[HW1 Solution] 1. V =1.8 V DD - Semiconductor System...
Transcript of [HW1 Solution] 1. V =1.8 V DD - Semiconductor System...
[HW1 Solution]
1.
Rin = ๐ ๐ 1 โฅ ๐ ๐ 2 โฅ 20๐๐ฮฉ
IDS =12๏ฟฝ
200ยตAV2 ๏ฟฝ ๏ฟฝ
200.18
๏ฟฝ (๐๐๐บ๐บ๐บ๐บ โ ๐๐๐ก๐ก)2 = 1๐๐๐๐
VGS = 0.7๐๐,๐๐๐บ๐บ๐บ๐บ =๐ ๐ 2
๐ ๐ 1 + ๐ ๐ 2
๐๐๐๐ โฅ ๐๐๐๐.๐๐๐๐๐๐,๐น๐น๐๐ โฅ ๐๐๐๐.๐๐๐๐๐๐
2.
(a) Rout
RS
vx, ixrOvgs gmvgs
vgs = โ๐๐๐ฅ๐ฅ๐ ๐ ๐บ๐บ = โ๐๐๐ ๐ ,๐ฃ๐ฃ๐ฅ๐ฅ โ ๐๐๐ ๐ ๐๐๐๐
+ gm๐ฃ๐ฃ๐๐๐ ๐ = ๐๐๐ฅ๐ฅ
๐ฃ๐ฃ๐ฅ๐ฅ โ ๐๐๐ฅ๐ฅ๐ ๐ ๐บ๐บ๐๐๐๐
โ gm๐๐๐ฅ๐ฅ๐ ๐ ๐บ๐บ = ๐๐๐ฅ๐ฅ
๐๐๐จ๐จ๐จ๐จ๐จ๐จ =๐๐๐๐๐๐๐๐
= {๐๐๐๐ + (๐๐ + ๐๐๐๐๐๐๐๐)๐น๐น๐บ๐บ}
VDD=1.8 V
500ฮฉ
M1
R1
R2
(b) Rin
rOvgs gmvgs
vx, ix
RL
vx = โ๐ฃ๐ฃ๐๐๐ ๐ , ๏ฟฝix + ๐๐๐๐๐ฃ๐ฃ๐๐๐ ๐ ๏ฟฝro + ix๐ ๐ ๐ฟ๐ฟ = ๐ฃ๐ฃ๐ฅ๐ฅ
ix(๐๐๐๐ + ๐ ๐ ๐ฟ๐ฟ) = ๐ฃ๐ฃ๐ฅ๐ฅ(1 + ๐๐๐๐๐๐๐๐)
๐๐๐ข๐ข๐ข๐ข =๐๐๐๐๐๐๐๐
=๐๐๐๐ + ๐น๐น๐ณ๐ณ๐๐ + ๐๐๐๐๐๐๐๐
3.
rOvin=vgs gmvgs
RD
RS voutix
ix = ๐๐๐๐๐ฃ๐ฃ๐๐๐ ๐ +๐ฃ๐ฃ๐๐๐๐๐ก๐ก๐ ๐ ๐ท๐ท โฅ ๐๐๐๐
=๐ฃ๐ฃ๐๐๐๐ โ ๐ฃ๐ฃ๐๐๐๐๐ก๐ก
๐ ๐ ๐บ๐บ
๏ฟฝ1
RSโ ๐๐๐๐๏ฟฝ ๐ฃ๐ฃ๐๐๐๐ = ๏ฟฝ
1๐ ๐ ๐บ๐บ
+1
๐ ๐ ๐ท๐ท โฅ ๐๐๐๐๏ฟฝ vout
๐๐๐๐ =๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐
=๐๐ โ ๐๐๐๐๐น๐น๐บ๐บ
๐๐ + ๐น๐น๐บ๐บ/(๐น๐น๐ซ๐ซ โฅ ๐๐๐๐)
4.
