capitolul 2. surse de curent -...
TRANSCRIPT
Capitolul 2. Surse de curent
1. Clasificare
1. Clasificare1. Surse de curent elementare2. Surse de curent cascod3. Surse de curent cu autopolarizare4. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
2. Parametrii surselor de curent
2. Parametrii surselor de curent1. Curentul de iesire, IO2. Rezistenta de iesire, RO3. Tensiunea minima de iesire, Vomin4. Coeficientul relativ de variatie cu temperatura, TCR
5. Sensibilitatea curentului de iesire fata de variatiile VDD
6. Precizia de realizare a sursei de curent
dTdI
T1TCR O====
DD
O
O
DD
DDDD
OOVI dV
dII
VV/dVI/dI
S DDO
========
Caracteristica de iesire
3. Surse de curent elementare
3. Surse de curent elementare
Oglinda de curent
VO VDD
T2 T1
R IO
RO
I
(((( )))) (((( )))) O2
T2GS2
T1GS IVV2KVV
2KI ====−−−−====−−−−====
1GSODD VRIV ++++====
(((( ))))2T1GSO VV
2KI −−−−====
(((( )))) 1GS2
T1GSDD VVV2
KRV ++++−−−−====
(((( )))) )VV(KR21KR1
KR1VV TDDT2,11GS −−−−++++±±±±−−−−====
(((( ))))TDDT1GS VVKR21KR1
KR1VV −−−−++++++++−−−−====
Calculul curentului de iesire IO (T1 = T2)
3. Surse de curent elementare
Oglinda de curent
Calculul rezistentei de iesire RO
O2dsO I
1rRλλλλ
========
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
KI2
VVVV OT2GSsat2DSminO ====−−−−========
1GS
O
1DS
2DS
1DS2
T1GS
2DS2
T2GSOV1V1
V1V1
)V1()VV(2K
)V1()VV(2K
II
λλλλλλλλ
λλλλλλλλ
λλλλ
λλλλ
++++++++
====++++++++
====++++−−−−
++++−−−−====
Erorile introduse de efectul de modulare a lungimii canalului
VO VDD
T2 T1
R IO
RO
I
Sursa de curent cu rezistente in sursa
T2T1
R3 R2
R1 IO
VOVDD
I
RO
1GS21DD V)RR(IV ++++++++====
(((( ))))2T1GS VV
2KI −−−−====
T1GS VV >>>>
(((( ))))TDD212121
T1GS VV)RR(K21)RR(K
1)RR(K
1VV −−−−++++++++++++
++++++++
−−−−====
(((( )))) (((( ))))2T2GS
32GS
2T1GS
21GS VV
2KR
VVV2
KRV −−−−++++====−−−−++++
Calculul curentului de iesire IO
(((( ))))2T2GSO VV
2KI −−−−====
Sursa de curent cu rezistente in sursa
Calculul rezistentei de iesire RO
(((( ))))32m2dsO Rg1rR ++++====
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
3OO
3OT2GS3Osat2DSminO RIKI2
RIVVRIVV ++++====++++−−−−====++++====
T2T1
R3 R2
R1 IO
VOVDD
I
RO
4. Surse de curent cascod
4. Surse de curent cascod
VO
IO
VDD
I
T3 T2
T1 T4
RO
A
Sursa de curent cascod (I)
3DS
2DSOV1V1
II
λλλλλλλλ
++++++++
====
Calculul curentului de iesire IO (T2 = T3)
Calculul rezistentei de iesire RO
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
(((( )))) 2dsm2ds1m1ds0 rgrg1rR ≅≅≅≅++++====
(((( ))))KI22VVV2VVVVVV TTGSTGSGSsat1DSAminO ++++≅≅≅≅−−−−====−−−−++++====++++====
4. Surse de curent cascod
