Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

Moderatori: Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteIsidoroKZ, Foto UtenteBrunoValente, Foto Utentecarloc

1
voti

[1] Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto Utentemazzons98 » 15 ott 2020, 9:30

Sto provando a simulare un source comune con specchio di corrente eseguendo un'analisi in frequenza. Per farlo prendo in considerazione i parametri capacitivi dei transistor in gioco. La simulazione la eseguo con parametri di livello 1. Dalla teoria la funzione di trasferimento del sistema dovrebbe restituire uno zero =gm1/Cgd e un polo =1/RL(CL+Cgd). A questo punto ho qualche problema:

1) Dai parametri che inserisco in .model compare CGDO e per calcolare Cgd devo moltiplicare CGDO per la Weff del transistor di interesse. Quindi se il transistor di ingresso presenta W=20um e CGDO è 220pF/m devo avere 4.4fF. Giusto?

2) A questo punto sorgono i problemi con LTSpice... Se inserisco CL=100fF, considero Cgd=4.4fF e RL=143kOhm (questo non è altro che il parallelo fra le resistenze fra drain e source dei due transistor in serie) ottengo un polo di 67MHz, ma dalla simulazione risulta molto più basso (qualche MHz)... Provo a sfruttare l'effetto Miller e a incrementare Cgd, ma i miglioramenti non ci sono (ottengo 14MHz che è ancora troppo alto).
Allora provo a eseguire il processo inverso... dal grafico che mi restituisce LTSpice ricavo lo zero (22GHz) e risalgo al valore di Cgd secondo LTSpice (26.5fF). Se al nuovo valore applico l'effetto Miller il polo che calcolo a mano risulta molto più vicino a quello del simulatore. Ma come fa LTSpice a ricavare quel valore di Cgd? Dove ho sbagliato al punto 1?

3) Ultimo problema: ripeto il procedimento per un altro valore di CL=27pF. Il polo che calcolo senza l'ausilio di LTSpice è 259kHz, al simulatore è sui 30kHz... allora ricalcolo Cgd vista da LTSpice, che rimane uguale a prima perché lo zero non si è mosso (26.5fF). Applico l'effetto Miller e ottengo 239kHz. Non mi sono avvicinato per nulla al valore di LTSpice. A questo punto l'unico modo per ottenere il polo corretto è considerare Cgd dell'ordine dei pF, ma questo è in contrasto con il valore dello zero (22GHz).

Come mai tutte queste differenze? Ho anche considerato gli effetti capacitivi sul solo transistor NMOS in ingresso, non ottenendo alcun miglioramento.
Ringrazio anticipatamente. Allego qualche screen e se qualcosa non è chiaro cerco di spiegarmi meglio
Allegati
Schermata 2020-10-14 alle 10.33.48.png
Diagrammi Bode CL=100fF
Schermata 2020-10-14 alle 10.34.33.png
Schema LTSpice
Schermata 2020-10-14 alle 10.37.48.png
Diagrammi Bode CL=27pF
Avatar utente
Foto Utentemazzons98
5 2
 
Messaggi: 13
Iscritto il: 9 ott 2020, 9:29

0
voti

[2] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 15 ott 2020, 19:26

Allega anche il sorgente ltspice, zippalo perché mi pare che il sito non accetti l'estensione .asc
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
108,3k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 19114
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[3] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto Utentemazzons98 » 15 ott 2020, 21:42

Ecco il file zip
Allegati
SC con specchio analisi in frequenza.asc.zip
(1.58 KiB) Scaricato 6 volte
Avatar utente
Foto Utentemazzons98
5 2
 
Messaggi: 13
Iscritto il: 9 ott 2020, 9:29

1
voti

[4] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 16 ott 2020, 6:04

Due osservazioni.

La prima e`che se metti un carico da 100fF e la resistenza di uscita e` di circa 150kΩ, la massima banda che puoi ottenere e` di circa 10MHz, il polo associato alla capacita` di uscita e` il fattore limitante.

La seconda riguarda il parametro TOX: quando specifichi TOX, spice calcola anche la capacita` di gate, che dipende dall'area WL e la assegna meta` al source e meta` al drain, e questo e` quanto fa stringere la banda che spice calcola. Il "colpevole" principale e` il transistore PMOS che ha dimensioni maggiori.

Infine ti sei dimenticato di dividere per 2π: 1/RC non da` la frequenza, ma la frequenza angolare o pulsazione.

