剖析基本cascode單元的細(xì)節(jié)

在日常工作中，大家應(yīng)該都會(huì)經(jīng)常遇到需要調(diào)節(jié)cascode的bias這種情況。不敢自吹自擂的說(shuō)，作者君目前還是能挺快的調(diào)好管子的參數(shù)的。不過(guò)回想起來(lái)剛學(xué)模擬電路的時(shí)候，作者君也是曾經(jīng)感覺(jué)是如打地鼠一般的痛苦。

所以作者君就想跟小讀者們分享一下自己的經(jīng)驗(yàn)，幫助大家更快的跳過(guò)這個(gè)“打地鼠”的環(huán)節(jié)。

PS：大部分情況下，我們假設(shè)一旦電流確定，Vgs也是確定的。

如圖這樣的一個(gè)bias 產(chǎn)生電路。我們有了從外面拉進(jìn)來(lái)的兩路電流Iref，所以這左邊三個(gè)管子就是我們調(diào)節(jié)這個(gè)bias的全部工作量了。應(yīng)該很容易吧？

讓我們?cè)囋嚳矗?/p>

首先確定V1.

因?yàn)閂1是diode M1產(chǎn)生的，對(duì)于右邊的M2和M3來(lái)說(shuō)，它包括兩個(gè)電壓，Vgs3和Vds2. 我們來(lái)分別看看這兩方面：

Vgs3：因?yàn)殡娏饕呀?jīng)確定，所以如果M3在飽和區(qū)，那么Vgs3也是確定的。

如果Vdsat3大概在100mV到200mV之間（作者君的習(xí)慣），并且M3的Vds3也大概比Vdsat3多100mV左右，作者君會(huì)認(rèn)為M3的size就調(diào)好了，不需要?jiǎng)恿恕?/p>

如果Vdsat3的數(shù)值太小，也就是這個(gè)管子太過(guò)于strong了，減?。╓/L）3就好；

如果Vdsat3的數(shù)值太大，也就是這個(gè)管子太過(guò)于weak了，增大（W/L）3就好；

Vds2：M2是主要的電流源，所以一般給它預(yù)留的Vdsat2，以及Vds2會(huì)稍微大一些。比如作者君一般的習(xí)慣，Vdsat2會(huì)給大概150mV到250mV的預(yù)留。同樣Vds2會(huì)給多100mV左右的預(yù)留。

假設(shè)我們已經(jīng)調(diào)節(jié)好了M3的size。如果此時(shí)看到的Vds2在我們預(yù)留范圍內(nèi)，那么就大功告成了。撒花！

如果Vds2過(guò)小，那么就減小V1吧！因?yàn)橐粋€(gè)飽和區(qū)的M3，V3其實(shí)是會(huì)跟著V1一起浮動(dòng)的。減小V1就很容易了，M1是個(gè)diode嘛！要讓M1的Vgs變大，那就減小（W/L）1.

跟V1相關(guān)的M3已經(jīng)確定了，我們來(lái)花力氣針對(duì)一下和V2有關(guān)的M2吧！

首先，我們還是看看M2的周?chē)h(huán)境：M3已經(jīng)確定的情況下，V3是基本固定的；

此時(shí)，如果Vgs2大小合適，也就是Vdsat2是在前面提到的范圍內(nèi)，那就哈哈哈，完工！

如果Vgs2不夠好，那就調(diào)M2吧！

Vgs2如果太小，說(shuō)明M太strong，減小（W/L）2就好；

Vgs2如果太大，說(shuō)明M太weak，增大（W/L）2就好；

最后，我們?cè)谝呀?jīng)確定了M1，M2，M3的情況下，再重新看看M2和M3的Vds。

可能出現(xiàn)的一種情況是：M3的Vds3有點(diǎn)大。假設(shè)這種情況：理想的Vds3是250mV，Vds2是350mV，但是此時(shí)的Vds3是500mV。

大家想想看，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？

一般來(lái)說(shuō)，這是由于比較大的Vth2造成的。

因?yàn)閂gs2=Vds2+Vds3，所以如果此時(shí)的Vth2是600mV，Vdsat2是250mV，就會(huì)出現(xiàn)Vds2是350mV，而Vds3是500mV的情況。

怎么辦？或者說(shuō)需要調(diào)嗎？

那就看你的要求啦！如果一般情況下你的電流源的負(fù)載會(huì)讓M3的drain這邊產(chǎn)生大概1V的電壓，當(dāng)你的Vdd是1.8V的時(shí)候，等效M3的Vds3也有450mV。作者君覺(jué)得，放過(guò)自己未嘗不是一件好事情？^_^

如果你的Vdd只有1.6V（不要問(wèn)我為什么設(shè)置這樣的Vdd，當(dāng)然是為了好算啊！1V+250mV+350mV），嘿嘿嘿，沒(méi)辦法，革命尚未成功……

因?yàn)檎{(diào)節(jié)M2和M3的過(guò)程就是打地鼠，如果只是Vds3造成的問(wèn)題，我們?yōu)槭裁床粨Q個(gè)思考方向呢？

當(dāng)當(dāng)當(dāng)！surprise！加個(gè)電阻R1就好了！

這個(gè)電阻分去了Vds3上面不應(yīng)該有的500mV-250mV=250mV的電壓，讓這個(gè)bias的產(chǎn)生支路和有外界loading的右邊各個(gè)支路的情況變得接近。所以能過(guò)讓current mirror變得更準(zhǔn)確。

最后留個(gè)課堂作業(yè)吧？有時(shí)候，我們能看到有這樣的電阻R2-4存在，大家說(shuō)說(shuō)它有什么作用？

PS：最后多說(shuō)一句，如果需要有倍數(shù)的加大current mirror，大家務(wù)必保證L是一樣的。比如說(shuō)W/L=1u/0.5u是bias產(chǎn)生模塊里面2uA對(duì)應(yīng)的size，那么要mirror出4uA的電流，應(yīng)該是W/L=2u/0.5u，而不是說(shuō)只要ratio成比例就行。大家可以試試看4u/1u能不能讓你得到精確的mirror的4uA電流？

編輯：jq