Sursa de curent cascod (II)
Calculul curentului de iesire IO (T1 = T4)
Calculul rezistentei de iesire RO
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
VDD
I
IO
T6
T5
T4
T3
T2
T1
RO
A
VO
IIO ≅≅≅≅
(((( ))))[[[[ ]]]] 3ds
2m1ds2m2ds3m3dsO rgrg1rg1rR ≅≅≅≅++++++++====
TGSsat3DSAminO VV3VVV −−−−====++++====
4. Surse de curent cascodSursa de curent cascod (III)
Calculul curentului de iesire IO
Calculul rezistentei de iesire RO
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
IIO ≅≅≅≅IO
I
VDD
T6 (K)
T5 (K)
T4 (K/4)
T3 (K)
T2 (K)
T1 (K)
VO
RO
(((( )))) 2dsm1ds2m2dsO rgrg1rR ≅≅≅≅++++====
2GS5GS4GS3GS1DS VVVVV −−−−−−−−++++====
T1GSTTTT1DS VVKI2
KI2V
KI2V
KI8V
KI2VV −−−−========
++++−−−−
++++−−−−
++++++++
++++====
KI22VVV 1DSsat2DSminO ====++++====
4. Surse de curent cascod
Sursa de curent cascod (IV)
Calculul curentului de iesire IO
R
VDD
T7
T5
T4 T1
T6
T3 T2
I
IO
VO
IIO ====
KI22VVV2VVV TTGS7DSsat6DSminO ++++====−−−−====++++====
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
4. Surse de curent cascod
Sursa de curent cascod (V)
Calculul curentului de iesire IO
VDD
I1 = 7I I2 = 4I I3 = I I4 = I I5 = 4I
T2T6
VO
T1
T3T4T8T7
T5
8(W/L) 8(W/L)
7(W/L)7(W/L)
IO
W/L W/L W/L W/L
I7II8IO ====−−−−====
4. Surse de curent cascodSursa de curent cascod (V)
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
(((( ))))2T3GS VV)L/W(
2'KI4 −−−−====
(((( ))))2T4GS VV)L/W(
2'KI −−−−====
(((( ))))2T2GS VV)L/W(8
2'KI8 −−−−====
(((( ))))2T1GS VV)L/W(7
2'KI7 −−−−====
VDD
I1 = 7I I2 = 4I I3 = I I4 = I I5 = 4I
T2T6
VO
T1
T3T4T8T7
T5
8(W/L) 8(W/L)
7(W/L)7(W/L)
IO
W/L W/L W/L W/L
4. Surse de curent cascodSursa de curent cascod (V)
Calculul tensiunii minime de iesire VOmin
T2GST4GS VVVV −−−−====−−−−
(((( ))))T2GST3GS VV2VV −−−−====−−−−
T2GST1GS VVVV −−−−====−−−−
(((( )))) (((( )))) sat2DST2GST4GST3GS4GS3GS2DS VVVVVVVVVV ====−−−−====−−−−−−−−−−−−====−−−−====
(((( )))))L/W('K
I22VV2VVV T2GS2DSsat1DSminO ====−−−−====++++====
VDD
I1 = 7I I2 = 4I I3 = I I4 = I I5 = 4I
T2T6
VO
T1
T3T4T8T7
T5
8(W/L) 8(W/L)
7(W/L)7(W/L)
IO
W/L W/L W/L W/L
5. Surse de curent cu autopolarizare
5. Surse de curent cu autopolarizare
Sursa de curent cu autopolarizare (I)
IO
VDD
R1
T6T5
T4T3
T2T1
−−−−====
th
TGS0DD nV
VVexp
LWII
====
−−−−−−−−++++====
54
63
1
th
1
6GS3GS5GS4GSO )L/W()L/W(
)L/W()L/W(ln
RnV
RVVVV
I
5. Surse de curent cu autopolarizare
Sursa de curent cu autopolarizare (II)
IO
VDD
T6T5
T4T3
T2 T1
4K K
A10A
(((( ))))[[[[ ]]]]2thO 10lnV)L/W('K2I ====
++++++++====
++++++++
S
Oth
OT
S
Oth
OT I10
IlnV
)L/W('KI2
VII
lnV)L/W('K4
I2V
5. Surse de curent cu autopolarizare
