Contrôle continu du 28 novembre 2008

Faculté des Sciences de Montpellier, UM2
Année universitaire : 2008/2009
Diplôme : Master EEA
Epreuve : Conception des circuits intégrés CMOS analogiques
Contrôle continu du 28 novembre 2008
Durée : 1h30
Contrôle continu du 28 novembre 2008
Soit l'amplificateur opérationnel CMOS dont le schéma est donné ci-dessous.
VDD
M9
M3
10/66
M4
59/10
59/10
B
C
M6
293/10
Q
P
In1
M1
M2
66/10
66/10
Out
In2
A
M7
M10
27/10
M5
133/10
53/10
VSS
Les dimensions des transistors (W/L) sont directement indiquées sur le schéma.
Constantes physiques et paramètres de fabrication:
Permittivité du vide : ε0 = 8,85.10-12 F.m-1
Constante diélectrique du dioxyde de silicium : εr(SiO2) = 3,9
Mobilité des électrons dans le silicium à 300K : µn = 670 cm2.V-1.s-1
Mobilité des trous dans le silicium à 300K : µp = 268 cm2.V-1.s-1
Paramètres de fabrication : tox = 38,5nm ; λ= 0,02V-1 ; Vtn = 1,2V et Vtp = -1V
Tensions d'alimentation : VDD = -VSS = 5V
1 / Etude générale (4 points)
a ) Combien y a-t-il d'étages dans cet amplificateur ? Donner la liste des transistors pour chacun de ces étages en
expliquant la fonction de ces transistors ?
b ) Déterminer par une analyse qualitative les entrées inverseuse (+) et non inverseuse (-) de l'amplificateur
complet.
c ) Démontrer que le facteur de transconductance des transistors NMOS est : kpn=60µA.V-2. En déduire facteur
de transconductance kpp des transistors PMOS.
2 / Etude de la polarisation (8 points)
a ) Quelle est la condition nécessaire à respecter sur le potentiel V(P) pour que le circuit puisse fonctionner ?
Quel est alors le régime de fonctionnement du transistor M9. Justifier.
b ) A quelle valeur particulière est égale la somme des VGS des transistors M9 et M10 ?
En déduire la valeur du courant ID10, puis de celle des courants ID1, ID2, …, ID9 dans tous les autres transistors
(Remarque : il n'y a pas de transistor M8 dans le montage).
3 / Etude du gain différentiel du premier étage (5 points)
a ) Donner le schéma dynamique petit signal du 1° étage du circuit, dans le cas d'une attaque purement
différentielle : vIn1 = +vd/2 et vIn2= - vd/2.
b ) Déterminer le gain différentiel de cet étage AV1=vC/vd.
Expression littérale complète (sans approximation)
Expression approximée (on doit retrouver un résultat connu)
Valeur numérique.
4 / Etude du gain différentiel du circuit complet (3 points)
a ) Donner le schéma dynamique petit signal du l'étage de sortie.
b ) Déterminer le gain de cet étage : AV2=vQ/vC : valeur littérale, puis valeur numérique.
c ) Déterminer le gain différentiel total de l'AOP complet : AV=vout/vd.
Yves Bertrand
30/11/08