Źródła i zwierciadła prądowe

PUAV Wykład 6

Źródła i zwierciadła prądowe

Źródła i zwierciadła prądowe Źródło prądowe: element lub układ, który wymusza w jakiejś gałęzi prąd o określonej wartości

Źródła i zwierciadła prądowe Źródło prądowe: element lub układ, który wymusza w jakiejś gałęzi prąd o określonej wartości Zwierciadło (lustro) prądowe: źródło prądowe, które wymusza prąd o wartości równej (lub będącej w określonym stosunku do) prądu w innej gałęzi układu

Źródła i zwierciadła prądowe Źródło prądowe: element lub układ, który wymusza w jakiejś gałęzi prąd o określonej wartości Zwierciadło (lustro) prądowe: źródło prądowe, które wymusza prąd o wartości równej (lub będącej w określonym stosunku do) prądu w innej gałęzi układu Źródło prądu odniesienia: układ generujący prąd o określonej wartości, który jest powielany przez zwierciadła prądowe (zwykle chcemy, aby prąd odniesienia był stabilny i miał mały rozrzut produkcyjny)

Zwierciadło najprostsze o

Zwierciadło najprostsze o Źródło prądowe

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) o 350.0 300.0 250.0 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 200.0 150.0 100.0 50.0-0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) o 350.0 300.0 250.0 Źródło prądu odniesienia Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 200.0 150.0 100.0 50.0-0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) o 350.0 300.0 250.0 Źródło prądu odniesienia Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 200.0 150.0 100.0 50.0 Zwierciadło prądowe -0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) 350.0 o 300.0 Źródło prądu odniesienia VDS1 M1 M2 VGS VDS2 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 Zwierciadło prądowe -0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V ' 0 = µc ox ' = µc ox W L W L 1 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( 1+ λv ) DS1 ( 1+ λv ) DS2

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) 350.0 o 300.0 Źródło prądu odniesienia VDS1 M1 M2 VGS VDS2 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 ' 0 = µc ox ' = µc ox W L W L 1 2 Zwierciadło prądowe ( V GS V ) 2 TH 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( 1+ λv ) DS1 ( 1+ λv ) DS2-0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V Przyczyny różnic między 0, a :

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) 350.0 o 300.0 Źródło prądu odniesienia VDS1 M1 M2 VGS VDS2 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 ' 0 = µc ox ' = µc ox W L W L 1 2 Zwierciadło prądowe ( V GS V ) 2 TH 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( 1+ λv ) DS1 ( 1+ λv ) DS2-0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V Przyczyny różnic między 0, a : różne wartości VDS

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) 350.0 o 300.0 Źródło prądu odniesienia VDS1 M1 M2 VGS VDS2 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 ' 0 = µc ox ' = µc ox W L W L 1 2 Zwierciadło prądowe ( V GS V ) 2 TH 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( 1+ λv ) DS1 ( 1+ λv ) DS2-0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V Przyczyny różnic między 0, a : różne wartości VDS rozrzuty lokalne (VTH, W, L)

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) 350.0 o 300.0 Źródło prądu odniesienia VDS1 M1 M2 VGS VDS2 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 Zwierciadło prądowe -0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V ' 0 = µc ox ' = µc ox W L W L 1 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( 1+ λv ) DS1 ( 1+ λv ) DS2 Przyczyny różnic między 0, a : różne wartości VDS rozrzuty lokalne (VTH, W, L) Redukcja wpływu VDS : długie tranzystory (im większe L, tym mniejsza λ)(

Zwierciadło najprostsze ua -i(vds) 350.0 o 300.0 Źródło prądu odniesienia VDS1 M1 M2 VGS VDS2 Źródło prądowe czyli tranzystor w zakresie nasycenia 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 ' 0 = µc ox ' = µc ox W L W L 1 2 Zwierciadło prądowe ( V GS V ) 2 TH 2 ( V GS V ) 2 TH 2 ( 1+ λv ) DS1 ( 1+ λv ) DS2-0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 voltage sweep V Przyczyny różnic między 0, a : różne wartości VDS rozrzuty lokalne (VTH, W, L) Redukcja wpływu VDS : długie tranzystory (im większe L, tym mniejsza λ)( Redukcja rozrzutów: duże tranzystory, zwarta topografia, jednakowe T

Zwierciadło najprostsze VDD Wariant zwierciadła najprostszego o A Zwierciadło prądowe klasyczne

Zwierciadło najprostsze VDD o A Wariant zwierciadła najprostszego Podłoże można użyć jako bramkę. Można to zrobić, jeśli tranzystory są na izolowanej wyspie. Zwierciadło prądowe klasyczne

Zwierciadło najprostsze VDD o A Wariant zwierciadła najprostszego Podłoże można użyć jako bramkę. Można to zrobić, jeśli tranzystory są na izolowanej wyspie. Zwierciadło prądowe klasyczne VDD Vp o A Wyspa Zwierciadło prądowe z podłożem jako bramką

Zwierciadło najprostsze VDD o A Wariant zwierciadła najprostszego Podłoże można użyć jako bramkę. Można to zrobić, jeśli tranzystory są na izolowanej wyspie. ua 2.8 2.6 (-i(vdd2)) (-i(vdd4)) (-i(vdd1)) (-i(vdd3)) Alter 1 2.4 Zwierciadło prądowe klasyczne VDD 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 Vp o A Wyspa 1.0 0.8 0.6 0.4 Zwierciadło prądowe z podłożem jako bramką 0.2 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 voltage sweep mv Zależność prądu od napięcia na drenie prawego tranzystora jest praktycznie taka sama. V A

