Kurs für Analogdesign

Lektion 1 • Wechselstromanalyse und Zeiger

Führt die Zeigerdarstellung und Impedanz zur Analyse sinusförmiger eingeschwungener Schaltungen ein. Überbrückt die Gleichstromanalyse zu frequenzbereichsbasierten Entwurfsmethoden.

Lektion 2 • Gleichstrom-Schaltungsanalysetechniken

Wendet die Kirchhoffschen Gesetze, Knotenanalyse und Thevenin/Norton-Äquivalente auf resistive Netzwerke an. Bietet Werkzeuge, die in jeder späteren Verstärkeranalyse wiederverwendet werden.

Lektion 3 • Verhalten passiver Bauelemente

Behandelt Widerstände, Kondensatoren und Spulen als ideale und reale Bauelemente. Verknüpft Bauelemente-Parasitäreffekte mit praktischen Schaltungsleistungsgrenzen.

Lektion 4 • RC- und RLC-Netzwerkverhalten

Leitet die Zeit- und Frequenzbereichsantworten von Netzwerken erster und zweiter Ordnung her. Führt Pole, Nullstellen und Resonanz als Entwurfsparameter ein.

Lektion 1 • Kleinsignalmodell des MOSFETs

Leitet das Kleinsignalmodell mit gm, gds und Gate-Kapazitäten für die Wechselstromanalyse her. Ermöglicht den direkten Vergleich mit der Bipolartransistor-Leistung in Verstärker-Topologien.

Lektion 2 • MOSFET-Großsignal und Arbeitspunkteinstellung

Behandelt NMOS- und PMOS-I-V-Kennlinien, Schwellenspannung und Gleichstrom-Arbeitspunktauswahl. Verknüpft die Bauelementephysik mit dem praktischen Entwurf von Bias-Netzwerken.

Lektion 3 • Bipolartransistor-Kleinsignalmodell

Leitet das Hybrid-Pi-Modell aus den Ebers-Moll-Gleichungen für die Wechselstromanalyse her. Verknüpft die Steilheit gm und rpi mit dem Bias-Strom für den Verstärkerentwurf.

Lektion 4 • Diodenphysik und -modelle

Behandelt die p-n-Übergangsphysik, die Shockley-Gleichung und stückweise lineare Modelle. Etabliert die Bauelemente-Intuition, die auf Gleichrichter und Begrenzer angewendet wird.

Lektion 1 • Arbeitspunkteinstellung und Gleichstrom-Arbeitspunkt

Entwirft stabile Bias-Netzwerke unter Verwendung von Spannungsteilern, Rückkopplungswiderständen und Stromquellen. Stellt die Arbeitspunktstabilität über Temperatur- und Bauelementeschwankungen sicher.

Lektion 2 • Emitter- und Source-Folger-Stufen

Leitet die nahezu ein Verstärkung, den hohen Eingangswiderstand und den niedrigen Ausgangswiderstand von Folger-Stufen her. Positioniert diese Stufen als Impedanzpuffer in Signalketten.

Lektion 3 • Frequenzgang einstufiger Verstärker

Wendet den Miller-Effekt und die Leerlaufzeitkonstanten-Methode zur Vorhersage der Verstärkerbandbreite an. Bietet eine systematische Methode zur Lokalisierung dominanter Pole.

Lektion 4 • Basis- und Gate-Grundschaltungen

Behandelt Topologien mit niedrigem Eingangswiderstand und hoher Bandbreite, die in Hochfrequenz- und Strommodus-Schaltungen verwendet werden. Verknüpft diese Stufen mit später eingeführten Kaskode-Konfigurationen.

Lektion 1 • Aktive Lasten und Verstärkungssteigerung

Ersetzt ohmsche Lasten durch Stromspiegel als aktive Lasten, um die Differenzverstärkung zu maximieren. Zeigt, wie aktive Lasten Spannungsverstärkungen von über 1000 V/V ermöglichen.

Lektion 2 • Frequenzgang des Differenzpaars

Erweitert die Leerlaufzeitkonstanten-Analyse auf Differenzpaare mit aktiven Lasten. Identifiziert dominante Pole, die die Unity-Gain-Bandbreite des Operationsverstärkers begrenzen.

Lektion 3 • Grundlegende Stromspiegel-Topologien

Behandelt einfache, Kaskode- und Wilson-Stromspiegel für präzise Stromreplikation. Analysiert den Ausgangswiderstand und den systematischen Fehler in jeder Topologie.

Lektion 4 • Funktionsweise des Differenzpaar

Leitet das Großsignal- und Kleinsignalverhalten von Bipolartransistor- und MOSFET-Differenzpaaren her. Etabliert die Differenzverstärkung und die Gleichtaktunterdrückung als Schlüsselmetriken.

