生成任意幅度的偏置電流網(wǎng)絡(luò) - 第二部分

在本系列的上一篇文章中，推導(dǎo)出了一個(gè)方程來描述第 N 個(gè) R 的比率設(shè)置電阻在下面的圖1中。

圖 1：吸電流網(wǎng)絡(luò)

該等式同樣如下：

那么，關(guān)于等式1可以說些什么呢？首先，對(duì)于最小值比率為 1，相應(yīng)的 MRN 比率也將是 1，正如預(yù)期的那樣。其次，對(duì)于 MIN 大于 1 的值，請(qǐng)注意，等式 1 分母的兩個(gè)項(xiàng)具有不同的符號(hào)。這意味著根據(jù)所涉及的某些物理量（Kn，RSET1，VREF），MRN可以變得任意大。因此，應(yīng)避免使用該區(qū)域，而應(yīng)支持最小值≤ 1 區(qū)域;也就是說，通過確保所有 N 的 ISINKN 小于或等于 ISINK1。

請(qǐng)注意，允許公式1中根項(xiàng)的分母（Kn、RSET1、VREF乘積）變大會(huì)導(dǎo)致MRN和MIN在極限中呈1：1線性關(guān)系。最終，VREF和RSET1可以采用的可用值范圍將受到水槽所需裕量的限制;盡管值得注意的是，對(duì)于固定的ISINK1值，增加VREF也需要增加RSET1。產(chǎn)品中的最后一個(gè)變量 Kn 是 MOSFET 的過程跨導(dǎo)，可以通過器件選擇實(shí)現(xiàn)最大化。Kn對(duì)MRN，MIN關(guān)系（跨越五十個(gè)Kn值）線性的影響如下圖2所示。

圖 2：不同過程跨導(dǎo)范圍內(nèi)的電阻比與電流比

跨導(dǎo)過程因其依賴于載流子遷移率、氧化物介電常數(shù)和氧化物厚度（μ, εox, tox） - 所有材料和工藝屬性：

但是，它也取決于器件的W/L比，因此通常較大的器件將導(dǎo)致公式1中的線性行為越來越強(qiáng)。雖然大多數(shù)數(shù)據(jù)表不包括Kn，但它可以通過一個(gè)常見的數(shù)據(jù)表參數(shù)（正向跨導(dǎo)）計(jì)算，通常列為gm或gFS：

因此，使用公式7可以為偏置網(wǎng)絡(luò)選擇最佳的MOSFET器件。此外，獲得該值后，可以在公式1中使用它來計(jì)算（更準(zhǔn)確地）所需的R塞特恩電阻值以產(chǎn)生所需的I沉沒電流。

需要注意的是，公式1傾向于高估最小值≤1區(qū)域的RSETN電阻;也就是說，它會(huì)導(dǎo)致電流低于所需值。然而，理想的晶體管外殼（MIN=MRN）總是會(huì)低估該區(qū)域的RSETN電阻。因此，計(jì)算這兩個(gè)值最終將綁定所需的確切值。 考慮兩個(gè)隨機(jī)選擇的NFET，N溝道MOSFET A和N溝道MOSFET B，如表1所示，它們分別列出了5.5A/V2（ID=9A）和15A/V2（ID=31A）的gFS值。假設(shè)這些用于實(shí)現(xiàn) 1/4 的最小比率;校正后的RSETN和MRN比率使用下表1中的公式1（以及一些簡單的設(shè)計(jì)值）計(jì)算。

表 1：MIN=1/4 時(shí)的電路參數(shù)以及計(jì)算的 RSETN 和 MRN

使用上面列出的N溝道MOSFET B的條件，圖3顯示了圖1電路的TINA-TI仿真結(jié)果，該仿真采用根據(jù)理想情況（這些條件下為5Ω）、校正情況（公式1）和這兩者的平均值計(jì)算的RSETN值。

圖 3：理想值、校正值和平均 RSETN 值的灌電流與漏極電壓的關(guān)系

使用 N 溝道 MOSFET A 和 N 溝道 MOSFET B 以及三個(gè) R 的仿真結(jié)果塞特恩值（如上所述）與相應(yīng)的百分比誤差計(jì)算匯總在下面的表 2 中。

表 2：RSETN 計(jì)算方法和得出的精度

最終，只要滿足某些條件，就可以使用單個(gè)反饋器件來推導(dǎo)出任意值的偏置網(wǎng)絡(luò)：特別是初級(jí)反饋驅(qū)動(dòng)支路中的電流是網(wǎng)絡(luò)中最大的，并且每個(gè)支路都保持適當(dāng)?shù)脑Ａ?。因此，從單個(gè)基準(zhǔn)電壓源建立偏置網(wǎng)絡(luò)。

審核編輯：郭婷