Zwierciadło najprostsze VDD Wariant zwierciadła najprostszego Vp o A Wyspa

Zwierciadło najprostsze VDD Wariant zwierciadła najprostszego Vp o A Wyspa Wady: izolowana wyspa, dodatkowe nap. polaryzacji

Zwierciadło najprostsze VDD Wariant zwierciadła najprostszego Vp o A Wyspa Wady: izolowana wyspa, dodatkowe nap. polaryzacji Zaleta: lepiej się nadaje przy niskich napięciach zasilania

Zwierciadło najprostsze VDD Wariant zwierciadła najprostszego Vp o A Wyspa Wady: izolowana wyspa, dodatkowe nap. polaryzacji Zaleta: lepiej się nadaje przy niskich napięciach zasilania ua (-i(vdd4)) (-i(vdd3)) Alter 1 o, 8.0 Źródło klasyczne 6.0 4.0 2.0-0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 voltage sweep V VDD

Zwierciadło najprostsze VDD Wariant zwierciadła najprostszego Vp o A Wyspa Wady: izolowana wyspa, dodatkowe nap. polaryzacji Zaleta: lepiej się nadaje przy niskich napięciach zasilania ua (-i(vdd4)) (-i(vdd3)) Alter 1 ua (-i(vdd2)) (-i(vdd1)) o, 8.0 Źródło klasyczne o, 8.0 Wariant 6.0 6.0 4.0 4.0 2.0 2.0-0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 voltage sweep V VDD 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 voltage sweep V VDD

Zwierciadło najprostsze Przykład topografii minimalizującej lokalne rozrzuty deterministyczne 0 M1 M1 M2 M2 M1 M1 M2 M2

Zwierciadło najprostsze Rozmieszczenie tranzystorów w dużym układzie

Zwierciadło najprostsze Rozmieszczenie tranzystorów w dużym układzie Źle - rezystancja długiego połączenia wprowadza różnicę napięć VGS Dobrze

Zwierciadło najprostsze Rozmieszczenie tranzystorów w dużym układzie Źle - rezystancja długiego połączenia wprowadza różnicę napięć VGS Dobrze o M1 M2 VDS2 Rezystancja wyjściowa (małosygnałowa): Minimalne napięcie VDS2: (z warunku nasycenia M2) r wy = 1 λ V DS2min = V GS V TH

Zespół źródeł/zwierciadeł o 1 2 3 4 4 W L 0 W L 1 W L 2 W L 3 W L 4 W L 5

Zespół źródeł/zwierciadeł o 1 2 3 4 4 W L 0 W L 1 W L 2 W L 3 W L 4 W L 5 Jeśli wszystkie tranzystory mają jednakowe długości kanałów, to

Zespół źródeł/zwierciadeł o 1 2 3 4 4 W L 0 W L 1 W L 2 W L 3 W L 4 W L 5 Jeśli wszystkie tranzystory mają jednakowe długości kanałów, to 0 W 0 = 1 W 1 = 2 W 2 = 3 W 3 = 4 W 4 = 5 W 5

Zespół źródeł/zwierciadeł o 1 2 3 4 4 W L 0 W L 1 W L 2 W L 3 W L 4 W L 5 Jeśli wszystkie tranzystory mają jednakowe długości kanałów, to 0 W 0 = 1 W 1 = 2 W 2 = 3 W 3 = 4 W 4 = 5 W 5 Tranzystory grupuje się obok siebie, by uniknąć długiego połączenia masy

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4 Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 g m4 v gs4 r ds4 r ds2 i wy v wy

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4 Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 g m4 v gs4 r ds4 r ds2 i wy v wy Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 r ds2 r ds4 g m4 v gs4 r ds4 i wy v wy

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4 Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 g m4 v gs4 r ds4 r ds2 i wy v wy Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 r ds2 r ds4 g m4 v gs4 r ds4 i wy v wy v wy = i wy r ds2 + i wy r ds4 g m4 v gs4 r ds4

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4 Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 g m4 v gs4 r ds4 r ds2 i wy v wy Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 r ds2 r ds4 g m4 v gs4 r ds4 i wy v wy v wy = i wy r ds2 + i wy r ds4 g m4 v gs4 r ds4 = i wy r ds2 + i wy r ds4 + g m4 i wy r ds2 r ds4

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4 Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 g m4 v gs4 r ds4 r ds2 i wy v wy Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 r ds2 r ds4 g m4 v gs4 r ds4 i wy v wy v wy = i wy r ds2 + i wy r ds4 g m4 v gs4 r ds4 = i wy r ds2 + i wy r ds4 + g m4 i wy r ds2 r ds4 stąd rezystancja wyjściowa: r wy = r ds2 + r ds4 + r ds4 g m4 r ds2 r ds4 g m4 r ds2

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o Zwierciadło kaskodowe M3 M4 G4 M1 M2 S4 Vwy Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 g m4 v gs4 r ds4 r ds2 i wy v wy Rz G4 1 g m3 1 g m1 S4 r ds2 r ds4 g m4 v gs4 r ds4 i wy v wy v wy = i wy r ds2 + i wy r ds4 g m4 v gs4 r ds4 = i wy r ds2 + i wy r ds4 + g m4 i wy r ds2 r ds4 stąd rezystancja wyjściowa: r wy = r ds2 + r ds4 + r ds4 g m4 r ds2 r ds4 g m4 r ds2 Minimalne napięcie Vwy: V wy = V GS1 + V GS 3 V GS 4 + V DSsat 4 2V DSsat + V TH

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Rz o M3 M4 Zwierciadło Wilsona M1 M2 VGS1

