Contrôle continu du 28 novembre 2008

Faculté des Sciences de Montpellier, UM2
Yves Bertrand 30/11/08
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.
M3
VDD
M1M2
M7
VSS
M4
M5
M6
M9
66/10
27/10
53/10
133/10
10/66
293/10
M10
66/10
59/1059/10
In1In2
Out
A
B C Q
P
Les dimensions des transistors (W/L) sont directement indiquées sur le schéma.
Constantes physiques et paramètres de fabrication:
Permittivité du vide : ε
0
= 8,85.10
-12
F.m
-1
Constante diélectrique du dioxyde de silicium : ε
r
(SiO
2
) = 3,9
Mobilité des électrons dans le silicium à 300K : µ
n
= 670 cm
2
.V
-1
.s
-1
Mobilité des trous dans le silicium à 300K : µ
p
= 268 cm
2
.V
-1
.s
-1
Paramètres de fabrication : t
ox
= 38,5nm ; λ= 0,02V
-1
; V
tn
= 1,2V et V
tp
= -1V
Tensions d'alimentation : V
DD
= -V
SS
= 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 : k
pn
=60µA.V
-2
. En déduire facteur
de transconductance k
pp
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 M
9
. Justifier.
b ) A quelle valeur particulière est égale la somme des V
GS
des transistors M
9
et M
10
?
En déduire la valeur du courant I
D10
, puis de celle des courants I
D1
, I
D2
, …, I
D9
dans tous les autres transistors
(Remarque : il n'y a pas de transistor M
8
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 : v
In1
= +v
d
/2 et v
In2
= - v
d
/2.
b ) Déterminer le gain différentiel de cet étage A
V1
=v
C
/v
d
.
 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 : A
V2
=v
Q
/v
C
: valeur littérale, puis valeur numérique.
c ) Déterminer le gain différentiel total de l'AOP complet : A
V
=v
out
/v
d
.