SP - UMEL - Vysoké učení technické v Brně

SP - UMEL - Vysoké učení technické v Brně SP - UMEL - Vysoké učení technické v Brně

umel.feec.vutbr.cz
from umel.feec.vutbr.cz More from this publisher
12.07.2015 Views

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

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!