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Zwierciadło Wilsona Rz o M3 M4 M1 M2 Rezystancja wyjściowa: r wy r ds4 g m4 g m2 g m1 r T R Z g m3 ( ) 1+ R Z g m3 gdzie r T = r ds1 R Z + 1 g m3 VGS1 RZ: rezystancja zewnętrzna, powinna być większa od rds

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Zwierciadło Wilsona Rz o M3 M4 M1 M2 Vwy Rezystancja wyjściowa: r wy r ds4 g m4 g m2 g m1 r T R Z g m3 ( ) 1+ R Z g m3 gdzie r T = r ds1 R Z + 1 g m3 VGS1 RZ: rezystancja zewnętrzna, powinna być większa od rds Minimalne napięcie Vwy: V wymin = V GS1 + V DSsat 4 = V TH + V DSsat1 + V DSsat 4 2V DSsat + V TH

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej o Zwierciadło precyzyjne Vp M3 M4 M1 M2

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Zwierciadło precyzyjne Vp o M3 M4 Rezystancja wyjściowa jak dla źródła kaskodowego: r wy r ds4 g m4 r ds2 M1 M2

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Zwierciadło precyzyjne Vp o M3 M4 Rezystancja wyjściowa jak dla źródła kaskodowego: Vwy r wy r ds4 g m4 r ds2 M1 M2 Minimalne napięcie Vwy: V wymin 2V DSsat

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Zwierciadło precyzyjne Vp o M3 M4 Rezystancja wyjściowa jak dla źródła kaskodowego: Vwy r wy r ds4 g m4 r ds2 M1 M2 Minimalne napięcie Vwy: V wymin 2V DSsat Napięcie polaryzujące Vp musi zapewnić pracę tranzystorów w nasyceniu; stąd w przybliżeniu V TH + 2V DSsat < V p < 2V TH + V DSsat

Zwierciadła prądowe Zwierciadła o zwiększonej rezystancji wyjściowej Zwierciadło precyzyjne Vp o M3 M4 Rezystancja wyjściowa jak dla źródła kaskodowego: M1 M2 Vwy r wy r ds4 g m4 r ds2 Minimalne napięcie Vwy: V wymin 2V DSsat Napięcie polaryzujące Vp musi zapewnić pracę tranzystorów w nasyceniu; stąd w przybliżeniu ua 101.5 101.0 100.5 100.0 vi#branch 0 = 100µA V TH + 2V DSsat < V p < 2V TH + V DSsat 99.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 voltage sweep V Vp

Źródła prądu odniesienia VDD Rz o VGS R Z = V DD V GS 0

Źródła prądu odniesienia VDD VDD VDD VDD Rz o o o o VGS VGS VGS VGS R Z = V DD V GS 0 Zbyt duże rezystancje zastępuje się tranzystorami

Źródła prądu odniesienia VDD VDD VDD VDD Rz o o o o VGS VGS VGS VGS R Z = V DD V GS 0 Zbyt duże rezystancje zastępuje się tranzystorami Wada: prąd uzależniony od napięcia zasilania VDD

Źródła prądu odniesienia Źródło dające prąd mało uzależniony od napięcia zasilania VDD VDD o VGS3 M3 VGS4 R M4 M1 M2

Źródła prądu odniesienia Źródło dające prąd mało uzależniony od napięcia zasilania VDD VDD o VGS3 M3 VGS4 R M4 M1 M2 Prądy 0 oraz są jednakowe dzięki zwierciadłu prądowemu M1 - M2

VDD Źródła prądu odniesienia Źródło dające prąd mało uzależniony od napięcia zasilania VDD o VGS3 M3 VGS4 R M4 M1 M2 Prądy 0 oraz są jednakowe dzięki zwierciadłu prądowemu M1 - M2 Tranzystor M4 ma stosunek W/L większy, niż tranzystor M3. Dzięki temu napięcie napięcie VGS4 jest mniejsze, niż VGS3. Różnica tych napięć odkłada się na rezystorze R. Stąd prąd wynosi: = V GS 3 V GS 4 R

Źródła prądu odniesienia Źródło dające prąd mało uzależniony od napięcia zasilania VDD VDD VDD o VGS3 M3 VGS4 M1 M2 R M4 o M1 M2 M3 VGS3 VGS4 M4 R Prądy 0 oraz są jednakowe dzięki zwierciadłu prądowemu M1 - M2 Tranzystor M4 ma stosunek W/L większy, niż tranzystor M3. Dzięki temu napięcie napięcie VGS4 jest mniejsze, niż VGS3. Różnica tych napięć odkłada się na rezystorze R. Stąd prąd wynosi: = V GS 3 V GS 4 R

Źródła napięciowe

Źródła napięciowe Źródło napięciowe: wymusza określoną różnicę potencjałów między dwoma węzłami układu

Źródła napięciowe Źródło napięciowe: wymusza określoną różnicę potencjałów między dwoma węzłami układu Źródło napięcia zasilania: zasila układ napięciem o wartości możliwie jak najmniej zależnej od poboru prądu, czyli ma bardzo małą rezystancję wewnętrzną

Źródła napięciowe Źródło napięciowe: wymusza określoną różnicę potencjałów między dwoma węzłami układu Źródło napięcia zasilania: zasila układ napięciem o wartości możliwie jak najmniej zależnej od poboru prądu, czyli ma bardzo małą rezystancję wewnętrzną Źródło napięcia odniesienia: wytwarza stałą, stabilną różnicę potencjałów, do niej odnoszone są inne napięcia w układzie; może też służyć jako stabilne napięcie polaryzacji. Na ogół nie musi mieć małej rezystancji wewnętrznej.

