schaltbilder zu einen Schematic realpole1 Page1 Übertragungsfunktion Page2 Impulsantwort Page3 Sprungantwort Simulation Profile: rot aktiv grün inaktiv Analoge CMOS-Schaltungen Folie 8

9 Übertragungsfunktion Analoge CMOS-Schaltungen Folie 9

10 Impulsantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 10

11 Impulsantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 11

12 Sprungantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 12

13 Sprungantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 13

14 entkoppelter Tiefpaß 2. Ordnung Analoge CMOS-Schaltungen Folie 14

15 Verwenden Sie das angebenen File und überprüfen Sie die Ergebnisse der Übertragungsfunktion, der Impuls- und der Sprungantwort! realpole2 R1=R2 verkoppelt entkoppelt Analoge CMOS-Schaltungen Folie 15

16 Übertragungsfunktion Abweichung, da Verkopplung der Tiefpässe Analoge CMOS-Schaltungen Folie 16

17 Impulsantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 17

18 Impulsantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 18

19 Sprungantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 19

20 Sprungantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 20

21 verkoppelte Tiefpaß 2. Ordnung (entkoppelte) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 21

22 verkoppelte Tiefpaß 2. Ordnung Analoge CMOS-Schaltungen Folie 22

23 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 23

24 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 24

25 wichtiges Maß: Polgüte bzw. Dämpfung Analoge CMOS-Schaltungen Folie 25

26 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 26

27 verkoppelte Tiefpaß 2. Ordnung vergleiche entkoppelt Analoge CMOS-Schaltungen Folie 27

28 verkoppelte Tiefpaß 2. Ordnung wichtiges Maß: Polgüte bzw. Dämpfung Analoge CMOS-Schaltungen Folie 28

29 a: Q P =0,5 D=1 (reele Pole) b: Q P =0,707 D=0,707 c: Q P =1 D=0,5 d: Q P =2 D=0,25 e: Q P =4 D=0,125 f: Q P =10 D=0,05 Q P Analoge CMOS-Schaltungen Folie 29

30 verkoppelte Tiefpaß 2. Ordnung wichtiges Maß: Polgüte bzw. Dämpfung Stabilitätsgrenze: Q P = bzw. D=0 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 30

31 Impulsantworten Analoge CMOS-Schaltungen Folie 31

32 C:\Cadence\SPB_16.2\tools\capture\library\pspice\advanls\function.olb Analoge CMOS-Schaltungen Folie 32

33 vgl. RC-Tiefpaß Analoge CMOS-Schaltungen Folie 33

34 Verwenden Sie das angebenen File und überprüfen Sie die Ergebnisse der Übertragungsfunktion, der Impuls- und der Sprungantwort! complex_fz zum Vergleich reelle Pole Q=0,5 D=1 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 34

35 Einfügen von Bildern Place/Picture nur im bmp-format möglich! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 35

36 Übertragungsfunktion Q=4 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 36

37 Übertragungsfunktion Q=4 Achtung: lineare Darstellung Q P Q P Analoge CMOS-Schaltungen Folie 37

38 Übertragungsfunktion Q=4 Q P = 10kHz 11,4kHz 8,8kHz 4 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 38

39 Impulsantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 39

40 Impulsantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 40

41 Sprungantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 41

42 Sprungantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 42

43 Realisierung?? berühmte Filter-Schaltung Analoge CMOS-Schaltungen Folie 43

44 aktive Filter 2. Ordnung Tiefpass Sallen-Key Filter mit Verstärkung letzter Analogversuch im Praktikum!! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 44

45 Durch Aufstellung der Gleichungen: (1) (2) (2a) (3) (3a) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 45

46 Ergebnis: theoretisch!! reale Pole Q P =0,5!! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 46

47 allgemein: k(q)? V 0 1 3Q 1 = 3 = Q Q Q k = 3 Q 1 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 47

48 Verwenden Sie das angebenen File und überprüfen Sie die Ergebnisse der Übertragungsfunktion, der Impuls- und der Sprungantwort! sallen_key zum Vergleich Analoge CMOS-Schaltungen Folie 48

49 Übertragungsfunktion Q=4 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 49

50 Übertragungsfunktion Q=4 Achtung: lineare Darstellung Q P 4 Q P 11V = 2.75V Analoge CMOS-Schaltungen Folie 50

51 Übertragungsfunktion Q=4 Q P = 1,06kHz 1,2kHz 940Hz 4 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 51

52 Impulsantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 52

53 Impulsantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 53

54 Impulsantwort bei Maximum step size 100ns Analoge CMOS-Schaltungen Folie 54

55 Impulsantwort (Frequenz) bei Maximum step size 100ns Analoge CMOS-Schaltungen Folie 55

56 Sprungantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 56

57 Sprungantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 57

58 Sprungantwort Analoge CMOS-Schaltungen Folie 58

59 Sprungantwort (Frequenz) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 59

60 Zusammenfassung - Zusammenhang PSPICE und Systemtheorie - verschiedene Tiefpass-Funktionen - Verhalten durch PSPICE-Ergebnisse bestätigt Analoge CMOS-Schaltungen Folie 60