SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně
SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně SP - UMEL - Vysoké uÄÂenàtechnické v Brně
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 67Obr. 31 Modifikované kaskodové PZMožné řešení nezávislého posouvače napěťové úrovně jsme už rozebírali v předchozíkapitole. Pokud použijeme podobný postup pro implementaci obvodu na Obr. 31, dostanemekompletní schéma upraveného kaskodového proudového zrcadla (Obr. 32). Obě novéstruktury mají dva tranzistory navíc v porovnání s normálním kaskodovým proudovýmzrcadlem. V obou případech tranzistor M4 posunuje nahoru napětí na hradle M1 a tranzistorM5 potom tento posuv kompenzuje zpět.Obr. 32 Kompletní schéma upraveného kaskodového proudového zrcadlaTranzistor M6 řídí proud strukturou, která provádí posuv napětí směrem dolů. V případěschématu na Obr. 32 a) teče referenční proud tranzistorem M4. V obvodu na Obr. 32 b) jepomocný řídící proud, I 4,5 použit k ovládání proudu protékajícímu párem M4-M5 (I 4 =I 4,5 -I 6 ).Pamatujme, že velikost napětí drain-source tranzistoru M5 je řízena proudem, který protékátranzistorem M6. Ten navíc zrcadlí proud referenčního uzlu. Proto je posun napětí nastavenvelikostí poměru W/L tranzistoru a jeho pracovním proudem a je nezávislý na prahovémnapětí nmos, resp. pmos, tranzistoru (předpokládáme, že jsou navrženy jako shodné).2IL2IL4 45 5∆ V = VGS4−VGS5= −( 6.22 )µ CoxW4µ CoxW56.7 Kontrolní otázky1. Čím je určen poměr proudů u jednoduchého proudového zrcadla (JPZ)2. Jak závisí výstupní odpor JPZ na délce kanálu výstupního MOS tranzistoru.3. Správný layout proudového zrcadla
68 FEKT Vysokého učení technického v Brně7 Proudové referenceVětšina základních bloků integrovaných obvodů využívá referenčních proudů. Používajíse většinou pro správné nastavení pracovních bodů samotných bloků. Víme už, že velikostproudu určuje přenosovou vodivost tranzistoru a tak ovlivňuje statické i dynamické vlastnostiobvodu. Navíc pracovní proudy většinou určují celkovou spotřebu čipu, což je jeden zklíčových parametrů téměř všech dnešních aplikací.Většinou je pracovní proud v různých blocích čipu odvozen pomocí proudových zrcadelz jednoho proudu referenčního. Také z tohoto důvodu je potřeba umět navrhnout blok, kterýbude poskytovat dostatečně přesný referenční proud, který bude pokud možno nezávislý nanapájecím napětí a teplotě. V následujícím textu rozebereme tedy základní používané principya implementace proudových referencí.7.1 Jednoduchá proudová referencedánNejjednodušší proudovou referencí je obvod na Obr. 33. Proud I ref v referenční větvi jeV−VDD GS1IRe f=RL( 7.1 )jenž je nucen do tranzistoru M1 (diodová konfigurace), který následně generuje řídícínapětí pro tranzistor zrcadlící tento proud do výstupní větve.V DDM 1I Ref R LM 1M2I OutM 2I OutI RefR LGNDObr. 33 Jednoduchá proudová referencePrincip uvedené metody je velmi jednoduchý – využívá Ohmova zákona. Bohuželpřesnost výstupního proudu je u uvedeného obvodu nedostatečná. Pokud budou nepřesnosti vhodnotách napětí a hodnotě odporu statisticky nezávislé, bude pro celkovou chybu prouduplatit⎛ δÍ⎜⎝ IRe fRe f⎞⎟⎠2⎛ δ=⎜⎝ V( V − V )DDDDGS1− VGS1VGS⎞⎟⎠2⎛ δR+⎜⎝ RLL⎞⎟⎠2( 7.2 )Pro VDD se obvykle uvažuje přesnost okolo ±10%. Také přesnost napětí V GS není přílišdobrá, pohybuje se kolem ±20%. Potom např. při VDD=3,3 V a prahovém napětí 0,6 V bude
- Page 17 and 18: 16 FEKT Vysokého učení technick
- Page 19 and 20: 18 FEKT Vysokého učení technick
- Page 21 and 22: 20 FEKT Vysokého učení technick
- Page 23 and 24: 22 FEKT Vysokého učení technick
- Page 25 and 26: 24 FEKT Vysokého učení technick
- Page 27 and 28: 26 FEKT Vysokého učení technick
