Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dimensionierung eines OTA in CMOS-Technologie


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von Dimitri B. (deez)


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Hallo,

Für ein integriertes Bandpassfilter benötige ich einen OTA, als 
spannungsgesteuerte Stromquelle, um Gyratoren aufzubauen.
Dabei dachte ich an folgende Differenzverstärkerschaltung (s. Anhang).
Als VDD habe ich 1.8V zur Verfügung. Die Transistoren stammen aus der 
XH018 Serie von X-FAB (180nm Technologie) und sollten daher mit der 
niedrigen Versorgungsspannung zurechtkommen.
Leider bin ich aber relativ neu in der integrierten Schaltungstechnik 
und bekomme es nicht hin, Transistoren und Biasstrom sinnvoll zu 
dimensionieren.
Habt ihr ein paar Tipps für mich, wie man da am besten ran geht?

Vielen Dank schonmal!

von Klaus R. (klara)


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Dimitri B. schrieb:
> Habt ihr ein paar Tipps für mich, wie man da am besten ran geht?

Tietze-Schenk.
mfg klaus

von Dimitri B. (deez)


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Den hab ich schon, allerdings stehen da die vielen Faustregeln, die die 
Auslegung erheblich vereinfachen nicht drin.
Für einen geübten Schaltungstechniker kann das doch kein großer Aufwand 
sein ;)

von Klaus R. (klara)


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Hallo Dimitri,
warum muss es denn diskret sein?
mfg klaus

von Dimitri B. (deez)


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Hallo Klaus,
es soll nicht diskret sein, sondern integriert.

von Peter Z. (Gast)


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Hallo Dimitri,
schau dir mal das Datenblatt des CA3080 an. Willst du ein Bandpassfilter 
dessen Resonanzfrequenz spannungsgesteuert ist? Welche Güte brauchst du? 
In welchem Bereich soll die Resonanzfrequenz liegen?

von Analog O. (analogone)


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Hallo Dimitri,

zunächst würde ich dir ein wenig Literatur empfehlen. Für analoge 
integrierte Schaltungen sind u.a. die beiden Bücher interessant:

Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGRAW HILL 
INTERNATIONAL EDITION, ISBN: 0-07-118839-8

Philip E. Allen, Douglas R. Holberg, CMOS ANALOG CIRCUIT DESIGN, Oxford 
University Press, ISBN: 978-0-19-5392463

Zu deiner Schaltung: Der Gedanke geht schonmal in die richtige Richtung, 
ist allerdings noch zu rudimentär. Du benötigst, um die Schaltung robust 
zu bekommen, sog. Kaskoden. Ich würde dir raten dich erst in die 
verschiedenen Schaltungstopologien einzulesen. Wenn du die Möglichkeit 
hast einen erfahrenen Designer dazu zu befragen, dann ist das am besten. 
Denn Erfahrung ist in diesem Gebiet alles ;-) Gerade für die 
Dimensionierung ist der Rat eines Experten zu bevorzugen.

von John D. (Gast)


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Peter Z. schrieb:
> schau dir mal das Datenblatt des CA3080 an.

Prinzipiell eine gute Idee, sich die Schaltungen von kommerziellen OTAs 
anzuschauen! Hier war's aber etwas unüberlegt, denn für 
Bipolartransistoren in XH018 braucht man vermutlich zusätzliche 
Prozessmodule oder man muss sich schlechte, laterale Transistoren 
basteln...

von Peter Z. (Gast)


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John D. schrieb:
> Peter Z. schrieb:
> schau dir mal das Datenblatt des CA3080 an.
>
> Prinzipiell eine gute Idee, sich die Schaltungen von kommerziellen OTAs
> anzuschauen! Hier war's aber etwas unüberlegt, denn für
> Bipolartransistoren in XH018 braucht man vermutlich zusätzliche
> Prozessmodule oder man muss sich schlechte, laterale Transistoren
> basteln...

