ELECTRONIC SYSTEMS July 2 nd, 2008 Prof. Marco Sampietro

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1 ELECTRONIC SYSTEMS July 2 nd, 2008 Pro. Marco Sampetro Matr. N NAME Problem 1 MOSFET ampler or analog sgnals dd +5 R L 10kΩ R 2 300kΩ out I n R 1 100kΩ C 2nF ss -3 Consderare l crcuto mostrato nella gura sopra, n cu l MOSFET ha T 0.8 e k n 100µA/ 2. (Consder the above ampler, whose MOSFET has T 0.8 e k n 100µA/ 2.) a) Determnare la polarzzazone del crcuto (segnale d corrente I n 0A) e scrverne valor nel graco seguente (When no sgnal s appled, I n 0A, calculate the bas o the crcut, that s the steady currents and voltages, and wrte the s n the gure below) dd +5 n G R 2 300kΩ R L 10kΩ out I MOS I n R 1 100kΩ C 2nF ss -3 b) Applcare un pccolo segnale d corrente, n, all ngresso e determnare l guadagno d transresstenza v out / n a bassa requenza (C aperto) (Apply a small current sgnal at the nput and calculate the espresson and the o the transresstance gan at low requency (C open)

2 out n espresson c) Traccare sul graco qu sotto l andamento della tensone out quotando bene gl ass, quando all ngresso è applcato lo scalno d corrente ampo 100nA della gura seguente. (Draw n the secton below the tme behavour o the output voltage out when the nput s the step current o 100nA ndcated n the ollowng gure). 100nA n out 0 t t 0 d) Calcolare la potenza totale assorbta dalle almentazon e la potenza dsspata dal solo transstore n assenza d segnale. Calcolare anche le ore n cu s può tenere acceso l crcuto quando è almentato da una battera da 1Axora (Calculate the total power taken rom the power supply by the crcut and the power dsspated by the transstor, when no sgnal s present. Also calcolate how many hours you can keep the crcut on when powered by a battery o 1A x hour). P supply P Moset Hours e) Calcolare l massmo valore dell ampezza della snusode d corrente I n a bassa requenza che può essere applcata al crcuto. (Calculate the maxmum ampltude o the snusodal current sgnal I n at low requency that can be appled at the nput beore the MOSFET stop workng correctly as a transstor.) n MAX - 2 -

3 Problem 2 Dgtal CMOS crcut S consder l seguente crcuto dgtale realzzato con una tecnologa avente le seguent caratterstche: µ p 400 cm 2 / s, µ n 1200 cm 2 / s, C ox 1 µf/cm 2, T 0.8, L0.2µm. C Y rappresenta la capactà totale de gate de due nverttor. (Consder the ollowng dgtal crcut that uses a technology wth the ollowng characterstcs: µ p 400 cm 2 / s, µ n 1200 cm 2 / s, C ox 1µF/cm 2, T 0.8, L0.2µm. C Y s the total capactance o the two gates o the second nverter). 3 3 B W p1 6µm L0.2µm Y W p2? L0.2µm Out A W n1 2µm L0.2µm C Y W n2 2µm L0.2µm C50 F a) Determnare la tabella della vertà del crcuto, coè la relazone tra gl stat de due ngress A e B e lo stato dell uscta OUT. (Calculate the truth table o the crcut, that s the relatonshp between the two INPUTs A and B and the logc state o the output OUT) A B OUT b) Dmensonare W p2 per avere la sogla dell nverttore nale par a 1.2. (Calculate the dmenson o W p2 to have the threshold o the nal nverter at 1.2) W p2 c) Calcolare l valore d C Y de gate del secondo nverttore. (Calculate the expresson and the o the capactance C Y o the gates o the second nverter ( load o the rst nverter) C Y espresson - 3 -

4 d) Per la transzone A0,B0 A0,B1, stmare l rtardo d propagazone ntrodotto dal prmo nverttore. (Consder the transton A0,B0 A0,B1, and calculate the delay ntroduced by the rst nverter) t delay e) Supporre A0 e B una lnea d clock. Calcolare la requenza massma del clock anchè la potenza totale assorbta dalle almentazon dal crcuto non super 1mW. (Consder A0 and B a clock. Calculate the maxmum clock requency or not absorbng more than 1mW rom the power supply by the ull crcut) clockmax Problem 3 Operatonal Ampler crcut 1. S consder l crcuto della gura seguente. (Consder the ollowng crcut) C 1.6 nf R 2 99 kω R 1 1 kω - A(s) u R 3 3 kω + R 4 1 kω a- Calcolare la tensone dell uscta u quando n ngresso non c e segnale,0. (Calculate the o u when 0) u b- Calcolare l espressone ed l valore del guadagno u / a bassa requenza (C aperto) supponendo l OpAmp deale con guadagno nnto, A(s). (Calculate the expresson and the o the gan u/ at low requency (C open) when usng an deal OpAmp, A(s) ). u low requency expresson - 4 -

5 c- Quanto sarebbe l guadagno u / a bassa requenza (C aperto) se l OpAmp avesse un guadagno d 60dB, A(s)10 3, costante a tutte le requenze?. (Calculate the expresson and the o the gan u/ at low requency (C open) when usng an OpAmp havng 60dB gan, A(s)10 3, constant at all requences) u low requency expresson d- Calcolare l espressone del guadagno u (s)/ (s) del crcuto completo con la capacta C, nel caso d OpAmp deale con guadagno nnto, A(s) e traccare l dagramma d Bode del modulo e della ase. (Calculate the expresson o the gan u (s)/ (s) o the complete crcut ncludng the capactance C when usng an deal OpAmp and draw the Bode plot o the gan and o the phase) u ( s ) ( s ) G expresson Phase

6 e- Calcolare l espressone e traccare l graco quotato del guadagno d anello (modulo e ase) del crcuto completo con la capacta C quando s usa un OpAmp con l seguente guadagno (Calculate the expresson o the loop-gan o the complete crcut ncludng the capactance C when usng an OpAmp wth the ollowng gan A(s) and draw the Bode plot o the modulus and o the phase o the loop gan): 4 10 A( s) con 1/2πτ100Hz. 1 + sτ G loop (s) G loop Phase Calcolare la banda passante del crcuto completo n questo ultmo caso. (Calculate the bandwdth o the crcut n ths last case). Bandwdth : rom mn untll max.. g- Calcolare l margne d ase del crcuto. (Calculate the phase margn o the crcut n ths last case). ϕ margn - 6 -