SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

12.07.2015 Views
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 53V literatuře je popsáno mnoho obvodů, které plní funkci proudového zrcadla. Nejčastějijsou používána (a dále podrobněji popsána) následující:- jednoduché proudové zrcadlo- Wilsonovo proudové zrcadlo- Vylepšené Wilsonovo PZ- Kaskodové PZ- PZ s regulovanou kaskádou6.2 Jednoduché proudové zrcadloJe složeno pouze ze dvou tranzistorů stejného typu, Obr. 20. Tranzistor M1 je zapojenv diodovém zapojení a měří vstupní, referenční, proud. „Měření“ referenčního proudu (proudtekoucí tranzistorem M1) určuje napětí V GS1 ; toto napětí zároveň nastavuje pracovní bodtranzistoru M2. Předpokládejme dále, že oba tranzistory pracují v saturačním režimu a proproudy, které jimi protékají, můžeme psátIIŔefoutf= I1= I2µ C=2oxµ C=2ox⎛W⎞⎜ ⎟⎝ L ⎠1⎛W⎞⎜ ⎟⎝ L ⎠2( V −V) ( 1+λV)2GS1ThDS12( VGS1−VTh) ( 1+λVDS2)( 6.1 )( 6.2 )Tyto rovnice nám umožňují vyjádřit velikost proudu I out jako funkci závislou na I ref ,V DS1 a V out . Pro zjednodušení předpokládejme, že λV DS1 =0. Potom můžeme jednoduše vyjádřitV GS1 a dosadit tento výraz do druhé rovnice. DostávámeIout( W / L)( W / L)= I1+( λV)Re f2out( 6.3 )1Z této rovnice se při zanedbání λV out dostáváme k závěru, že bude-li velikost (W/L)obou tranzistorů shodná, budou stejné i jejich pracovní podmínky a proudy I ref a I out budoushodné.Jinými slovy také, bude-li M2 B-krát větší než M1, pak výstupní proud bude také B-krátvětší než proud vstupní. Toto platí i v obráceném poměru, tzn., že můžeme získat na výstupuproud, který je poměrně menší k proudu vstupnímu.Člen (1+λV out ) popisuje vliv konečného malosignálového výstupního odporu MOStranzistoru M2.1rout=λI( 6.4 )outBohužel hodnota výstupního odporu, která je dosažitelná v dnes běžných technologiíchpro střední rozsah pracovních proudů, je poměrně malá a nedostačující pro většinu aplikací(např. λ=1/30 V -1 , r out =300kΩ pro I out =100µA). Výstupní odpor jak uvidíme je hlavní problémpři návrhu proudového zrcadla a bude nutné použít jiné obvodové řešení. Je nutno ovšemzmínit, že pro některé typy aplikací jeprakticky využitelné i toto velmi jednoduchézapojení. Konkrétním příkladem mohou býtlow-voltage (nízkonapěťové) aplikace, kde jevýhodou velký dynamický rozsah tohotoPOZN. Jednoduché proudové zrcadloje nejlepší variantou v případě aplikací,kde výstupní dynamický rozsah jeklíčovým parametrem.

54 FEKT Vysokého učení technického v Brnějednoduchého zapojení – výstupní napětí je omezeno pouze minimálním saturačním napětímvýstupního tranzistoru M2, což jak už víme je maximálně několik stovek mV. Složitějšíobvodová řešení proudových zrcadel zvyšují výstupní odpor, ale za cenu sníženídynamického rozsahu výstupního napětíVšechny řešení proudových zrcadel budeme posuzovat z několika následujícíchhledisek:- vliv nedokonalosti neshody layoutu jednotlivých MOS tranzistorů v zrcadle- neshodnost technologických parametrů a její vliv- parazitní kapacityZávěry, které jsme odvodili z rovnic ( 6.1 ) a ( 6.2 ) neberou v úvahu zmíněné negativnívlivy. V reálném světě samozřejmě není možné dosáhnout perfektní shodnosti layoutu atechnologických parametrů obou tranzistorů. Jakákoliv nepřesnost způsobuje chybuvýstupního proudu zrcadla. Pokud budou parametry v rovnicích ( 6.1 ) a ( 6.2 ) statistickynezávislé dostaneme pro chybu výstupního proudu následující rovnici⎛ δÍ⎜⎝ Ioutout⎞⎟⎠2⎛ δW= ⎜⎝ W2⎞⎟⎠⎛ δL+ ⎜⎝ L2⎞⎟⎠⎛ δC+⎜⎝ Coxox⎞⎟⎠2⎛ δµ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ µ ⎠2⎛ δVTH+ 2⎜⎝VGS−VTH⎞⎟⎠2⎛ δVGS+ 2⎜⎝VGS−VTH⎞⎟⎠2( 6.5 )Nepřesnost geometrických rozměrů je způsobena technologickými výrobními procesy –litografií a leptáním. Pro minimalizaci těchto vlivů můžeme využít vhodných layoutovýchpostupů, které s těmito problémy počítají.Chyby plynoucí z mobility nosičů a tloušťky nosičů mohou být redukovány taképomocí vhodného layoutu struktury zrcadla. Jsou způsobeny technologickými gradienty, kterése mění napříč celým čipem. Je vhodné použít inter-digitized nebo common-centroid layout,který minimalizuje vzdálenosti mezi strukturami tranzistorů. Podobně jako v případě rezistoruči kondenzátoru, můžeme rozdělit tranzistor na více elementárních částí, které jsou spojoványparalelně.6.2.1 Layout proudového zrcadla – tipyMOS matching – několik zásad či jednoduchých návrhových technik, které pomáhajírealizovat na čipu tranzistory s větší „shodností“ (matching).- všechny tranzistory by měli mít v layoutu stejnou orientaci. Bylo zjištěno, že chemicképrocesy, které se používají během výroby, do jisté míry závisí na orientaci struktury. Tytoprocesy ovlivňují hlavně efektivní efektivní dálku kanálu mos tranzistoru. Z tohotodůvodu je žádoucí, aby oba tranzistory byly ovlivněny pokud možno stejně.- Preferujeme tranzistory s dlouhými kanály, efekt modulace délky kanálu je v tomtopřípadě malý a proud I ds je téměř nezávislý na V ds .- Dummy hradla by měla být přidána na obě strany proudového zrcadla. Zajistíme tímpravidelný (regulární) tvar všech hradel v zrcadle a tím i lepší shodnost tranzistorů.Platíme za to plochou dummy prvků, které jsou jinak elektricky neaktivní.

Page 1 and 2: Ing. Daniel Bečvář, Ph.D.Ing. Ji

Page 3 and 4: 2 FEKT Vysokého učení technické




Page 11 and 12: 10 FEKT Vysokého učení technick





















Page 53: 52 FEKT Vysokého učení technick

















































SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â› ... View more SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

Delete template?

Save as template ?

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â› SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›