Circuit Intuitions: Source Degeneration

NMOS with source degeneratio 에 대한 정리

PMOS도 동일하게 source deneration이 가능하며, 본 기고에서는 다루지 않음.

1) open circuit voltage Voc 에는 Rs 의 영향이 없음.

- zero current는 VRs가 0 이고 vgs / voc에 무관해짐.

2) drain node로 바라보는 impedance는 Rs 에 의해 증가됨.

- Rs + ro 로 보일 수 있으나 ro가 1+gmRs 만큼 증가되어 보이기에, 실제로는 Rs + (1+gmRs)ro = Rs + ro + gmroRs 이고, gmro>>1 라면 gmroRs.

3) 전체 transconductance (Gm) 은 Rs 에 의해 감소됨.

- isc 는 voc/Req 이고, voc는 일반 CS의 voc와 같고, Req가 Rs에 의해 증가하여 isc는 감소함.

1) Rs에 의해 증가된 ro 를 고려한 최종 impedacne를 Ro (large Ro)

2) Rs에 의해 감소된 gm을 고려한 최종 transconductance를 Gm (large Gm)

-> gm/(1+gmRs)로 보이나 정리하면 1/(1/gm+Rs) 이므로, 기존 CS transconductance 의 역수인 1/gm 에 Rs가 더해진 다음 다시 역수를 취하는 것이 large Gm 으로 보면 된다.

-> 이는 transistor parameter들에 독립적으로 TR의 Gm이 형성되고, constant한 gm으로 동작하게 됨을 의미한다. 다시 말하면 linearity가 증가한다. (Rs에 의한 negative feedback 형성)

-> 간단히 approximation 하면 1/Rs 이고, source degenerated 된 Rd resisitive load의 CS이 gain은 large Gm * Rout 으로 Rd/Rs 가 될 것이다.

1) diode-connected NMOS with source degeneration의 회로도이며, 간단한게 Gm, Ro로 환산후 1/Gm || Ro 로 계산하면 된다.

-> 최대한 단순화하면 보이는 저항은 Rs로 보인다.

1) gain boosting 으로 보면 되는데, 간단하게 figure 3에서 TR 앞에 AMP가 붙어 Gm이 Gain A 만큼 증폭되어 보이는 것으로 간주하면 된다.

결론

: source degenerated된 TR들의 gm 선형성 및 output impedance가 증가한다.