Sursa de curent cu autopolarizare (III) VDD
R2
R1 T1
T3 T2
T6T5 T4
IO I IO
B A
1
1EBO R
VI ====
DD
O
O
DDVI dV
dII
VS DD
O====
++++++++++++
====
++++++++====
========
5SD
4SD
1
th
S
O
1
th
5SD
4SD
S
O
1
th
S1
th
1
1EBO V1
V1lnRV
IIln
RV
V1V1
IIln
RV
IIln
RV
RVI
λλλλλλλλ
λλλλλλλλ
1
th
DD
0
O1
th
DD
ORV
dVdI
IRV
dVdI λλλλ
++++====
DDBE
th
thBE
DDVI V
VV
1V
VVS DD
Oλλλλλλλλ ≅≅≅≅
−−−−≅≅≅≅
1EB2GSDD4SD VVVV −−−−−−−−====
5SG5SD VV ====
Dependenta IO (T)
5. Surse de curent cu autopolarizare
Dependenta IO (VDD)
5. Surse de curent cu autopolarizare
5. Surse de curent cu autopolarizare
Sursa de curent cu autopolarizare (IV)
VDD
R2
R1 T1
T3 T2
T8T5 T4
T9T6 T7
I0 I
1
1EBO R
VI ====
++++++++====
6SG6
6SG7
S
O
1
thO V1
V1IIln
RVI
λλλλλλλλ
(((( ))))DD
6SG67
BE
DDthVI dV
dVV
VVS DD
Oλλλλλλλλ −−−−====
Dependenta IO (VDD)
5. Surse de curent cu autopolarizare
5. Surse de curent cu autopolarizare
Sursa de curent cu autopolarizare (V)
VO
IO
R
T5 T2 T1
VDD
T4 T3
[[[[ ]]]])V2V(1lnR
nV)L/W()L/W(
lnR
nVI GSDD
th
1
2thO −−−−++++++++
≅≅≅≅ λλλλ
)V2V(R
nV)L/W()L/W(
lnR
nVI GSDD
th
1
2thO −−−−++++
≅≅≅≅ λλλλ
≅≅≅≅
1
2
DDVI
)L/W()L/W(
ln
VS DD
O
λλλλ
1)V2V( GSDD <<<<<<<<−−−−λλλλ
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6.1. Surse de curent PTAT (I) (Proportional To Absolute Temperature)
IO
R
T5
T2 T1
VCC
T4 T3 1:1
====
====−−−−====
4C
3Cth
1S
2S
2C
1Cth2BE1BEO I
InlnR
VII
IIln
RV
RVVI
A
CC
A
4EBA
1BECC
4S
3S
4C
3CV
V1
VV1
VVV1
II
II ++++≅≅≅≅
++++
−−−−++++====
++++++++====A
CCththO V
V1lnR
VnlnR
VI
(((( ))))nln1
VV
dVdI
IVS
A
CC
CC
O
O
CCVI
CCO
≅≅≅≅====4S3S
1S2SII
nI/I====
====
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6.1. Surse de curent PTAT (II)
VDD
R
T7 T1
T3 T2
T6T5 T4
IO
W/L n(W/L)
B A W/L n(W/L)
++++−−−−
++++====−−−−====−−−−
2
2DT
3
3DT2GS3GSBA K
I2VKI2VVVVV
−−−−====−−−−
2
3
3D
2D
3
3DBA )L/W(
)L/W(II1
KI2VV
545D4D3D2D )L/W/()L/W(I/II/I ========
−−−−====−−−−
2
3
5
4
3
3DBA )L/W(
)L/W()L/W()L/W(1
KI2VV
(((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))4352BA L/WL/WL/WL/WVV ====⇒⇒⇒⇒====
====
====
−−−−====
1S
7Sth
1S
7S
7C
1Cth7BE1BEO I
InlnR
VII
IIln
RV
RVV
I
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6.1. Surse de curent PTAT (II)
Dependenta IO (T)
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6.2. Surse de curent CTAT (I) (Complementary To Absolute Temperature)
T2
T1
R2
R1 IO
VCC
S1
2BE1BECC
2
th
2
1BEO IR
VVVlnRV
RVI −−−−−−−−≅≅≅≅====
04.0VV
dVdI
IVS
BE
th
CC
O
O
CCVI
CCO
≅≅≅≅≅≅≅≅====
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6.2. Surse de curent CTAT (II) (Complementary To Absolute Temperature)