OOPS, le osservazioni erano tre, ma io ho dei problemi con la matematica e con i numeri!
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
108,3k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 19114
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[5] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto Utentemazzons98 » 16 ott 2020, 10:18

Grazie, ma cerco di esprimere meglio il mio problema. Il mio intento è quello di "replicare" l'esercizio svolto (allego qui) con i parametri che mi sono stati assegnati (quelli inseriti all'interno dei comandi .model di LTSpice), per confrontare quanto ottenuto a mano e quanto ottenuto con LTSpice. L'esercizio non si cura della banda (anche se effettivamente i fattori di forma dello specchio sono molto più bassi di quello d'ingresso) e i risultati sono le pulsazioni (a tal riguardo ammetto che mi sono espresso male...). La capacità Cgd ce l'ha già, ma nel mio caso non so come trovarla.
Eventualmente potrei replicare esattamente l'esercizio con gli stessi parametri, ma quanto vale TOX?

PS: ho provato a mettere i fattori di forma a 50/1 per m1 e 5/1 per lo specchio (e poi ho cambiato VGG per avere 77.5uA a destra) ma per ottenere un risultato a mano simile a quello di LTSpice devo aumentare CL di qualche ordine di grandezza...
Allegati
IMG_432601AE4E88-1.jpeg
Avatar utente
Foto Utentemazzons98
5 2
 
Messaggi: 13
Iscritto il: 9 ott 2020, 9:29

0
voti

[6] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 16 ott 2020, 10:48

Che libro è?
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
108,3k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 19114
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[7] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto Utentemazzons98 » 16 ott 2020, 12:08

Angelo Rivetti, CMOS front end electronics for radiation sensors
Avatar utente
Foto Utentemazzons98
5 2
 
Messaggi: 13
Iscritto il: 9 ott 2020, 9:29

0
voti

[8] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto Utentemazzons98 » 16 ott 2020, 16:57

Ho verificato e la capacità di gate di M1 deve essere 4.4fF con W=20um. E ho inserito i valori di area e perimetro nella scheda del transistor (ma non è che cambia molto).
La cosa che non capisco è il fatto che LTSpice trovi uno zero a 22GHz, che è dato da gm1/Cgd. Con gm1=584uS sono 26.5fF... 6 volte tanto! E se applico l'effetto Miller non ottengo lo stesso fattore di moltiplicazione. C'è un'altra capacità fra gate e drain di M1? Come caspita si ottiene un valore del genere dai calcoli a mano?
Avatar utente
Foto Utentemazzons98
5 2
 
Messaggi: 13
Iscritto il: 9 ott 2020, 9:29

0
voti

[9] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 17 ott 2020, 0:22

Non mi pare di vedere nessun effetto Miller: la sorgente e` un generatore di tensione ideale, quindi vede una impdenza di ingresso piu` bassa ma in parallelo c'e` la soergente ideale che uccide tutto.

Per quanto riguarda la posizione dello zero, STAI CONFONDENDO FREQUENZA E PULSAZIONE chissa` se stavolta lo vedi. MANCA UN FATTORE 2π !

548mS/4fF = 137 GIGARADIANTI AL SECONDO, per passare alla frequenza in hertz bisogna dividere per 2π, vengono 21.8 GHz. Adesso ti torna?

Se metti un esercizio da fare a mano e lo fai risolvere da spice otterrai sempre dei risultati diversi, talvolta anche di parecchio, perche' spice usa modelli piu` complicati (e talvolta neanche adatti al problema in questione).

Per far venire i risultati come a mano, bisogna usare i modelli che si usano a mano, quindi al posto di un MOS si usa un generatore di corrente controllato, e si mettono le capacita` fisse di fuori.

Nota en passant: certo che per replicare il problema del testo hai cambiato tutti i valori :-)
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
108,3k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 19114
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[10] Re: Dubbi analisi in AC di un source comune con specchio

Messaggioda Foto Utentemazzons98 » 17 ott 2020, 9:20

Perfetto torna. Grazie. I valori sono diversi perché il modello MOS che mi è stato per le simulazioni è quello in .model, quindi ho dovuto riadattare
Avatar utente
Foto Utentemazzons98
5 2
 
Messaggi: 13
Iscritto il: 9 ott 2020, 9:29


Torna a Elettronica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 65 ospiti