- Page 29 and 30: 28 FEKT Vysokého učení technick
- Page 31 and 32: 30 FEKT Vysokého učení technick
- Page 33 and 34: 32 FEKT Vysokého učení technick
- Page 35 and 36: 34 FEKT Vysokého učení technick
- Page 37 and 38: 36 FEKT Vysokého učení technick
- Page 39 and 40: 38 FEKT Vysokého učení technick
- Page 41 and 42: 40 FEKT Vysokého učení technick
- Page 43 and 44: 42 FEKT Vysokého učení technick
- Page 45 and 46: 44 FEKT Vysokého učení technick
- Page 47 and 48: 46 FEKT Vysokého učení technick
- Page 49 and 50: 48 FEKT Vysokého učení technick
- Page 51 and 52: 50 FEKT Vysokého učení technick
- Page 53 and 54: 52 FEKT Vysokého učení technick
- Page 55 and 56: 54 FEKT Vysokého učení technick
- Page 57 and 58: 56 FEKT Vysokého učení technick
- Page 59 and 60: 58 FEKT Vysokého učení technick
- Page 61 and 62: 60 FEKT Vysokého učení technick
- Page 63 and 64: 62 FEKT Vysokého učení technick
- Page 65 and 66: 64 FEKT Vysokého učení technick
- Page 67: 66 FEKT Vysokého učení technick
- Page 71 and 72: 70 FEKT Vysokého učení technick
- Page 73 and 74: 72 FEKT Vysokého učení technick
- Page 75 and 76: 74 FEKT Vysokého učení technick
- Page 77 and 78: 76 FEKT Vysokého učení technick
- Page 79 and 80: 78 FEKT Vysokého učení technick
- Page 81 and 82: 80 FEKT Vysokého učení technick
- Page 83 and 84: 82 FEKT Vysokého učení technick
- Page 85 and 86: 84 FEKT Vysokého učení technick
- Page 87 and 88: 86 FEKT Vysokého učení technick
- Page 89 and 90: 88 FEKT Vysokého učení technick
- Page 91 and 92: 90 FEKT Vysokého učení technick
- Page 93 and 94: 92 FEKT Vysokého učení technick
- Page 95 and 96: 94 FEKT Vysokého učení technick
- Page 97 and 98: 96 FEKT Vysokého učení technick
- Page 99 and 100: 98 FEKT Vysokého učení technick
- Page 101 and 102: 100 FEKT Vysokého učení technick
- Page 103 and 104: 102 FEKT Vysokého učení technick
- Page 105 and 106: 104 FEKT Vysokého učení technick
- Page 107 and 108: 106 FEKT Vysokého učení technick
- Page 109 and 110: 108 FEKT Vysokého učení technick
- Page 111 and 112: 110 FEKT Vysokého učení technick
- Page 113 and 114: 112 FEKT Vysokého učení technick
- Page 115 and 116: 114 FEKT Vysokého učení technick
- Page 117 and 118: 116 FEKT Vysokého učení technick
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 67Obr. 31 Modifikované kaskodové PZMožné řešení nezávislého posouvače napěťové úrovně jsme už rozebírali v předchozíkapitole. Pokud použijeme podobný postup pro implementaci obvodu na Obr. 31, dostanemekompletní schéma upraveného kaskodového proudového zrcadla (Obr. 32). Obě novéstruktury mají dva tranzistory navíc v porovnání s normálním kaskodovým proudovýmzrcadlem. V obou případech tranzistor M4 posunuje nahoru napětí na hradle M1 a tranzistorM5 potom tento posuv kompenzuje zpět.Obr. 32 Kompletní schéma upraveného kaskodového proudového zrcadlaTranzistor M6 řídí proud strukturou, která provádí posuv napětí směrem dolů. V případěschématu na Obr. 32 a) teče referenční proud tranzistorem M4. V obvodu na Obr. 32 b) jepomocný řídící proud, I 4,5 použit k ovládání proudu protékajícímu párem M4-M5 (I 4 =I 4,5 -I 6 ).Pamatujme, že velikost napětí drain-source tranzistoru M5 je řízena proudem, který protékátranzistorem M6. Ten navíc zrcadlí proud referenčního uzlu. Proto je posun napětí nastavenvelikostí poměru W/L tranzistoru a jeho pracovním proudem a je nezávislý na prahovémnapětí nmos, resp. pmos, tranzistoru (předpokládáme, že jsou navrženy jako shodné).2IL2IL4 45 5∆ V = VGS4−VGS5= −( 6.22 )µ CoxW4µ CoxW56.7 Kontrolní otázky1. Čím je určen poměr proudů u jednoduchého proudového zrcadla (JPZ)2. Jak závisí výstupní odpor JPZ na délce kanálu výstupního MOS tranzistoru.3. Správný layout proudového zrcadla