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，作者君目前還是能挺快的調(diào)好管子的參數(shù)的。不過回想起來剛學(xué)模擬電路的時候，作者君也是曾經(jīng)感覺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，幫助大家更快的跳過這個“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bias 產(chǎn)生電路。我們有了從外面拉進來的兩路電流Iref，所以這左邊三個管子就是我們調(diào)節(jié)這個bias的全部工作量了。應(yīng)該很容易吧？

讓我們試試看？

首先確定V1.

因為V1是diode M1產(chǎn)生的，對于右邊的M2和M3來說，它包括兩個電壓，Vgs3和Vds2. 我們來分別看看這兩方面：

Vgs3：因為電流已經(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，作者君會認(rèn)為M3的size就調(diào)好了，不需要動了。

如果Vdsat3的數(shù)值太小，也就是這個管子太過于strong了，減小（W/L）3就好；

如果Vdsat3的數(shù)值太大，也就是這個管子太過于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會稍微大一些。比如作者君一般的習(xí)慣，Vdsat2會給大概150mV到250mV的預(yù)留。同樣Vds2會給多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過小，那么就減小V1吧！因為一個飽和區(qū)的M3，V3其實是會跟著V1一起浮動的。減小V1就很容易了，M1是個diode嘛！要讓M1的Vgs變大，那就減?。╓/L）1.

跟V1相關(guān)的M3已經(jīng)確定了，我們來花力氣針對一下和V2有關(guān)的M2吧！

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

此時，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，說明M太strong，減小（W/L）2就好；

Vgs2如果太大，說明M太weak，增大（W/L）2就好；

最后，我們在已經(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有點大。假設(shè)這種情況：理想的Vds3是250mV，Vds2是350mV，但是此時的Vds3是500mV。

大家想想看，為什么會出現(xiàn)這樣的情況呢？

一般來說，這是由于比較大的Vth2造成的。

因為Vgs2=Vds2+Vds3，所以如果此時的Vth2是600mV，Vdsat2是250mV，就會出現(xiàn)Vds2是350mV，而Vds3是500mV的情況。

怎么辦？或者說需要調(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的時候，等效M3的Vds3也有450mV。作者君覺得，放過自己未嘗不是一件好事情？^_^

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

因為調(diào)節(jié)M2和M3的過程就是打地鼠，如果只是Vds3造成的問題，我們?yōu)槭裁床粨Q個思考方向呢？

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

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

最后留個課堂作業(yè)吧？有時候，我們能看到有這樣的電阻R2-4存在，大家說說它有什么作用？

PS：最后多說一句，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W/L=1u/0.5u是bias產(chǎn)生模塊里面2uA對應(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