Źródła napięciowe Źródło napięciowe: wymusza określoną różnicę potencjałów między dwoma węzłami układu Źródło napięcia zasilania: zasila układ napięciem o wartości możliwie jak najmniej zależnej od poboru prądu, czyli ma bardzo małą rezystancję wewnętrzną Źródło napięcia odniesienia: wytwarza stałą, stabilną różnicę potencjałów, do niej odnoszone są inne napięcia w układzie; może też służyć jako stabilne napięcie polaryzacji. Na ogół nie musi mieć małej rezystancji wewnętrznej. Układ przesuwania poziomu składowej stałej: umożliwia łączenie ze sobą bloków układu, pomiędzy którymi przesyłany jest sygnał zmienny, a składowe stałe na odpowiednich wejściach i wyjściach różnią się.

Pierwotne źródła napięciowe Pierwotne źródło napięciowe: dwójnik nieliniowy mający taki zakres charakterystyki prądowo-napięciowej, w którym dużym zmianom prądu odpowiadają małe zmiany napięcia

Pierwotne źródła napięciowe Pierwotne źródło napięciowe: dwójnik nieliniowy mający taki zakres charakterystyki prądowo-napięciowej, w którym dużym zmianom prądu odpowiadają małe zmiany napięcia Typowe wykorzystanie: wymuszamy prąd przez dwójnik (w odpowiednim zakresie charakterystyk), napięciem jest spadek napięcia na dwójniku V

Pierwotne źródła napięciowe

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przebicia (potocznie: dioda Zenera, chociaż przebicie lawinowe) 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 voltage sweep V

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przebicia (potocznie: dioda Zenera, chociaż przebicie lawinowe) 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0 Korzystna charakterystyka -5.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 voltage sweep V

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przebicia (potocznie: dioda Zenera, chociaż przebicie lawinowe) 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 voltage sweep V Korzystna charakterystyka Napięcie rzędu 4-8 V

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przebicia (potocznie: dioda Zenera, chociaż przebicie lawinowe) 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 voltage sweep V Korzystna charakterystyka Napięcie rzędu 4-8 V Napięcie rośnie z temperaturą (ok. 3 mv/k)

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przebicia (potocznie: dioda Zenera, chociaż przebicie lawinowe) 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 voltage sweep V Korzystna charakterystyka Napięcie rzędu 4-8 V Napięcie rośnie z temperaturą (ok. 3 mv/k) W układach CMOS stosowana wyjątkowo w układach zabezpieczenia wejścia/wyjścia

Pierwotne źródła napięciowe

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przewodzenia V BE = kt q ln C J ES0 A E 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przewodzenia V BE = kt q ln C J ES0 A E 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Mniej korzystna charakterystyka

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przewodzenia V BE = kt q ln C J ES0 A E 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Mniej korzystna charakterystyka Napięcie rzędu 0.5-0.8 V

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przewodzenia V BE = kt q ln C J ES0 A E 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Mniej korzystna charakterystyka Napięcie rzędu 0.5-0.8 V Napięcie maleje z temperaturą (ok. 2 mv/k)

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vd) + _ Dioda w zakresie przewodzenia V BE = kt q ln C J ES0 A E 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Mniej korzystna charakterystyka Napięcie rzędu 0.5-0.8 V Napięcie maleje z temperaturą (ok. 2 mv/k) W układach CMOS stosowany jest podłożowy tranzystor bipolarny w połączeniu diodowym; musi pracować w zakresie idealnej charakterystyki C(VBE)

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vds) 5.0 Tranzystor MOS w połączeniu diodowym V GS = V TH + 2 D ' µc ox L W 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vds) 5.0 Tranzystor MOS w połączeniu diodowym V GS = V TH + 2 D ' µc ox L W 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Jeszcze mniej korzystna charakterystyka

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vds) 5.0 Tranzystor MOS w połączeniu diodowym V GS = V TH + 2 D ' µc ox L W 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Jeszcze mniej korzystna charakterystyka Napięcie rzędu VTH + kilkadziesiąt... kilkaset mv

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vds) 5.0 Tranzystor MOS w połączeniu diodowym V GS = V TH + 2 D ' µc ox L W 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Jeszcze mniej korzystna charakterystyka Napięcie rzędu VTH + kilkadziesiąt... kilkaset mv Napięcie maleje z temperaturą (ok. 1.5-3 mv/k)

Pierwotne źródła napięciowe ua -i(vds) 5.0 Tranzystor MOS w połączeniu diodowym V GS = V TH + 2 D ' µc ox L W 4.0 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv Jeszcze mniej korzystna charakterystyka Napięcie rzędu VTH + kilkadziesiąt... kilkaset mv Napięcie maleje z temperaturą (ok. 1.5-3 mv/k) Może być użyty tranzystor NMOS lub PMOS

Pierwotne źródła napięciowe Porównanie ua -i(vd) ua -i(vd) 0.0 5.0-1.0 4.0 Dioda: -2.0-3.0 3.0 2.0-4.0 1.0-5.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0 0.0 voltage sweep V -0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv ua -i(vds) 5.0 4.0 Tranzystor MOS: 3.0 2.0 1.0-0.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 voltage sweep mv

Źródła napięcia zasilania Źródła obniżające napięcie

Źródła napięcia zasilania Liniowy stabilizator napięcia: idea Źródła obniżające napięcie Element regulacyjny (np. tranzystor MOS) Vwe + Wzmacniacz różnicowy Vwy < Vwe Pierwotne źródło napięciowe

