生成任意量級(jí)的偏置電流網(wǎng)絡(luò)

本之前文章中，得出了描述如圖1中第N個(gè)RSET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，MIN比為1時(shí)，相應(yīng)的MRN比也將為1，這恰如預(yù)計(jì)的一樣。第二，MIN大于1時(shí)，等式1分母中兩個(gè)項(xiàng)具有不同的表現(xiàn)。這意味著基于某些相關(guān)物理量（Kn、RSET1、VREF）的取值，MRN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MIN ≤ 1區(qū)域，即確保ISINKN小于或等于ISINK1，N取任意值。

注意，等式1中根項(xiàng)的分母（Kn、RSET1、VREF乘積）在MRN與MIN1:1線性關(guān)系中可導(dǎo)致結(jié)果變得極大。最終，VREF和RSET1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，ISINK1值固定時(shí)，增加VREF需要同時(shí)增加RSET1。乘積中最后一個(gè)變量Kn是MOSFET過程跨導(dǎo)，可通過設(shè)備的選擇使其最大化。Kn針對(duì)MRN與MIN線性關(guān)系（50個(gè)Kn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(duì)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、εox、tox）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Kn，但它可以從一個(gè)普通的參數(shù)計(jì)算而來，這個(gè)參數(shù)是向前跨導(dǎo)，往往記作gm或gFS：

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(xiàng)后，可得出：

將結(jié)果代入等式3，最終得出Kn：

因此運(yùn)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(jì)算出所需RSETN電阻值，從而生成所需ISINKN電流。

須重點(diǎn)注意的是，等式1傾向于高估MIN≤1區(qū)域的RSETN電阻；也就是說，這會(huì)導(dǎo)致電流低于所需值。然而理想的晶體管(MIN=MRN)總會(huì)使這一區(qū)域的RSETN電阻被低估。因此，計(jì)算這兩個(gè)值將最終限制住所需的確切值。兩個(gè)隨機(jī)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(shè)用以實(shí)施的MIN比為?，用等式1計(jì)算糾正的RSETN和MRN比值（以及一些簡單的設(shè)計(jì)值），結(jié)果如下面表1所示。

表1：電路參數(shù)和計(jì)算出的RSETN和MRN（MIN=?）

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，RSETN值的計(jì)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RSETN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RSETN的三個(gè)不同取值經(jīng)匯總后見以下表2，其中已計(jì)算出百分誤差。

表2：RSETN計(jì)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(dòng)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(gè)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。

審核編輯：郭婷