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生成任意量級的偏置電流網絡

星星科技指導員 ? 來源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-15 09:26 ? 次閱讀

本之前文章中,得出了描述如圖1中第N個RSET電阻比的等式。

poYBAGQ5_VGAK6p3AABRDhhLMik864.png

圖1:灌電流網絡

該等式如下所示:

pYYBAGQ5_VGAWQw9AAAsuzq4or0347.png

現在,關于等式1,有什么可說的呢?首先,MIN比為1時,相應的MRN比也將為1,這恰如預計的一樣。第二,MIN大于1時,等式1分母中兩個項具有不同的表現。這意味著基于某些相關物理量(Kn、RSET1、VREF)的取值,MRN可以變得任意大。因此,應避開這一范圍,相應地,應轉向MIN ≤ 1區域,即確保ISINKN小于或等于ISINK1,N取任意值。

注意,等式1中根項的分母(Kn、RSET1、VREF乘積)在MRN與MIN1:1線性關系中可導致結果變得極大。最終,VREF和RSET1可增大該乘積結果的可用范圍值將受相應的沉余量所限制,不過值得注意的是,ISINK1值固定時,增加VREF需要同時增加RSET1。乘積中最后一個變量Kn是MOSFET過程跨導,可通過設備的選擇使其最大化。Kn針對MRN與MIN線性關系(50個Kn取值)的影響見以下圖2所示。

poYBAGQ5_VOAODNrAADOfKM3JIc990.png

圖2:過程跨導電阻比vs電流比

過程跨導的命名是基于其對所有材料與工藝過程屬性如載流子遷移率、氧化物介電常數和氧化層厚度(μ、εox、tox)的依賴:

pYYBAGQ5_VSAJhWMAAAHhVWlXF0261.png

不過,它也依賴于設備的W/L比,所以在一般較大的設備中,等式1將表現出更為突出的線性行為。雖然大多數數據資料中不包括Kn,但它可以從一個普通的參數計算而來,這個參數是向前跨導,往往記作gm或gFS:

pYYBAGQ5_VWAbQ4gAAApqVM3bds477.png

回想一下飽和區工作的NMOS漏極電流等式為:

poYBAGQ5_VaAE9fPAAAdpTw7_C8586.png

忽略通道長度調制并調整方程4的項后,可得出:

pYYBAGQ5_VeAOF85AAAF8pYLsvA929.png

將結果代入等式3,最終得出Kn:

poYBAGQ5_ViAd9lAAAAMpBnSCFA236.png

因此運用等式7可為偏置網絡選擇最優的MOSFET設備。此外,獲得該值后,可用于等式1以(更準確地)計算出所需RSETN電阻值,從而生成所需ISINKN電流。

須重點注意的是,等式1傾向于高估MIN≤1區域的RSETN電阻;也就是說,這會導致電流低于所需值。然而理想的晶體管(MIN=MRN)總會使這一區域的RSETN電阻被低估。因此,計算這兩個值將最終限制住所需的確切值。兩個隨機選擇的NFET、2N6755和IRFZ40,其中列出了gFS分別為5.5A/V2(ID= 9A)和15A/V2(ID=31A)。假設用以實施的MIN比為?,用等式1計算糾正的RSETN和MRN比值(以及一些簡單的設計值),結果如下面表1所示。

pYYBAGQ5_VqACm5dAACBPmC2GiQ715.png

表1:電路參數和計算出的RSETN和MRN(MIN=?)

利用以上所列有關IRFZ0晶體管的情況,圖3顯示的是TINA-TI圖1電路模擬的結果,RSETN值的計算基于理想狀態(這類狀態下為5Ω)、糾正狀態(等式1)以及兩者平均的狀態。

pYYBAGQ5_VuAOCXVAAAkTNWQghw656.gif

圖3:理想、糾正與平均RSETN值下的灌電流vs漏極電壓

使用2N6755和IRFZ40兩者進行模擬的結果以及RSETN的三個不同取值經匯總后見以下表2,其中已計算出百分誤差。

poYBAGQ5_VyAeOv1AABIBhsIChw086.gif

表2:RSETN計算方法與相應準確性

最終,只要一些特定條件得以滿足,特別是主反饋驅動的柱的電流為網絡中最大的電流,且各柱保持適當余量,那么可利用單個反饋裝置獲得任意值的偏置網絡。這樣,基于單一電壓基準的偏置網絡就得以建立。

審核編輯:郭婷

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