Źródła napięcia zasilania Liniowy stabilizator napięcia: idea Źródła obniżające napięcie Element regulacyjny (np. tranzystor MOS) Vwe + Wzmacniacz różnicowy Vwy < Vwe Pierwotne źródło napięciowe Niekiedy bywa stosowany wewnątrz układu scalonego, np. gdy kilka bloków wymaga różnych napięć zasilania

Źródła napięcia zasilania Liniowy stabilizator napięcia: idea Źródła obniżające napięcie Element regulacyjny (np. tranzystor MOS) Vwe + Wzmacniacz różnicowy Vwy < Vwe Pierwotne źródło napięciowe Niekiedy bywa stosowany wewnątrz układu scalonego, np. gdy kilka bloków wymaga różnych napięć zasilania Poważna wada: straty mocy w elemencie regulacyjnym

Źródła napięcia zasilania Źródła obniżające napięcie mpulsowy stabilizator napięcia: idea Vwe + Wzm. różnicowy Gen. o regulowanej długości impulsów Vwy < Vwe Pierwotne źródło napięciowe

Źródła napięcia zasilania Źródła obniżające napięcie mpulsowy stabilizator napięcia: idea Vwe + Wzm. różnicowy Gen. o regulowanej długości impulsów Vwy < Vwe Pierwotne źródło napięciowe Powszechnie stosowany w zasilaczach, ładowarkach itp.

Źródła napięcia zasilania Źródła obniżające napięcie mpulsowy stabilizator napięcia: idea Vwe + Wzm. różnicowy Gen. o regulowanej długości impulsów Vwy < Vwe Pierwotne źródło napięciowe Powszechnie stosowany w zasilaczach, ładowarkach itp. Zaleta: małe straty energii, wysoka częstotliwość impulsów pozwala stosować małe transformatory i kondensatory

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego Vwy vwe ~ VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.)

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego _ Vwy vwe ~ VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) +

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego _ V we V D Vwy - + vwe ~ VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) +

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) vwe ~ V we V D - + Vwy

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) vwe ~ + _ V we V D - + Vwy

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego Vwy ~ VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) + V we V D vwe - + 2( V we V D ) + - _

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego V we V D Vwy vwe ~ - + 2( V we V D ) + - VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.)

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea vwe: amplituda nap. wejściowego _ V we V D Vwy vwe ~ - + 2( V we V D ) + - VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) +

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea 3( V we V D ) vwe: amplituda nap. wejściowego vwe ~ _ - + V we V D - + 2( V we V D ) + - Vwy VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) +

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea 3( V we V D ) vwe: amplituda nap. wejściowego vwe ~ - + V we V D - + 2( V we V D ) + - Vwy VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.)

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea 3( V we V D ) itd. vwe: amplituda nap. wejściowego vwe ~ - + V we V D - + 2( V we V D ) + - Vwy VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.)

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa: idea 3( V we V D ) itd. vwe: amplituda nap. wejściowego vwe ~ - + V we V D - + 2( V we V D ) + - Vwy VD: spadek napięcia na diodzie (kier. przew.) V wy = 2N ( V we V ) D

Źródła napięcia zasilania Źródła podwyższające napięcie - pompy ładunkowe Pompa ładunkowa Dicksona Φ 1 t Vwe Vwy Φ 2 t Φ 1 Φ 2

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik VBE M1 M2 o

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik VBE M1 M2 o VA M3 M4 VB

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik VBE M1 M2 o VA M3 M4 VB

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 o VA M3 M4 VA = VB VB

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 o VA M3 M4 VA = VB VB VBE T1 R1 VR

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 o M3 M4 VA VA = VB VB VBE T1 R1 VR

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 o M3 M4 VA VA = VB VBE VB T1 VBE = VR R1 VR

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 M5 V R = R 1 = V BE = V BE R 1 o M3 M4 VA VA = VB VBE VB T1 VBE = VR R1 VR

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 M5 V R = R 1 = V BE = V BE R 1 o M3 M4 VA VA = VB VB VBE T1 VBE = VR R1 VR R2 V wy = R 2 = V BE R 2 R 1

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE VDD M1 M2 M5 V R = R 1 = V BE = V BE R 1 o M3 M4 VA VA = VB VB VBE T1 VBE = VR R1 VR R2 V wy = R 2 = V BE R 2 R 1 Układ wytwarza napięcie propocjonalne do VBE tranzystora bipolarnego; napięcie to maleje z temperaturą o około 2 R 2 R 1 mv/k

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE - projektowanie

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE - projektowanie 1. Wybieramy wartość prądu 0, musi być w zakresie idealnej charakterystyki C(VBE) tranzystora bipolarnego, określamy wartość napięcia VBE dla tego prądu

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE - projektowanie 1. Wybieramy wartość prądu 0, musi być w zakresie idealnej charakterystyki C(VBE) tranzystora bipolarnego, określamy wartość napięcia VBE dla tego prądu 2. Znając prąd 0 oraz napięcie VBE obliczamy rezystancję R1

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE - projektowanie 1. Wybieramy wartość prądu 0, musi być w zakresie idealnej charakterystyki C(VBE) tranzystora bipolarnego, określamy wartość napięcia VBE dla tego prądu 2. Znając prąd 0 oraz napięcie VBE obliczamy rezystancję R1 3. Określamy wymiary tranzystorów M1, M2 oraz M3, M4 tak, aby wszystkie przy wybranej wartości prądu 0 pracowały w zakresie nasycenia

