模擬工程師：電流鏡還需要關(guān)注建立速度？

前段時(shí)間做項(xiàng)目時(shí)遇到了一個(gè)超壓?jiǎn)栴}。可以說(shuō)，超壓?jiǎn)栴}也算模擬工程師的一個(gè)死對(duì)頭了。超壓?jiǎn)栴}的解決當(dāng)然有很多辦法啦，比如換管子類型、改電路結(jié)構(gòu)等，有很多細(xì)節(jié)上的處理技巧。但這個(gè)問(wèn)題最后的解決辦法是比較有意思的，最后是利用了電流鏡的建立時(shí)間來(lái)解決了超壓?jiǎn)栴}。

電流鏡還需要關(guān)注建立速度？是的，有時(shí)候還挺重要的，筆者之前做的ADC項(xiàng)目有個(gè)使能不斷開(kāi)關(guān)的省功耗模式，就對(duì)電流的建立速度提出了苛刻的要求。建立速度還能影響到耐壓？是的。只能說(shuō)實(shí)際工程領(lǐng)域，一切皆有可能。

那么這具體是怎么一回事呢？我先介紹一下遇到的問(wèn)題。

該問(wèn)題出現(xiàn)的電路是一個(gè)OP構(gòu)成的信號(hào)鏈電路，它主要是實(shí)現(xiàn)包括信號(hào)放大、ECC（回波消除）、EQ（均衡）、BLW（基線漂移補(bǔ)償）等功能。電源域是2.5V，但OP的對(duì)管全部采用1.2V管子來(lái)做（至于為什么這么做，說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)，和今天探討的問(wèn)題關(guān)系不大，只需知道這種做法還是比較常見(jiàn)的），因此在進(jìn)行使能切換仿真的時(shí)候1.2V管出現(xiàn)了瞬時(shí)超壓。這里有必要提一下，低壓管如Vgs瞬態(tài)電壓等超過(guò)了1.2V的+20%，且脈沖持續(xù)時(shí)間大于20ns即被認(rèn)為有超壓風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然不同公司的要求可能不太一樣。

超壓這件事情呢，有時(shí)候是比較煩人的。為了避免超壓，有時(shí)候需要改動(dòng)電路結(jié)構(gòu)，或者更換耐壓更高的器件啥的，最后的電路可能不超壓了，但性能卻也下降了。有些情況這也是沒(méi)有辦法的事情，因?yàn)槌瑝簩儆诳煽啃詥?wèn)題，因此往往要硬著頭皮來(lái)改電路，所以這也是一個(gè)模擬工程師不得不權(quán)衡的地方。一個(gè)電路無(wú)超壓?jiǎn)栴}，就需要考慮它所有的可能場(chǎng)景。穩(wěn)態(tài)不超壓只能說(shuō)是基本要求，此外，比如使能切換場(chǎng)景、上電過(guò)程場(chǎng)景都要保證不超壓。上述那個(gè)超壓?jiǎn)栴}就是在使能切換時(shí)出現(xiàn)的。

解決超壓?jiǎn)栴}的第一步當(dāng)然是分析波形，理清因果關(guān)系，然后針對(duì)這個(gè)“因”來(lái)思考解決的辦法。說(shuō)實(shí)話，我個(gè)人體會(huì)，“分析波形”與“理清因果”的鴻溝就如同“知道”和“做到”之間的鴻溝一樣巨大。分析過(guò)程可以清楚看到一個(gè)工程師的思考方式、技術(shù)能力以及經(jīng)驗(yàn)豐富程度。圍繞超壓的那個(gè)管子點(diǎn)開(kāi)了各個(gè)波形，經(jīng)過(guò)分析，兩個(gè)不同的人可能找到的“因”是不一樣的，甚至都有可能完全相悖。這也是模擬電路里挺有意思挺奇妙的地方。我有時(shí)候還挺樂(lè)于探究別的同事對(duì)某個(gè)問(wèn)題的分析思路，尤其是當(dāng)他們點(diǎn)開(kāi)一個(gè)個(gè)的波形講解的時(shí)候，你就能感受到他們的思考方式。我發(fā)現(xiàn)，有的人擅長(zhǎng)基于波形去分析波形，而有的人卻很擅長(zhǎng)從電路原理角度去分析波形，聽(tīng)著是不是一句廢話？但事實(shí)和我的經(jīng)驗(yàn)就是這樣，后者往往更容易從錯(cuò)綜復(fù)雜的波形中靈光一現(xiàn)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。我有限的經(jīng)驗(yàn)帶給我以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

當(dāng)你對(duì)電路原理理解不夠的時(shí)候，解決問(wèn)題往往是一件特困難的事情;

當(dāng)你對(duì)電路原理理解不夠的時(shí)候，要做好電路也是一件特困難的事情。

耐壓?jiǎn)栴}解決的分析過(guò)程很難用文字以符合邏輯的方式描述清楚，我也就不考驗(yàn)我的文字技巧了?？傊?jīng)過(guò)分析，我們找到的“因”是這樣的：認(rèn)為是OP的P管的偏置電流比尾部電流源的偏置電流建立快引起的問(wèn)題。很自然的。我們想到的是，如果讓OP的P管的偏置電流比尾部電流源的偏置電流建立慢下來(lái)，那問(wèn)題是不是解決了。這是個(gè)值得嘗試的措施，因?yàn)樾枰母膭?dòng)很小。

為了直觀一點(diǎn)，我們用下圖來(lái)舉例說(shuō)明。，用IPM代表OP的P管偏置電流，用INM代表OP的N管的偏置電流。正常情況下IPM建立的速度是快于INM的，這是因?yàn)楫?dāng)IREF給到時(shí)，A、B、C三點(diǎn)的偏壓是按指數(shù)規(guī)律依次建立的，因此存在一個(gè)先后順序，也就造成了電流的建立有快有慢。如果我們選擇用I2代替INM，則I2的建立速度將快于IPM。經(jīng)過(guò)這樣的改動(dòng)后，結(jié)果也確實(shí)是令人振奮的，有效解決了超壓?jiǎn)栴}。

電流鏡示意圖

審核編輯：黃飛