RANGKAIAN ANALOG CMOS

RANGKAIAN ANALOG
CMOS
Eri Prasetyo Wibowo
Universitas Gunadarma
http://pusatstudi.gunadarma.ac.id/pscitra
Rangkaian Cermin Arus
- Dasar
dari blok kerangka dalam desain IC CMOS
- Idealnya Impedansi output boleh tak terhingga
- Dapat menghasilkan arus tetap dengan melebihi
tegangan skala besar
Lanjutan
-Arus mengalir melalui M1 adalah tegangan Vgs1
- Vgs1=Vgs2, begitu juga arus yang dilewatkan akan sama jika ukuran
kedua transistor M1 dan M2 sama
Arus M2 tetap dalam daerah saturasi maka : ID1 = β1/2 .(VGS1 − VTHN)2
-ID2 = Io = β2/2 .(VGS1 − VTHN)2
- Karena Vgs1=Vgs2, maka
W2
ID 2 L 2 W 2 L1  2



ID1 W 1 W 1L 2  1
L1
Pengaturan rasio W dan L
ID1 
VDD  VGS  VSS KP.W 1
VGS1  VTHN 2

R
2 L1
Resistansi keluaran dari sumber arus sama dengan resistansi
keluaran dari M2, atau
1
1
o 

Io ID 2
Dari persamaan diatas didapatkan 5 variabel L1,L2,W1,W2 dan VGS
dapat digunakan untuk mengatur arus, dikarenakan nilai ukuran L sama
maka dapat disederhanakan menjadi;
ID 2 W 2

ID1 W 1
Contoh
Mendisain arus menggunakan VDD = -VSS = 2,5V dan arus sink
10µA. Hitunglah tegangan minimum yang melintasi sumber arus
dan resistasi keluaran?
Dasar disain pada gambar 7.1, di sini mempunyai pilihan VGS =
1,2V dan L komponen 5 µm. Maka nilai R dapat ditentukan
dengan asumsi ID1= ID2 = 10µA dapat diselesaikan
2,5  1,2  (2,5)
R
 380 K
10 A
Untuk mencari W dari M1 dan M2 sebagai berikut;
ID 2  10A 
KP.W
(VGS  VTHN ) 2 
2L
A
V 2 W (1,2  0,83) 2
2 5m
50
Lanjut
Yang mana di hasilkan W1 = W2 = 14,61µm yang dapat dibulatkan
menjadi 15µm. Menjadi kan M2 tetap pada daerah saturasi
adalah
VDS2 ≥ VGS2 – VTHN = 1,2 – 0,83 = 0,37V (tegangan gate yang
diterima)
Bersamaan dengan itu drain M2 mendekati -2,13V atau lebih, M2
akan selalu dalam daerah saturasi.
Rangkaian Pembagi Tegangan
- Dalam disain rangkaian CMOS terpadu, dapat di turunkan
tegangan acuan dari catu daya menggunakan resistor dan
MOSFET. Pada gambar dibawah ditunjukkan dasar ide dari
rangkaian pembagi tegangan.
Rangkaian pembagi tegangan dengan gabungan resistor-MOSFET
dapat dibagi menjadi sama dengan VGS dari MOSFET, sehingga
dapat di ketahui besar arus drain sebagai berikut;
VDD  Vref  1
ID 

(Vref  VTHN ) 2
R
2
Atau
Vref  VTHN 
2 ID
2(VDD  Vref )
 VTHN 
1
R * 1
Rangkaian pembagi tegangan dengan hanya MOSFET dapat di
tentukan tegangan acuan yang besarnya seimbang dengan
gerbang MOSFET terhadap bumi. Dimana ID1= ID2 dapat ditulis;
1
2
2
(Vref  VSS  VTHN ) 
(VDD  Vref  VTHP ) 2
2
2
Dimana tegangan acuan Vref;
VDD  VTHP 
Vref 
1
(VSS  VTHN )
2
1
1
2
Atau di ketahui tegangan acuan dan catu daya dapat dihasilkan;
 1 VDD  Vref  VTHP 

 2  Vref  VSS  VTHN 
2
Rangkaian Penguat Differensial
MOSFET cermin arus menggunakan M5 dan M6 untuk
menyediakan sumber arus bagi gabungan Iss. Di asumsikan M1
dan M2 mempunyai nilai yang sama maka β1=β2=β.
Penjumlahan arus dc dari M1 dan M2;
vD1  vi1  vi 2  vGS1  vGS 2
Tegangan masukan gerbang M1 dan M2 adalah vi1 dan vi2
dapat di tuliskan menjadi;
Iss  iD1  iD 2
Terhadap bumi gerbang M1 dan M2 didapatkan nilai;
Iss
ID1  ID 2 
2

2
iD  (vGS  VTHN )
2
Perbedaaan tegangan masukan dapat dituliskan;
vD1 
2


iD1  iD 2

Disain Penguat Operasional OTA TWO-STAGE
CMOS
Perancangan Komparator Presisi
Hasil Perhitungan Manual