Nein nein, so habe ich das nicht gemeint. Durchaus bei CMOS bleiben, 
aber die Topologie etwas anpassen, siehe Bild um höheren Output-Swing zu 
haben. Mit zwei zusätzlichen Stromspiegel wird hier der Ausgang quasi 
Rail2Rail.

von Klaus R. (klara)


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Peter Z. schrieb:
> schau dir mal das Datenblatt des CA3080 an.

Mit dem CA3080 habe ich früher mal selbst gearbeitet. Er soll aber schon 
längst überholt sein.
mfg klaus

von Dimitri B. (deez)


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Vielen Dank schonmal für die Antworten und sorry, dass ich so spät 
antworte, aber habe nochmal versucht, selber dahinter zu kommen, was mir 
bisher aber nicht gelungen ist. Die Datenblätter zu fertigen 
Transistoren haben mir da leider nicht so richtig weitergeholfen.

Zu meinem Filter: Soll von 40-60MHz filtern. Das eine andere Topologie 
als der einfache Differenzverstärker sinnvoller ist glaube ich auch, 
allerdings geht es mir hierbei eher um Grundsätzliches, was an diesem 
einfachen Modell sicher leichter zu erklären ist.

Zu Beginn soll man ja erst mal den Arbeitspunkt bestimmen, damit alle 
Transistoren in Sättigung sind, wie mache ich das denn? Woran sehe ich 
denn, dass die in Sättigung sind und dass mein Arbeitspunkt sinnvoll 
ist? Das kann man doch irgendwie messen, oder? Werde da aus den Büchern 
leider nicht so richtig schlau...

Vielen Dank schonmal!

von Analog O. (analogone)


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Dimitri B. schrieb:
> Zu Beginn soll man ja erst mal den Arbeitspunkt bestimmen, damit alle
> Transistoren in Sättigung sind, wie mache ich das denn? Woran sehe ich
> denn, dass die in Sättigung sind und dass mein Arbeitspunkt sinnvoll
> ist? Das kann man doch irgendwie messen, oder? Werde da aus den Büchern
> leider nicht so richtig schlau...

Wenn ich in deinem ersten Post richtig sehe, dann verwendest du Cadence 
für den Entwurf deiner Schaltung? Wenn ja, dann kannst du z.B. eine 
einfache DC-Simulation machen und dir anschließend die Arbeitspunkte der 
Transistoren im Schaltplan anzeigen lassen.

Transistoren in Sättigung betreiben bedeutet, dass diese voll 
durchgesteuert (deren Drain-Source Strecke also vollständig leitend) 
sind. Hierfür sollte eine ausreichend hohe Gate-Spannung am jeweiligen 
Transistor anliegen.

von Thomas S. (thom45)


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Klaus R. schrieb:
> Peter Z. schrieb:
>> schau dir mal das Datenblatt des CA3080 an.
>
> Mit dem CA3080 habe ich früher mal selbst gearbeitet. Er soll aber schon
> längst überholt sein.

Das war er in der Tat schon längst als es den LM13700 und LM13600 von 
NSC gab. Den LM13700 habe ich früher häufig erfolgreich eingesetzt und 
es gibt ihn noch heute bei FARNEL:

"TEXAS INSTRUMENTS LM13700N/NOPB  Transkonduktanzverstärker, zweifach, 2 
Verstärker, 18 V, 2 MHz, -5 V, 5 V, DIP"
http://de.farnell.com/texas-instruments/lm13700n-nopb/op-amp-dual-16dip/dp/1651866

Ein Beitrag von mir aus einem früheren Projekt hat es hier:
"'Was ist ein OTA?' und 'Ein Dynamiklimiter' mit dem OTA LM13700"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/otalim.htm

Gruss
Thomas

von voltwide (Gast)


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Für Filterfrequenzen von 40-60MHz kannst Du CA3080, LM13600, LM13700 und 
Konsorten komplett vergessen. Vieeel zu langsam!

von Thomas S. (thom45)


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voltwide schrieb:
> Für Filterfrequenzen von 40-60MHz kannst Du CA3080, LM13600, LM13700 und
> Konsorten komplett vergessen. Vieeel zu langsam!

Klar. Hab ich übersehen.

Gruss
Thomas

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