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik VBE - projektowanie 1. Wybieramy wartość prądu 0, musi być w zakresie idealnej charakterystyki C(VBE) tranzystora bipolarnego, określamy wartość napięcia VBE dla tego prądu 2. Znając prąd 0 oraz napięcie VBE obliczamy rezystancję R1 3. Określamy wymiary tranzystorów M1, M2 oraz M3, M4 tak, aby wszystkie przy wybranej wartości prądu 0 pracowały w zakresie nasycenia 4. Obliczamy rezystancję R2 odpowiednią do wymaganej wartości napięcia wyjściowego

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik kt/q - źródło PTAT

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 o

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 o VA M3 M4 VB

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 o VA M3 M4 VB

Źródła napięcia odniesienia Mnożnik kt/q - źródło PTAT VDD M1 M2 o VA M3 M4 VA = VB VB

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 o VA M3 M4 VA = VB VB T1 VBE1 VBE2 R1 T2 VR

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 o VA M3 M4 VA = VB VB T1 VBE1 VBE2 R1 T2 VR

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 o VA M3 M4 VA = VB VB VR = VBE1-VBE2 T1 VBE1 VBE2 R1 T2 VR

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 M5 V R = R 1 = V BE1 V BE 2 = kt q ln A E 2 A E1 = 1 kt R 1 q ln A E 2 A E1 o gdzie musi być A E 2 = na E1 ; n > 1 VA M3 M4 VA = VB VB VR = VBE1-VBE2 T1 VBE1 VBE2 R1 T2 VR

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 M5 V R = R 1 = V BE1 V BE 2 = kt q ln A E 2 A E1 = 1 kt R 1 q ln A E 2 A E1 o gdzie musi być A E 2 = na E1 ; n > 1 VA M3 M4 VA = VB VB VR = VBE1-VBE2 T1 VBE1 VBE2 R1 T2 VR R2 V wy = R 2 = R 2 kt R 1 q ln A E 2 A E1 = kt q R 2 ln( n) R 1

Źródła napięcia odniesienia VDD Mnożnik kt/q - źródło PTAT M1 M2 M5 V R = R 1 = V BE1 V BE 2 = kt q ln A E 2 A E1 = 1 kt R 1 q ln A E 2 A E1 o gdzie musi być A E 2 = na E1 ; n > 1 VA M3 M4 VA = VB VB VR = VBE1-VBE2 T1 VBE1 VBE2 R1 T2 VR R2 V wy = R 2 = R 2 kt R 1 q ln A E 2 A E1 = kt q R 2 ln( n) R 1 Układ wytwarza napięcie propocjonalne do kt/q, czyli do temperatury absolutnej; napięcie to rośnie z temperaturą jak kt q R 2 R 1 ln n ( ) mv/k

Źródła napięcia odniesienia Źródła wykorzystujące tranzystory bipolarne To jest zastosowanie dla podłożowych tranzystorów bipolarnych pnp, kolektory są zwarte z minusem zasilania

Źródła napięcia odniesienia Źródła wykorzystujące tranzystory bipolarne To jest zastosowanie dla podłożowych tranzystorów bipolarnych pnp, kolektory są zwarte z minusem zasilania Dla zachowania dokładnej wartości stosunku AE1/AE2 należy tranzystor T2 wykonać przez równoległe połączenie odpowiedniej liczby tranzystorów identycznych z T1

Źródła napięcia odniesienia Źródła wykorzystujące tranzystory bipolarne To jest zastosowanie dla podłożowych tranzystorów bipolarnych pnp, kolektory są zwarte z minusem zasilania Dla zachowania dokładnej wartości stosunku AE1/AE2 należy tranzystor T2 wykonać przez równoległe połączenie odpowiedniej liczby tranzystorów identycznych z T1 Można też zaprojektować tranzystor wieloemiterowy kolektor zwarty z bazą emiter T1 emitery T2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury dea: sumowanie z właściwymi wagami dwóch napięć: rosnącego ze wzrostem temperatury i malejącego ze wzrostem temperatury Mnożnik VBE VBE: -2 mv/k + Vwy Mnożnik kt/q kt/q: +0.0862 mv/k

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury dea: sumowanie z właściwymi wagami dwóch napięć: rosnącego ze wzrostem temperatury i malejącego ze wzrostem temperatury Mnożnik VBE VBE: -2 mv/k V wy = p 1 V BE + p 2 kt q + Vwy Mnożnik kt/q kt/q: +0.0862 mv/k

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury dea: sumowanie z właściwymi wagami dwóch napięć: rosnącego ze wzrostem temperatury i malejącego ze wzrostem temperatury Mnożnik VBE VBE: -2 mv/k + Vwy V wy = p 1 V BE + p 2 kt q Współczynnik temperaturowy Vwy równy zeru, gdy Mnożnik kt/q kt/q: +0.0862 mv/k p 2 p 1 2 0,0862 = 23,2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury dea: sumowanie z właściwymi wagami dwóch napięć: rosnącego ze wzrostem temperatury i malejącego ze wzrostem temperatury Mnożnik VBE VBE: -2 mv/k + Vwy V wy = p 1 V BE + p 2 kt q Współczynnik temperaturowy Vwy równy zeru, gdy Mnożnik kt/q kt/q: +0.0862 mv/k p 2 p 1 2 0,0862 = 23,2 Dla p 1 = 1 p 2 = 23,2 ; otrzymujemy V wy = V BE + 23,2 kt q stąd nazwa bandgap reference voltage 0,65V + 0,6V = 1,25V

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury VDD VDD M5 M2 M1 M1 M2 M5 2 2 o2 o1 1 1 VB M4 M3 VA VA VBE T1 M3 M4 VB R1 VR1 R3 Vwy VR2 R2 VBE1 VBE2 T1

