生成任意量級的偏置電流網(wǎng)絡(luò)（二）

本系列上一篇文章中，得出了描述如圖1中第N個R_SET電阻比的等式。

圖1：灌電流網(wǎng)絡(luò)

該等式如下所示：

現(xiàn)在，關(guān)于等式1，有什么可說的呢？首先，M_IN比為1時，相應(yīng)的M_RN比也將為1，這恰如預(yù)計的一樣。第二，M_IN大于1時，等式1分母中兩個項具有不同的表現(xiàn)。這意味著基于某些相關(guān)物理量（K_n、R_SET1、V_REF）的取值，M_RN可以變得任意大。因此，應(yīng)避開這一范圍，相應(yīng)地，應(yīng)轉(zhuǎn)向M_IN ≤ 1區(qū)域，即確保I_SINKN小于或等于I_SINK1，N取任意值。

注意，等式1中根項的分母（K_n、R_SET1、V_REF乘積）在M_RN與M_IN1:1線性關(guān)系中可導(dǎo)致結(jié)果變得極大。最終，V_REF和R_SET1可增大該乘積結(jié)果的可用范圍值將受相應(yīng)的沉余量所限制，不過值得注意的是，I_SINK1值固定時，增加V_REF需要同時增加R_SET1。乘積中最后一個變量K_n是MOSFET過程跨導(dǎo)，可通過設(shè)備的選擇使其最大化。K_n針對M_RN與M_IN線性關(guān)系（50個K_n取值）的影響見以下圖2所示。

圖2：過程跨導(dǎo)電阻比vs電流比

過程跨導(dǎo)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(shù)和氧化層厚度（μ、ε_ox、t_ox）的依賴：

不過，它也依賴于設(shè)備的W/L比，所以在一般較大的設(shè)備中，等式1將表現(xiàn)出更為突出的線性行為。雖然大多數(shù)數(shù)據(jù)資料中不包括K_n，但它可以從一個普通的參數(shù)計算而來，這個參數(shù)是向前跨導(dǎo)，往往記作g_m或g_FS：

回想一下飽和區(qū)工作的NMOS漏極電流等式為：

忽略通道長度調(diào)制并調(diào)整方程4的項后，可得出：

將結(jié)果代入等式3，最終得出K_n：

因此運用等式7可為偏置網(wǎng)絡(luò)選擇最優(yōu)的MOSFET設(shè)備。此外，獲得該值后，可用于等式1以（更準(zhǔn)確地）計算出所需R_SETN電阻值，從而生成所需I_SINKN電流。

須重點注意的是，等式1傾向于高估M_IN≤1區(qū)域的R_SETN電阻；也就是說，這會導(dǎo)致電流低于所需值。然而理想的晶體管(M_IN=M_RN)總會使這一區(qū)域的R_SETN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(jī)選擇的NFET、2N6755和IRFZ40，其中列出了g_FS分別為5.5A/V²(I_D= 9A)和15A/V²(I_D=31A)。假設(shè)用以實施的M_IN比為?，用等式1計算糾正的R_SETN和M_RN比值（以及一些簡單的設(shè)計值），結(jié)果如下面表1所示。

表1：電路參數(shù)和計算出的R_SETN和M_RN（M_IN=?）

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

圖3：理想、糾正與平均R_SETN值下的灌電流vs漏極電壓

使用2N6755和IRFZ40兩者進(jìn)行模擬的結(jié)果以及R_SETN的三個不同取值經(jīng)匯總后見以下表2，其中已計算出百分誤差。

表2：R_SETN計算方法與相應(yīng)準(zhǔn)確性

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

原文鏈接：

http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/01/25/generating-bias-current-networks-with-arbitrary-magnitudes-part-two