VCC
R1
T4
T3
T2 T1
IO I
1
BEO R
VI 3====
++++====
====
A
CC
S
O
1
th
S
1C
1
thO V
V1IIln
RV
IIln
RVI
CC
ABE
th
CC
O
O
CCVI
VV1
1VV
dVdI
IVS CC
O ++++========
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura
6.2. Surse de curent CTAT (II) (Complementary To Absolute Temperature)
Dependenta IO (T)
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.3. Sursa de curent cu corectie liniara a caracteristicii
+ -
R1R2
R3
VD
T3
T6T5
T9
VO
A
T8T7T1
T2
T4
IO
W/Ln(W/L)
W/Ln(W/L)
W/L
NM
3GS3D
T2D
T2GS V)L/W('K
I2V
)L/W(n'KI2
VV ====++++====++++====
(((( ))))nlnVRRV
RVVRV th
1
2PTAT
1
7BE1BE2R2 ========−−−−====⇒⇒⇒⇒
(((( ))))
++++==== )T(VnlnVRR
R1)T(I 8BEth
12
3O
nI/I 7S1S ====
(((( ))))
++++==== )T(VnlnV
RR
RI)T(I 8BEth
1
2
3O
(((( )))) 0nlnqk
RR
TE)T(VTinliniartermenanulare
1
2
0
0G0BE ====++++−−−−⇒⇒⇒⇒
(((( ))))
−−−−++++−−−−++++====
00
0G0BE0GBE T
Tlnq
kT1TT
E)T(VE)T(V ηηηη
−−−−++++====⇒⇒⇒⇒
00G
3O T
Tlnq
kT)1(ER1)T(I ηηηη
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.3. Sursa de curent cu corectie liniara a caracteristicii
+
-
R1R2
R3
VD
T3
T6T5
T9
VO
A
T8T7T1
T2
T4
IO
W/Ln(W/L)
W/Ln(W/L)
W/L
NM
Dependenta IO (T)
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.3. Sursa de curent cu corectie liniara a caracteristicii
Dependente VM -VN (T)
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.3. Sursa de curent cu corectie liniara a caracteristicii
(W/L)2(W/L)5 = (W/L)3(W/L)4 (W/L)2(W/L)5 ≠≠≠≠ (W/L)3(W/L)4
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.4. Surse de curent PTAT2 (I)
VDD
IOUT’
IIN
IO IO
IIN/2
IOUT
(((( )))) (((( )))) (((( ))))INOUTGSOUTGSOGS I'IV'IVIV2 −−−−++++====
INOUTOUTO I'I'II2 −−−−++++====
O
2ININ
OOUT I16I
2II'I ++++++++====
O
2ININ
OOUTOUT I16I
2II'II ====−−−−−−−−====
2OUTIN T.ctIT.ctI ====⇒⇒⇒⇒====
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.4. Surse de curent PTAT2 (II)
IO
IO
IIN
IOUT’IOUT’ 2IO IO
V3 V2V1
IO
IOUT’I3
VDD
K K K K
K 2K K K K
K K 4K K
IO
T5
T4
T6
T3 T2T1
IIN/2
IOUT
IO/4
++++++++====
K'I2
KI2
21VV OUTO
T3
(((( )))) 'II2'IIVVK2I OUTOOUTO2
T33 ++++++++====−−−−====
INOUTO3 I'II2I ++++++++====
O
2ININO
2
O
INOOUT I4
I2
I4
III1
4I'I ++++++++====
++++====
O
2ININO
OUTOUT I4I
2I
4I'II ====−−−−−−−−====
2OUTIN T.ctIT.ctI ====⇒⇒⇒⇒====
6. Surse de curent cu dependenta redusa cu temperatura6.5. Surse de curent PTATn
IOUT
IO IIN
SQ
IO IIN
IOUT(1)
O
2IN
)1(OUT III ====
IOUT
IO IIN
SQ
IIN IOUT(1)
IOUT(2)
2O
3IN
IN
2)1(OUT
)2(OUTII
II
I ========
IOUT
IO IIN
SQ
IOUT(n-3) IOUT(n-2)
IOUT(n-1)
1nO
nIN
)3n(OUT
2)2n(OUT
)1n(OUTII
II
I −−−−−−−−
−−−−−−−− ========