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury VDD VDD M5 M2 M1 M1 M2 M5 2 2 o2 Mnożnik VBE o1 1 1 VB M4 M3 VA VA VBE T1 M3 M4 VB R1 VR1 R3 Vwy VR2 R2 VBE1 VBE2 T1

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury VDD VDD M5 M2 M1 M1 M2 M5 2 2 o2 Mnożnik VBE o1 1 1 VB M4 M3 VA Mnożnik kt/q VA VBE T1 M3 M4 VB R1 VR1 R3 Vwy VR2 R2 VBE1 VBE2 T1

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury VDD VDD M5 M2 M1 M1 M2 M5 2 2 o2 Mnożnik VBE o1 1 1 VB M4 M3 VA Mnożnik kt/q VA VBE T1 M3 M4 VB R1 VR1 R3 Vwy VR2 R2 VBE1 VBE2 T1 Zamiast sumować napięcia wygodniej jest sumować prądy (z właściwymi wagami: ) 2 23,2 1

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Mnożnik VBE i mnożnik kt/q można połączyć VDD M1 M2 M5 01+02 1+2 1+2 01 VA 02 M3 M4 VB 2 1 R1 VR1 VBE1 VBE2 R2 VR2 R1 VR1 R3 T1 T2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Mnożnik VBE i mnożnik kt/q można połączyć VDD M1 M2 M5 01+02 1+2 1+2 01 = 1 = V BE1 R 1 R1 01 VR1 VA 02 M3 M4 VBE1 VBE2 VB R2 2 VR2 R1 1 VR1 R3 T1 T2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Mnożnik VBE i mnożnik kt/q można połączyć VDD M1 M2 M5 01 = 1 = V BE1 R 1 R1 01 VR1 01+02 VA 02 M3 M4 VBE1 VBE2 VB R2 1+2 2 VR2 R1 1 VR1 R3 1+2 02 = 2 = 1 kt R 2 q ln A E 2 A E1 = 1 kt R 2 q ln n ( ) T1 T2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Mnożnik VBE i mnożnik kt/q można połączyć VDD M1 M2 M5 01 = 1 = V BE1 R 1 R1 01 VR1 01+02 VA 02 M3 M4 VBE1 VBE2 VB R2 1+2 2 VR2 R1 1 VR1 R3 1+2 02 = 2 = 1 kt R 2 q ln A E 2 = 1 kt R 2 q ln n A E1 V wy = 1 V BE1 + ln ( n ) R 1 R 2 kt q ( ) T1 T2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Mnożnik VBE i mnożnik kt/q można połączyć VDD M1 M2 M5 01 = 1 = V BE1 R 1 R1 01 VR1 01+02 VA 02 M3 M4 VBE1 VBE2 VB R2 T1 T2 1+2 2 VR2 R1 1 VR1 R3 1+2 02 = 2 = 1 kt R 2 q ln A E 2 = 1 kt R 2 q ln n A E1 V wy = 1 V BE1 + ln ( n ) R 1 R 2 kt q ( ) V wy = p 1 V BE1 + p 2 kt q ; p 2 p 1 23,2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Mnożnik VBE i mnożnik kt/q można połączyć VDD M1 M2 M5 01 = 1 = V BE1 R 1 R1 01 VR1 01+02 VA 02 T1 M3 M4 VBE1 VBE2 VB R2 T2 1+2 2 VR2 R1 1 VR1 R3 1+2 Stąd warunek stabilności temperaturowej: 02 = 2 = 1 kt R 2 q ln A E 2 = 1 kt R 2 q ln n A E1 V wy = 1 V BE1 + ln ( n ) R 1 R 2 kt q ( ) V wy = p 1 V BE1 + p 2 kt q ; p 2 p 1 23,2 R 1 ln n ( ) R 2 23,2

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Przykład zależności napięcia od temperatury 2.0370 Napięcie Vwy [V] 2.0365 2.0360 2.0355 1,05 mv 2.0350-20 0 20 40 60 80 100 120 Temperatura C

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Przykład zależności napięcia Vwy od napięcia zasilania V v(7) 2.50 Tranzystory MOS o L=Lmin 2.40 2.30 2.20 2.10 Tranzystory MOS o L=2Lmin Tranzystory MOS o L=6Lmin 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 4.50 4.60 4.70 4.80 4.90 5.00 5.10 5.20 5.30 5.40 5.50 voltage sweep V

Źródła napięcia odniesienia Źródło z kompensacją wpływu temperatury Praktyczne wskazówki: Źródło typu bandgap reference nie nadaje się przy niskich napięciach zasilania Tranzystory MOS powinny być długie Wszystkie rezystory tego samego rodzaju Należy dbać o minimalizację rozrzutów lokalnych Dla zminimalizowania zmian napięcia z temperaturą można dostrajać rezystancje rezystorów R1 (zawsze jednakowych); zależność VBE od temperatury waha się między -1,8 mv/k a -2,3 mv/k, zatem optymalny stosunek R1ln(n)/R2 może wynosić od 20.88 do 26.68.