(a)
with ID = 0.5mA, VG = 2๐๐,๐๐๐บ๐บ = 1๐๐.๐๐๐บ๐บ๐บ๐บ = 1๐๐.๐๐๐๐๐๐ = 0.3๐๐
0.5mA =12
๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐2 ,๐๐๐ข๐ข = ๐๐๐๐.๐๐๐๐๐๐/๐ฝ๐ฝ๐๐
๐๐๐๐ = ๐๐ โ (๐๐๐๐)(๐๐.๐๐๐๐๐๐) = ๐๐.๐๐๐ฝ๐ฝ
๐๐๐๐๐๐ = โ๐๐.๐๐๐ฝ๐ฝ < ๐ฝ๐ฝ๐๐ โถ ๐ด๐ด๐๐ ๐๐๐๐ ๐๐๐๐ ๐บ๐บ๐บ๐บ๐๐๐๐๐๐๐บ๐บ๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐น๐น๐น๐น๐๐๐๐๐๐๐๐
(b)
๐๐๐ข๐ข๐ข๐ข = ๐๐๐๐๐๐๐๐ โฅ ๐๐๐๐๐๐๐๐ = ๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐
AV =๐ฃ๐ฃ๐๐๐ฃ๐ฃ๐ ๐ ๐๐๐๐
= โ๐ ๐ ๐๐๐๐
120๐๐ + ๐ ๐ ๐๐๐๐๐๐๐๐(5๐๐ โฅ ๐๐๐๐ โฅ 5๐๐)
gm =2๐ผ๐ผ๐ท๐ท๐๐๐๐๐๐
= 3.33๐๐๐๐, ๐๐๐๐ =๐๐๐ด๐ด๐ผ๐ผ๐ท๐ท
= 100๐๐ฮฉ
๐๐๐๐ = โ๐๐.๐๐๐๐
(c)
๐๐sig = ๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐ sin๐ค๐ค๐ค๐ค ,๐๐๐๐ = ๐๐๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐ sin๐ค๐ค๐ค๐ค
gm(5๐๐ โฅ 5๐๐ โฅ 100๐๐) = 8.12
Vgd + ๐๐๐บ๐บ๐ท๐ท = ๐ฃ๐ฃ๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐ +๐ฃ๐ฃ๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐
8.12โ 0.5 โค ๐๐๐ก๐ก = 0.7 ๐๐
๐๐๐๐,๐๐๐น๐น๐บ๐บ๐๐ < ๐๐.๐๐๐๐๐ฝ๐ฝ
5V
300kฮฉ 5kฮฉ
5kฮฉ
2kฮฉ
Vo
M3Vsig
Rin
200kฮฉ
120kฮฉ CC1
CS
CC2
๐๐๐๐๐น๐น๐บ๐บ๐๐ <๐ฝ๐ฝ๐๐,๐๐๐น๐น๐บ๐บ๐๐
๐๐๐ฝ๐ฝ= ๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐
(d)
Vgs = ๐๐๐๐1+๐๐๐๐๐ ๐ ๐๐
= ๐ฃ๐ฃ๐๐2 when ๐๐๐๐ = ๐๐
๐๐๐๐= ๐๐๐๐๐๐๐๐
(Also correct if youโve considered 2kฮฉ resistor.
The above solution ignored 2kฮฉ resistor considering 2kฮฉ||300ฮฉ โ 300ฮฉ)
gm๐ ๐ ๐ฟ๐ฟโฒ1 + ๐๐๐๐๐ ๐ ๐บ๐บ
= ๏ฟฝ๐๐๐๐๐๐๐๐๏ฟฝ = 4.06
Vo,peak +๐๐๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐
4.06โ 0.5V โค 0.7V
๐๐๐จ๐จ,๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐๐ = ๐๐.๐๐๐๐๐ฝ๐ฝ
5.
(a)
ID = 0.3๐๐๐๐, |๐๐๐๐๐๐| = 0.3๐๐
VSG = 1.0๐๐,๐๐๐บ๐บ = 0๐๐,๐๐๐บ๐บ = 2.5 โ ๐ผ๐ผ๐ท๐ท๐ ๐ ๐บ๐บ = 1.0๐๐
๐๐๐๐ = ๐๐.๐๐๐๐๐๐
(b)
2.5V
RS
VoM3Vsig
Rsig
CC
-2.5V
RD
CS
gm =2๐ผ๐ผ๐ท๐ท๐๐๐๐๐๐
= 2๐๐๐๐,๐๐๐๐ =๐ฃ๐ฃ๐๐๐ฃ๐ฃ๐ ๐ ๐๐๐๐
= โ๐๐๐๐๐ ๐ ๐ท๐ท = โ10
๐๐๐๐ = ๐๐.๐๐๐๐๐๐
(c)
Vgd + ๐๐๐บ๐บ๐ท๐ท โฅ ๐๐๐ก๐ก๐๐ = โ0.7
โ ๏ฟฝ๐ฃ๐ฃ๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐ +๐ฃ๐ฃ๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐
10๏ฟฝ+ 1๐๐ โฅ โ0.7๐๐
๐ฏ๐ฏ๐จ๐จ,๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐๐ โค ๐๐.๐๐๐๐๐ฝ๐ฝ
๐ฏ๐ฏ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐ฉ๐๐ โค๐๐๐๐,๐๐๐น๐น๐บ๐บ๐๐
๐๐๐๐= ๐๐.๐๐๐๐๐๐๐ฝ๐ฝ
(d)
vpeak = 50๐๐๐๐, change RD
โ ๏ฟฝ๐ฃ๐ฃ๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐ +๐ฃ๐ฃ๐๐,๐๐๐๐๐๐๐๐
๐๐๐๐๐ ๐ ๐ท๐ท๏ฟฝ + (2.5 โ ๐ผ๐ผ๐ท๐ท๐ ๐ ๐ท๐ท) โฅ โ0.7๐๐
for gm = 2 ๐๐๐๐, ๐ผ๐ผ๐ท๐ท = 0.3๐๐๐๐
โ ๏ฟฝ1 + ๐๐๐๐๐ ๐ ๐ท๐ท๐๐๐๐๐ ๐ ๐ท๐ท
๏ฟฝ ๐๐๐๐๐ ๐ ๐ท๐ท๐ฃ๐ฃ๐๐๐๐๐๐๐๐ + 2.5 โ ๐ผ๐ผ๐ท๐ท๐ ๐ ๐ท๐ท โฅ โ0.7
๐๐๐๐ โค ๐๐.๐๐๐๐๐๐๐๐, ๐๐๐๐ = โ๐๐๐๐๐น๐น๐ซ๐ซ = โ๐๐๐๐.๐๐