Lektion 1 • Wechselstrom- und dynamische Spezifikationen von Operationsverstärkern

Behandelt Verstärkungs-Bandbreite-Produkt, Anstiegsgeschwindigkeit, Einschwingzeit und Rauschspektraldichte. Verknüpft dynamische Spezifikationen mit der Bandbreite im geschlossenen Regelkreis und dem Einschwingverhalten.

Lektion 2 • Frequenzkompensationstechniken

Wendet die Miller-Kompensation an, um einen dominanten Pol und eine ausreichende Phasenreserve zu erreichen. Behandelt Vorwärtskopplungs- und Nullwiderstandsverfahren zur Nullstellenunterdrückung in der rechten Halbebene.

Lektion 3 • Wichtige Gleichstrom-Spezifikationen von Operationsverstärkern

Quantifiziert Eingangs-Offsetspannung, Bias-Strom, Gleichtaktunterdrückung, Versorgungsspannungsunterdrückung und Ausgangsspannungs-Aussteuergrenzen. Verknüpft jeden Parameter mit den Fehlerbudgets auf Schaltungsebene.

Lektion 4 • Zweistufige Operationsverstärker-Architektur

Verfolgt den Signalfluss durch eine Differenzeingangsstufe und eine Source-Grundschaltung zweiter Stufe. Leitet die Leerlaufverstärkung als Produkt der Verstärkungen beider Stufen her.

Lektion 1 • Grundlagen der Rückkopplung

Definiert die Schleifenverstärkung, den Rückkopplungsfaktor und die vier Rückkopplungstopologien unter Verwendung der Zweitoranalyse. Zeigt, wie Rückkopplung die Verstärkung desensibilisiert und Impedanzen modifiziert.

Lektion 2 • Kompensationsstrategien

Entwirft Verzögerungs-, Phasenvorhalts- und Verzögerungs-Phasenvorhalts-Kompensatoren zur Erfüllung der Phasenreserveziel. Behandelt Methoden der dominanten Pol-, Nullstellenadditions- und Vorwärtskopplungskompensation.

Lektion 3 • Methoden zur Analyse der Schleifenverstärkung

Wendet das Rückkehrverhältnis nach Bode und die Methode nach Middlebrook an, um die Schleifenverstärkung aus komplexen Schaltungen zu extrahieren. Bietet simulationsreife Techniken zur Stabilitätsüberprüfung.

Lektion 4 • Stabilitätskriterien und Phasenreserve

Verwendet Bode- und Nyquist-Kriterien zur Beurteilung der Stabilität aus Betrag und Phase der Schleifenverstärkung. Zielt auf eine Phasenreserve von 45–60 Grad für ein robustes Verhalten im geschlossenen Regelkreis ab.

Lektion 1 • Konzepte von Switched-Capacitor-Filtern

Führt die geschalteten Kondensator-Äquivalente von Widerständen und deren Verwendung in integrierten Filtern ein. Erklärt die Taktsignal-Frequenzabstimmung und Aliasing-Aspekte.

Lektion 2 • Signalaufbereitungsschaltungen

Entwirft Instrumentenverstärker, Präzisionsgleichrichter und Spitzendetektoren für Sensorschnittstellen. Verknüpft den Filterausgang mit den Eingangsanforderungen des Analog-Digital-Umsetzers.

Lektion 3 • Filterspezifikationen und Approximationen

Übersetzt Durchlassbereichswelligkeit, Sperrbereichsdämpfung und Übergangsbandbreite in die Filterordnung. Vergleicht Zielkonflikte der Butterworth-, Tschebyscheff- und Bessel-Approximation.

Lektion 4 • Passiver LC-Filterentwurf

Synthetisiert LC-Kettenleiterfilter aus normierten Prototyptabellen und Frequenztransformation. Etabliert Benchmarks für passive Filter zum Vergleich mit aktiven Filtern.

Lektion 1 • Bandgap-Spannungsreferenzen

Leitet die PTAT- und CTAT-Ströme her, die sich zu einer temperaturstabilen Referenz kombinieren. Behandelt Trimmung und Krümmungskorrektur für hochgenaue Referenzen.

Lektion 2 • Layout-Techniken für die Anpassung

Wendet Common-Centroid-, Interdigitations- und Dummy-Bauelemente-Strategien an, um Fehlanpassungen zu minimieren. Verknüpft Layout-Entscheidungen mit der Offsetspannung und der Spiegelgenauigkeit.

Lektion 3 • Rauschanalyse in analogen Schaltungen

Modelliert thermische, Funkel- und Schrotrauschquellen in Transistoren und Widerständen. Leitet das eingangsbezogene Rauschen für Verstärkerketten unter Verwendung von Rauschzahlmethoden her.

Lektion 4 • Kaskode- und Faltkaskode-Verstärker

Erweitert einstufige Topologien mit Kaskode-Bauelementen, um den Ausgangswiderstand und die Verstärkung zu erhöhen. Führt die Faltkaskode für den Betrieb bei niedriger Versorgungsspannung ein.