利用單個反饋源實現(xiàn)任意量級偏置電流網(wǎng)絡(luò)
利用運放反饋與基準電壓生成任意大小的直流電流是一個簡單、直接的過程。但是,假設(shè)須要生成一些任意數(shù)量(以N為例)的電流沉/源(current sink/source),而每個電流沉/源的大小任意,可能須要針對不同階段的一些復(fù)雜模擬電路進行偏置。雖然基準電壓的生成僅須一次實施即可,電流沉整個反饋部分的重復(fù)進行卻使成本與設(shè)計空間密集化。那么問題來了:是否可以使用單個反饋源來實現(xiàn)這種偏置網(wǎng)絡(luò)呢?答案是肯定的,盡管這有些復(fù)雜,也須滿足某些特定條件。該網(wǎng)絡(luò)(本文分析中僅以電流沉為例)如圖1所示。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201710/366177.htm
圖1:灌電流網(wǎng)絡(luò)
最終MOSFET(金氧半場效晶體管)源電壓VS以及RSET電阻決定著各柱上的灌電流(sink current);通過去除來自外部電流沉柱的反饋(即所有N》1),已失去對VSN的直接控制。因此,RSETN必須精心選擇以生成預(yù)期的任意第N個柱的灌電流,即ISINKN。仔細觀察上面的圖1,很容易得出定義偏置網(wǎng)絡(luò)第N個柱電流與第1個柱電流的比值的等式︰
重新調(diào)整等式1,得出R1與RN電阻比MRN,等式變?yōu)椋?/p>
那么該偏置網(wǎng)絡(luò)第N個柱的MOSFET源電壓是什么,VSN?考慮到工作在飽和區(qū)的NMOS漏極電流等式是:
必須注意的是,這里可以很大程度上忽略通道寬度調(diào)制的影響。這是因為任何因漏極電壓上升導(dǎo)致的漏極電流的上升會在通過RSET電阻后下降,并導(dǎo)致源電壓的上升。為了使MOSFET能維持任何電流,柵極電壓必須大于源電壓與閾值電壓的和。也就是說,給定一個柵極電壓,源電壓將被限制在至少比柵極電壓小一個閾值電壓的值,且再大的漏極電壓上升也不會提升漏極電流。因此,構(gòu)建相應(yīng)運行條件,RSET必須足夠大,從而確保在上述限制下可允許作出以下假設(shè):
等式1中的比值可基于等式3和4改寫成:
為了簡化等式5,可作出如下定義:
利用等式5進行替換與調(diào)整后,可導(dǎo)出VSN的等式:
將等式8代入等式2可得出:
那么柵極驅(qū)動對閾值電壓的差是什么呢,VGT?這最終由偏置網(wǎng)絡(luò)第1柱的反饋決定;它本質(zhì)上是維持所需ISINK1電流需要的電壓:
重新調(diào)整等式11的項,可得出VGT的等式:
將等式13代入等式10可得出:
最后,電阻比MRN可以單純地寫成MIN的函數(shù)(加上偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一些物理常數(shù)),如下所示:
現(xiàn)在關(guān)于RSET電阻比率的等式已導(dǎo)出,接下來可以探究建立任意大小的偏置電流網(wǎng)絡(luò)的含義與影響。
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