Źródła napięcia odniesienia Źródło bez tranzystorów bipolarnych VDD dea: T1, T3 w zakresie podprogowym T2 T4 T5 T1 T3 VGS R1 R2

Źródła napięcia odniesienia Źródło bez tranzystorów bipolarnych VDD dea: T1, T3 w zakresie podprogowym T2 T4 T5 ( ) W D( p) = t L exp q V GS V TH nkt 1 exp qv DS kt T1 T3 VGS R1 R2

Źródła napięcia odniesienia Źródło bez tranzystorów bipolarnych VDD dea: T1, T3 w zakresie podprogowym T2 T4 T5 ( ) W D( p) = t L exp q V GS V TH nkt 1 exp qv DS kt T1 T3 ΔV GS = kt q ln ( W / L ) 3 W / L ( W / L) 2 ( ) 1 ( W / L) 4 VGS R1 R2

Źródła napięcia odniesienia Źródło bez tranzystorów bipolarnych VDD dea: T1, T3 w zakresie podprogowym T2 T4 T5 ( ) W D( p) = t L exp q V GS V TH nkt 1 exp qv DS kt T1 T3 ΔV GS = kt q ln ( W / L ) 3 W / L ( W / L) 2 ( ) 1 ( W / L) 4 VGS R1 R2 V wy = ΔV GS R 2 R 1

Źródła napięcia odniesienia Źródło bez tranzystorów bipolarnych VDD dea: T1, T3 w zakresie podprogowym T2 T4 T5 ( ) W D( p) = t L exp q V GS V TH nkt 1 exp qv DS kt T1 T3 ΔV GS = kt q ln ( W / L ) 3 W / L ( W / L) 2 ( ) 1 ( W / L) 4 VGS R1 R2 V wy = ΔV GS R 2 R 1 W praktyce dość trudno dobrać tak wymiary tranzystorów, by pracowały we właściwych zakresach

Źródła napięcia odniesienia Źródło bez tranzystorów bipolarnych: przykład praktyczny VDD Vwy Tranzystor izolujący Komp. temperaturowa Tranzystor startowy Tranzystory zastępujące rezystor (praca w zakresie liniowym) T. Borejko and W. A. Pleskacz, A Resistorless Voltage Reference Source for 90 nm CMOS Technology with Low Sensitivity to Process and Temperature Variations, Proc. EEE DDECS 2008, pp. 1-6

Źródła napięcia odniesienia nne źródło bez tranzystorów bipolarnych 0 T2 T4 T5 VDD dea: T3 - tranzystor o niższym napięciu progowym, niż T1; wszystkie tranzystory w nasyceniu T1 T3 VGS R1 R2

Źródła napięcia odniesienia nne źródło bez tranzystorów bipolarnych 0 T2 T4 T5 VDD dea: T3 - tranzystor o niższym napięciu progowym, niż T1; wszystkie tranzystory w nasyceniu ΔV GS = V TH1 + 2 0 ' µc ox L W V TH 2 2 ' µc ox L W V TH1 V TH 2 T1 T3 VGS R1 R2

Źródła napięcia odniesienia nne źródło bez tranzystorów bipolarnych 0 T2 T4 T5 VDD dea: T3 - tranzystor o niższym napięciu progowym, niż T1; wszystkie tranzystory w nasyceniu ΔV GS = V TH1 + 2 0 ' µc ox L W V TH 2 2 ' µc ox L W V TH1 V TH 2 T1 T3 VGS R1 R2 V wy = ΔV GS R 2 R 1

Źródła napięcia odniesienia nne źródło bez tranzystorów bipolarnych 0 T2 T4 T5 VDD dea: T3 - tranzystor o niższym napięciu progowym, niż T1; wszystkie tranzystory w nasyceniu ΔV GS = V TH1 + 2 0 ' µc ox L W V TH 2 2 ' µc ox L W V TH1 V TH 2 T1 T3 VGS R1 R2 V wy = ΔV GS R 2 R 1 Tranzystory o dwóch różnych napięciach progowych są dostępne w nielicznych technologiach

Dzielniki napięcia

Dzielniki napięcia Rezystancyjny V we R1 R2 V wy = V we R 2 R 1 + R 2 Może być dość dokładny Wada: pobór prądu

Dzielniki napięcia Rezystancyjny Pojemnościowy V we V we R1 R2 V wy = V we R 2 R 1 + R 2 C1 C2 V wy = V we C 1 + C 2 C 2 Może być dość dokładny Wada: pobór prądu Może być dość dokładny Wada: upływności zmieniają proporcje podziału Rzadko stosowany

Dzielniki napięcia Tranzystorowy V we V we M2 M2 V wy V wy M1 M1

Dzielniki napięcia Tranzystorowy M2 V we M2 V we V wy = V we α 2 α 1 +α 2 + α 1 V TH1 α 2 V TH2 α 1 +α 2 M1 V wy M1 V wy W α 1 = µ 1 L 1 W α 2 = µ 2 L 2

Dzielniki napięcia Tranzystorowy M2 V we M2 V we V wy = V we α 2 α 1 +α 2 + α 1 V TH1 α 2 V TH2 α 1 +α 2 M1 V wy M1 V wy W α 1 = µ 1 L 1 W α 2 = µ 2 L 2 Znacznie mniej dokładny Mniejszy pobór prądu, niż dla dzielnika rezystorowego

Układy przesuwania poziomu składowej stałej VDD Wtórnik źródłowy VDD we ΔV wy we ΔV wy ΔV = V TH + 2 ' µc ox L W Wada: zależność od napięcia progowego (rozrzut)

Układy przesuwania poziomu składowej stałej Układ o przesunięciu niezależnym od napięcia progowego VDD 1 2 Vwe M1 M2 Vwy 1+2

Układy przesuwania poziomu składowej stałej Układ o przesunięciu niezależnym od napięcia progowego VDD 1 2 Vwe M1 M2 Vwy 1+2 V wy V we = V TH + 2 2 ' µc ox L W 2 V TH 2 1 ' µc ox L W 1 = 2 2 ' µc ox L W 2 2 1 ' µc ox L W 1